民航KU 波段衛星地面站設備故障分析與維護

焦洋

（中國民用航空華北地區空中交通管理局天津分局，天津 300300）

民航KU 波段衛星地面站是一種利用KU 波段衛星通信技術，為民航提供高速、高質量、高可靠性的數據、語音和視頻傳輸服務的系統。該系統主要由空間段、地面段和業務段三部分組成，其中地面段包括中心站、遠程站和監控站，以及各類設備，如天線、變頻器、功放、VSATPlusII/VSATPlusIIe 等。這些設備是衛星通信的重要組成部分，需確保設備正常運行，避免影響民航業務通信質量。

1 民航KU 波段衛星地面站系統概述

民航KU 波段衛星地面站系統是指利用KU 波段衛星通信技術，為民航提供高速、高質量、高可靠性的數據、語音和視頻傳輸服務的系統。該系統主要由以下幾部分組成：（1）空間段。使用亞洲4 號衛星作為通信載體，該衛星是一顆大功率三軸穩定式通信衛星，工作在C 波段、KU 波段，覆蓋范圍包括中國、東南亞、澳大利亞和太平洋地區。（2）地面段。包括中心站、遠程站和監控站。中心站負責與衛星進行雙向通信，以及與遠程站和監控站進行數據交換和管理。遠程站負責與中心站進行雙向通信，提供本地業務接入及處理服務。監控站負責對整個系統的運行狀態進行實時監控。（3）業務段。包括各類民航業務系統，如飛行計劃、空中交通管制、氣象信息、飛行安全、機場管理等，以及其他需要使用衛星通信的用戶系統。

民航KU 波段衛星地面站系統的工作原理是：用戶端設備將業務信號通過室內單元機箱（VSATPlusII、VSATPlusIIe）進行信號處理（中頻和數字信號）后傳輸至室外單元（變頻器和功放），室外單元進行信號變頻（射頻信號）和放大后，通過衛星天線上行發射傳輸上星。衛星接收到上行信號后，進行頻率轉換和放大，然后通過下行波束覆蓋到地面。地面站接收到下行信號后，經過室外單元、室內單元的逆向處理，還原出原始的業務信號，發送至用戶端設備。民航KU 波段衛星地面站系統的主要設備包括：（1）衛星天線。用于收發衛星信號，一般采用拋物面反射器天線，直徑1.2 ～3.7m，根據不同的安裝方式分為固定式、自動跟蹤式和移動式。（2）變頻器。用于將中頻信號轉換為射頻信號或將射頻信號轉換為中頻信號。（3）功放。用于對射頻信號進行放大，一般采用固態功放或行波管功放。（4）VSATPlusII/VSATPlusIIe。集成調制/解調器、編碼/解碼器、路由器等功能的室內單元機箱，支持多種調制方式和編碼方式，能夠實現高效率的數據傳輸。（5）監控終端。用于對衛星地面站的運行參數進行設置、查詢和控制，以及對故障進行診斷、處理。

2 民航KU 波段衛星地面站設備故障分析與排除

2.1 天線故障

天線故障主要表現為天線指向不準確、天線驅動失效、天線反饋異常等，可能導致通信中斷或質量下降。

天線故障的原因可能有以下幾種：（1）天線安裝不規范，導致天線結構變形或松動，影響天線指向精度。（2）天線驅動電機或傳感器損壞，導致天線無法正常轉動或定位，影響天線指向精度。（3）天線控制器或監控終端設置錯誤，導致天線參數不匹配或指令錯誤，影響天線指向精度。（4）天氣因素，如風力、雨雪、雷電等，導致天線受到外力或電磁干擾，影響天線指向精度。

天線故障的排除方法有以下幾種：（1）檢查天線結構是否完好，是否有變形或松動的現象，如果有，應及時修復或更換。（2）檢查天線驅動電機和傳感器是否正常工作，是否有損壞或老化的現象，如果有，應及時修復或更換。（3）檢查天線控制器和監控終端的設置是否正確，是否與衛星參數一致，如果不一致，應及時調整或重新設置。（4）檢查天氣情況是否適合進行衛星通信，如不適合，應等待天氣改善后再進行通信。

