民航甚高頻通信干擾及處理措施研究

趙國督

摘要：隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，民航甚高頻通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。文章深入分析了民航甚高頻通信系統(tǒng)的干擾問題，并針對這些問題提出了一系列處理措施，涵蓋了軟件、硬件與管理等多個維度。這些措施的實施確保了民航甚高頻通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，從而為民航事業(yè)的蓬勃發(fā)展提供了堅實可靠的通信支持。

關(guān)鍵詞：民航；甚高頻通信；干擾；處理措施

中圖分類號：TP208文獻標志碼：A

0 引言

民航甚高頻（Very High Frequency，VHF）通信作為民航領(lǐng)域中被廣泛應用的無線通信方式，承擔著飛機與地面控制臺、飛機與飛機之間的通信任務。然而，受限于電磁頻譜資源的有限性以及其他無線電設(shè)備的影響，VHF通信系統(tǒng)經(jīng)常受到干擾^[1]。

隨著航空事業(yè)的蓬勃發(fā)展，飛機數(shù)量持續(xù)增加，導致VHF頻段的使用愈發(fā)頻繁，頻譜資源日趨緊張，相鄰頻道的干擾問題愈發(fā)凸顯。此外，機場周圍和飛機附近部署的大量無線電設(shè)備，如雷達、通信設(shè)備、無線電導航設(shè)備等，都可能對VHF通信系統(tǒng)造成不可忽視的干擾。因此，本文深入研究甚高頻通信干擾及處理措施，旨在提高民航通信的可靠性和質(zhì)量，確保飛機與地面控制臺之間通信的暢通無阻。干擾問題導致通信中斷或信息傳輸錯誤，進而影響飛行員和地面控制人員之間的溝通，對航空安全構(gòu)成潛在威脅。

因此，研究干擾處理措施的目的在于減少其對航空安全的負面影響。通過實施有效的干擾處理措施，可以減少VHF頻段受到的干擾，提高頻譜利用效率，從而更好地滿足飛機數(shù)量日益增長的需求^[2]。通過深入探究民航甚高頻通信干擾及其處理措施，本文有效解決了頻譜資源緊張和無線電設(shè)備干擾等問題，提高了通信質(zhì)量，保障了航空安全，優(yōu)化了頻譜利用效率。這將有助于穩(wěn)固飛機與地面控制臺之間的通信鏈路，提升民航通信系統(tǒng)的性能和可靠性。

1 民航甚高頻通信系統(tǒng)的組成及工作原理

民航甚高頻通信系統(tǒng)主要由VHF通信設(shè)備、地面控制臺及VHF頻段組成。飛機上配備VHF通信設(shè)備，旨在與地面控制臺、其他飛機或航空公司保持順暢的通信。這套設(shè)備可以接收和發(fā)送VHF頻段的無線電信號，確保信息的準確傳遞。地面控制臺是地面上的操作中心，專門負責與飛機進行通信和控制。地面控制臺同樣配備VHF通信設(shè)備，可以與飛機上的設(shè)備進行雙向通信，實現(xiàn)信息的實時交互。民航甚高頻通信系統(tǒng)所使用VHF頻段通常在118～137 MHz內(nèi)。根據(jù)國際民航組織（ICAO）的規(guī)定，該頻段被專門用于民航通信，確保了通信的專用性和高效性^[3]。

當飛機需要與地面控制臺建立通信時，飛行員利用飛機上的VHF通信設(shè)備，選擇適合的頻率發(fā)出呼叫信號。地面控制臺一旦接收到呼叫信號，便會通過地面上的VHF通信設(shè)備給予回應并與飛機進行通信。此外，在空中飛機之間也需要進行通信，如飛行員之間的交流或者飛機之間的交通信息交換。這時，飛機上的VHF通信設(shè)備會選擇適當?shù)念l率，與其他飛機進行雙向通信，確保空中交通的順暢與安全。為了避免頻譜干擾和沖突，民航甚高頻通信系統(tǒng)還采用了頻率管理機制。國際民航組織（ICAO）明確了各類通信所使用的頻率范圍，以確保不同飛機和地面控制臺之間的通信互不干擾，保證通信的清晰和準確。

2 民航甚高頻通信干擾分析

2.1 鄰道干擾

鄰道干擾是指在通信系統(tǒng)中，相鄰頻道之間發(fā)生的相互干擾現(xiàn)象。當通信系統(tǒng)中頻道之間的頻率間隔較小時，受頻率之間的相互干擾作用影響，信號的質(zhì)量可能下降甚至導致通信中斷。鄰道干擾可能由多種因素引起，其中，當相鄰頻道之間的頻率偏差較大時，信號的頻譜可能發(fā)生重疊，進而引發(fā)相互干擾。此外，功率泄漏也是一大原因，即在發(fā)送或接收信號時，部分信號功率可能泄漏到相鄰頻道，進而造成干擾。再者，多徑傳播同樣可能引發(fā)鄰道干擾，即信號在傳輸過程中可能經(jīng)歷多條路徑到達接收端。當這些路徑的信號相互干擾時，問題便隨之產(chǎn)生^[4]。

2.2 同頻干擾

在同一頻率下存在多個信號傳播且其接收范圍相互重疊時，便會產(chǎn)生同頻干擾。這種干擾現(xiàn)象對民航甚高頻地空通信電臺的信號尤為明顯，可能導致信號間的相互干擾。通常，這種干擾來源于調(diào)頻廣播或其他無線電設(shè)備，因此干擾源較多。此外，如果使用的通信設(shè)備本身的電磁兼容性較差，現(xiàn)同頻干擾的情況就更易發(fā)生。

2.3 多徑干擾

多徑干擾對民航甚高頻通信系統(tǒng)的影響不可忽視。多徑傳播是指信號在傳播過程中經(jīng)過多條路徑到達接收端，導致信號疊加和時延擴展。這會造成接收到的信號出現(xiàn)多個相位和幅度不同的分量，進而對通信質(zhì)量和可靠性產(chǎn)生負面影響。由于多徑傳播可能導致信號的疊加和衰減，接收的信號強度可能會降低，使得接收端難以正確解碼和識別信號^[5]。此外，當多個路徑上的信號以不同的相位和幅度到達接收端時，這些信號之間可能會相互干擾，導致接收的信號出現(xiàn)干擾或混疊，使得接收端難以正確解碼和識別信號，進一步加大了接收端解碼和識別信號的難度。因此，多徑干擾會引發(fā)信號衰減、干擾、時延擴展和誤碼率增加等問題，對民航甚高頻通信系統(tǒng)的正常運行構(gòu)成嚴重威脅。

3 民航甚高頻通信干擾處理措施

3.1 硬件層面的處理措施

3.1.1 濾波器

在通信設(shè)備的輸入和輸出端口處添加濾波器，其主要功能在于濾除非目標頻率的干擾信號，以確保通信的準確性和穩(wěn)定性。石英晶體濾波器作為電氣濾波器的一種，主要利用石英晶體諧振器作為基本元件。通過在石英基片表面配置一系列金屬電極，這種濾波器能夠形成帶通或帶阻濾波器，滿足不同濾波需求。石英晶體濾波器的工作原理是利用壓電效應，根據(jù)所選電極振子的幾何尺寸、返回頻率和電極振子間距，有效控制超聲波的聲耦合，從而實現(xiàn)高效的濾波功能。此外，石英晶體具有極高的品質(zhì)因數(shù)，通常可達數(shù)萬以上，這為其在濾波領(lǐng)域的應用奠定了堅實的基礎(chǔ)。不僅如此，石英晶體濾波器還具有穩(wěn)定的頻率特性，其性能受溫度、壓力和濕度等環(huán)境因素的影響較小。因此，即便在寬溫度范圍內(nèi)，石英晶體濾波器也能夠保持較好的穩(wěn)定性，確保通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。晶體濾波器技術(shù)指標如表1所示。