例如，某遠程站負責提供民航飛行計劃和空中交通管制業務。該站使用的是自動跟蹤式2.4mKU 波段衛星天線。在2023 年7 月15 日下午進行衛星通信時，該站發現通信質量突然下降，載噪比從正常值20dB 降到了15dB 以下，誤碼率從正常值10-6升到了10-4以上。該站立即通過監控終端檢查天線指向參數，發現天線指向偏離了衛星方位角。該站所在地區剛剛經歷了一場大風暴，風速達到8 級以上，可能導致天線受到風力作用而偏移。為恢復通信質量，該站通過監控終端重新發送校準指令，使天線重新對準衛星。經過幾分鐘的調整，天線指向參數恢復到正常范圍內。通過監控終端檢查通信質量參數，發現載噪比恢復到了20dB 以上，誤碼率恢復到了10-6以下。通過與中心站和其他遠程站進行語音和數據測試，確認通信質量恢復正常。為防止類似的故障再次發生，該站加強了天線結構的穩固性，定期檢查天線指向精度。

2.2 變頻器故障

變頻器故障主要表現為變頻器輸出功率不足、變頻器輸出頻率不穩定、變頻器本振失鎖等，可能導致通信中斷或質量下降。變頻器故障的原因可能有以下幾種：變頻器供電不穩定，導致變頻器工作不正常；變頻器內部元件損壞或老化，導致變頻器性能下降；變頻器與天線或功放的連接不良，導致變頻器輸出信號衰減或干擾；變頻器的設置錯誤，導致變頻器輸出信號與衛星信號不匹配。變頻器故障的排除方法有以下幾種：（1）檢查變頻器的供電是否穩定，是否有波動或斷電的現象，如果有，應及時恢復或更換。（2）檢查變頻器的內部元件是否正常工作，是否有損壞或老化的現象，如果有，應及時修復或更換。（3）檢查變頻器與天線或功放的連接是否牢固，是否有松動或腐蝕的現象，如果有，應及時清理或更換。（4）檢查變頻器的設置是否正確，是否與衛星參數一致，如果不一致，應及時調整或重新設置。

例如，某中心站主要負責提供民航飛行安全和機場管理業務。該站使用的是RFB-500Ku 型KU 波段衛星收發器，其中包含變頻器模塊。在2022 年6 月14 日上午進行衛星通信時，該站發現通信質量突然下降。該站立即通過監控終端檢查變頻器輸出功率和輸出頻率，發現變頻器輸出功率低于正常值50W，只有40W 左右，而輸出頻率也有微小波動。該站所用變頻器已使用五年以上，可能導致變頻器內部元件老化或損壞。為恢復通信質量，該站調整變頻器輸出功率、輸出頻率，使之達到最佳值。經過多次嘗試最終將變頻器輸出功率提高到45W，而輸出頻率穩定在14.25GHz。通過與衛星和其他地面站進行語音測試，確認通信質量恢復正常。

2.3 功放故障

功放故障主要表現為功放輸出功率不足、功放輸出信號失真、功放過熱或過載等，可能導致通信中斷或質量下降。功放故障的原因可能有以下幾種：功放供電不穩定，導致功放工作不正常；功放內部元件損壞或老化，導致功放性能下降；功放與變頻器或天線的連接不良，導致功放輸出信號衰減或干擾；功放設置錯誤，導致功放輸出信號與衛星信號不匹配。功放故障排除方法有以下幾種：（1）檢查功放的供電是否穩定，是否有波動或斷電的現象，如果有，應及時恢復或更換。（2）檢查功放的內部元件是否正常工作，是否有損壞或老化的現象，如果有，應及時修復或更換。（3）檢查功放與變頻器或天線的連接是否牢固，是否有松動或腐蝕的現象，如果有，應及時清理或更換。（4）檢查功放的設置是否正確，是否與衛星參數一致，如果不一致，應及時調整或重新設置。

例如，某監控站主要負責對民航KU 波段衛星地面站系統的運行狀態進行實時監控，使用TWTA-400Ku 型KU 波段衛星行波管功放。2021 年5 月23 日下午進行衛星通信時，該站通信質量突然下降。該站立即通過監控終端檢查功放輸出功率和輸出信號質量，發現功放輸出功率低于正常值400W，只有300W 左右，而輸出信號質量也有明顯失真。為恢復通信質量，該站調整功放輸出功率、輸出信號質量，使之達到最佳值。經過多次嘗試，最終將功放輸出功率提高到350W，而輸出信號質量也得到改善。