3.1.2 抑制器

民航甚高頻通信系統(tǒng)的抑制器是一種用于抑制干擾信號的設(shè)備。在VHF通信過程中，干擾信號可能會影響通信質(zhì)量和可靠性。因此，抑制器的應用變得尤為必要。抑制器專門用于識別和抑制這些干擾信號，通過多種技術(shù)和算法實現(xiàn)對干擾信號的有效抑制。首先，系統(tǒng)接收VHF通信系統(tǒng)采集的信號，并對這些信號進行深入地分析和處理。這一過程可能涉及對信號特征、頻率、功率等多個方面的細致檢測和比較，以準確識別出其中的干擾信號。一旦檢測到干擾信號，抑制器會迅速采取相應的措施進行抑制。這些措施可能包括濾波、降噪、干擾源定位等多種技術(shù)手段，旨在最大程度地減少干擾信號對通信質(zhì)量和可靠性的影響。在成功抑制干擾信號后，抑制器會將經(jīng)過處理的信號傳遞給VHF通信系統(tǒng)，以保障順暢的通信傳輸。

此外，抑制器的設(shè)計和實現(xiàn)可以根據(jù)具體的需求和系統(tǒng)要求進行調(diào)整。一些先進的抑制器采用數(shù)字信號處理（Digital Signal Process，DSP）技術(shù)、自適應濾波算法、智能識別和定位技術(shù)等，以進一步提高抑制效果和系統(tǒng)性能，滿足更為復雜和嚴苛的通信需求。

3.1.3 屏蔽與隔離

為了應對干擾問題，民航甚高頻通信系統(tǒng)可以采取一系列硬件層面的處理措施，其中包括屏蔽和隔離。

屏蔽主要利用金屬屏蔽材料或屏蔽罩來阻擋外部干擾信號的傳播。這種做法可以有效減少外部電磁場對VHF通信系統(tǒng)的負面影響。屏蔽材料通常是導電材料，如金屬，可將外部電磁輻射反射或吸收，從而保護系統(tǒng)內(nèi)部的電路和設(shè)備。而屏蔽罩則是將整個系統(tǒng)或關(guān)鍵部分包裹在一個金屬外殼內(nèi)，形成一個屏障，以阻擋外部干擾信號的侵入。

隔離是通過物理隔離手段將不同的電路、設(shè)備或信號線路分隔開來，以防止干擾信號的擴散。在實際應用中，可以通過使用屏蔽隔離器、隔離變壓器、隔離放大器等設(shè)備來實現(xiàn)這一目標。隔離的作用在于防止干擾信號從一個電路傳播到另一個電路，從而保持各個電路之間的電磁兼容性，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。

這些硬件層面的處理措施可以有效地減少外部干擾對VHF通信系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。在設(shè)計和實施這些措施時，需要根據(jù)具體的系統(tǒng)需求和環(huán)境條件，結(jié)合工程實踐和標準要求進行。同時，定期的維護和檢測也是確保這些處理措施長期有效的重要環(huán)節(jié)，有助于及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在的問題，確保通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

3.2 軟件層面的處理措施

針對VHF干擾問題，本文提出基于空域信號分離理論的干擾抑制算法。該算法可以有效地抑制多徑干擾并在直達信號方向形成增益，從而改善通信質(zhì)量。算法原理如圖1所示。圖中，x_i代表第ｉ個陣元的接收數(shù)據(jù)，ｙ代表波束形成后數(shù)據(jù)。

在算法的執(zhí)行過程中，首先利用陣列天線接收VHF信號，采集接收的數(shù)據(jù)。考慮VHF信號的周期重復特性，對接收的數(shù)據(jù)進行周期化處理，以便后續(xù)分析。基于信號分離估計理論，使用RELAX算法對直達信號和多徑干擾的來向和幅度進行估計。RELAX算法是一種基于最小二乘的估計算法，能夠準確地估計直達信號和多徑干擾的相關(guān)參數(shù)。根據(jù)估計信號的相對時延，能夠有效地區(qū)分多徑干擾和直達信號。通過比較不同信號的時延差異，可以準確地區(qū)分多徑干擾和直達信號。然后，根據(jù)估計信號的來向，利用最小共享方差波束形成技術(shù)進一步優(yōu)化信號質(zhì)量，在直達信號方向形成增益，增強信號的接收效果；同時，在多徑干擾方向形成零陷，有效抑制干擾信號的影響。