2.4 VSATPlusII/VSATPlusIIe 故障

VSATPlusII/VSATPlusIIe 故障主要表現為無法開機、無法與衛星或地面站通信、無法處理業務信號等，可能導致通信中斷或質量下降。故障的原因可能有以下幾種：（1）供電不穩定。（2）內部元件損壞或老化，導致設備性能下降。（3）與天線或室外單元的連接不良，導致收發信號衰減或干擾。（4）設置錯誤，導致輸出信號與衛星信號不匹配。

VSATPlusII/VSATPlusIIe 故障排除方法主要包括：（1）確認供電是否穩定，是否有波動或斷電的現象，如果有，應及時恢復或更換。（2）檢查VSATPlusII/VSATPlusIIe 的內部元件是否正常工作，是否有損壞或老化的現象，如果有，應及時修復或更換。（3）檢查VSATPlusII/VSATPlusIIe 與天線或室外單元的連接是否牢固，是否有松動或腐蝕的現象，如果有，應及時清理或更換。（4）檢查VSATPlusII/VSATPlusIIe 的設置是否正確，是否與衛星參數一致，如果不一致，應及時調整或重新設置。

例如，某遠程站提供民航氣象信息、飛行安全業務。該站使用VSATPlusII 型KU 波段衛星室內單元機箱。在2020 年3 月12 日早上進行衛星通信時，發現通信質量突然下降。通過監控終端檢查發現VSATPlusII 無法與衛星進行雙向通信。為恢復通信質量，該站重新啟動VSATPlusII，檢查其與天線和室外單元的連接。經過重新啟動、重新連接后，發現問題仍然存在。該站懷疑是VSATPlusII 的設置出現問題，于是通過監控終端重新設置其調制方式、編碼方式、頻率等參數。經過重新設置后，發現問題得到解決。

2.5 監控終端故障

監控終端故障主要表現為監控終端無法開機、無法與衛星或地面站通信、無法設置或查詢參數等，可能導致通信中斷或質量下降。監控終端故障的原因可能有以下幾種：監控終端供電不穩定，導致監控終端工作不正常；監控終端內部元件損壞或老化，導致監控終端性能下降；監控終端與天線或室內單元的連接不良，導致監控終端收發信號衰減或干擾；監控終端的設置錯誤，導致監控終端輸出信號與衛星信號不匹配。監控終端故障的排除方法有以下幾種：（1）監控終端的供電是否穩定，是否有波動或斷電的現象，如有，應及時恢復或更換。（2）確認監控終端的內部元件是否正常工作，是否有損壞或老化的現象，如果有，應及時修復或更換。（3）監控終端與天線或室內單元的連接是否牢固，是否有松動或腐蝕的現象，如果有，應及時清理或更換。（4）檢查監控終端的設置是否正確，是否與衛星參數一致，如果不一致，應及時調整或重新設置。

3 民航KU 波段衛星地面站設備維護措施

為保證民航KU 波段衛星地面站系統的正常運行，需要對系統的各項設備進行有效維護。民航KU 波段衛星地面站設備維護措施主要包括：（1）日常設備保養：每天或每周對設備進行一次簡單的清潔和檢查，去除設備上的灰塵、污垢、水漬等，防止設備受到腐蝕或損壞。同時，檢查設備的外觀是否完好，是否有裂縫、破損、變形等現象，如果有，應及時修復或更換。（2）日常檢查：每月或每季度對設備進行一次詳細的檢查和測試，檢查設備的供電、連接、內部元件、設置參數、輸出指標等是否正常，是否有異常或故障的現象，如果有，應及時修復或更換。同時，測試設備的通信質量和業務性能，檢查是否有信號衰減、干擾、中斷等問題，如果有，應及時調整或優化。（3）定期校準：每年或每兩年對設備進行一次專業的校準和調試，校準設備的頻率、極化、符號率等參數，使之與衛星信號保持最佳匹配。同時，調試設備的輸出功率、輸出頻率、輸出信號質量等指標，使之達到最佳值。

4 結語

綜上所述，衛星通信利用人造衛星作為中繼站，具有覆蓋范圍廣、傳輸速度快、抗干擾能力強等優點，廣泛應用于導航、廣播、遙感、軍事等領域。為保證民航KU 波段衛星地面站系統的正常運行，需掌握民航KU 波段衛星地面站系統的組成、工作原理以及系統中各項設備的故障類型、原因、排除方法，同時做好系統設備維護，延長設備使用壽命，提高設備運行效率，保證設備安全可靠。