多徑干擾與直達信號在擴頻碼本身上可能難以直接區(qū)分，但二者在信號強度和傳播路徑上通常具有顯著特點。多徑干擾往往由于多次反射和傳播而導致信號強度較弱，而直達信號通常具有較高的信號強度。此外，受衛(wèi)星距離的影響，直達信號的傳播路徑更接近垂直方向，具有較高的仰角；而多徑干擾由地面反射形成，其傳播路徑可能具有較低的仰角。

基于以上特點，本文所提方法可以綜合估計信號的幅度和來向角信息，以更準確地區(qū)分多徑干擾和直達信號。通過對接收信號的幅度和來向角進行分析和估計，有效地抑制多徑干擾，并在直達信號方向形成增益，從而提高整個系統(tǒng)的抗干擾能力。

為了實現(xiàn)這一目標，根據(jù)信號分離估計理論估計的直達信號和多徑干擾的來向信息，計算陣列天線的自適應權(quán)值。采用最小共享方差算法，本文得到滿足要求的天線自適應權(quán)值矢量w；通過應用該權(quán)值矢量可以在直達信號方向形成增益；同時，在多徑干擾方向形成零陷，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。符合要求的天線自適應權(quán)值矢量w可描述為式（1）所示的約束問題求解。

其中，R代表X（t）的協(xié)方差矩陣，W代表約束矢量，B代表由估計來向角構(gòu)造的約束矩陣。實際中，通常通過陣列天線的快拍樣本數(shù)據(jù)估計值R^來代替R，求解式（1）可得：

利用權(quán)值矢量對天線接收的數(shù)據(jù)Ｘ進行處理，可得無干擾數(shù)據(jù)為：

y=w^HX（3）

在經(jīng)過多徑干擾抑制技術(shù)的有效應用后，將處理后的數(shù)據(jù)y輸入普通衛(wèi)星導航接收機，從而得以順利完成衛(wèi)星信號的捕獲、跟蹤以及定位這一系列過程。正是通過多徑干擾抑制和衛(wèi)星信號的捕獲、跟蹤和定位的綜合運用，所提算法實現(xiàn)了對衛(wèi)星信號的高效接收和精準定位。這一舉措不僅大幅提升了衛(wèi)星導航系統(tǒng)的定位精度和可靠性，還顯著減少了多徑干擾對定位結(jié)果的不良影響，確保了導航服務的準確性和穩(wěn)定性。

3.3 管理層面的處理措施

（1）定期檢查和維護：為確保通信設(shè)備的穩(wěn)定運行，工作人員應定期對通信設(shè)備進行檢查和維護，這包括外觀清潔、連接線路檢查、電源和電纜檢查等，確保設(shè)備無損壞或連接松動。一旦發(fā)現(xiàn)問題部件，應立即進行更換。

（2）清潔和除塵：工作人員應定期清潔設(shè)備的表面、插孔和散熱孔，以防止灰塵和污垢積聚導致散熱不良或電路短路，從而保障設(shè)備的正常運行。

（3）保持通風良好：工作人員應確保設(shè)備周圍空氣流通，避免因過熱導致的設(shè)備性能下降或故障發(fā)生；同時，定期清理設(shè)備周圍的堆積物，保持通風道的暢通無阻。

（4）更新軟件和固件：工作人員應定期檢查并更新通信設(shè)備的軟件和固件版本，確保設(shè)備具有最新的功能并修復已知的漏洞。

（5）防雷措施：工作人員應安裝合適的防雷設(shè)備，如避雷針和避雷器，以減輕雷電對通信設(shè)備的潛在損害，確保設(shè)備在惡劣天氣下的安全運行。

（6）做好記錄和備份：工作人員應定期備份通信設(shè)備的配置文件和重要數(shù)據(jù)，以防止數(shù)據(jù)丟失并確保故障發(fā)生時能夠快速恢復。

（7）培訓和技術(shù)支持：工作人員應提供適當?shù)呐嘤柡图夹g(shù)支持，以提升操作人員的技能水平；通過培訓，設(shè)備操作人員將更好地掌握設(shè)備的使用方法和維護技巧；同時，與設(shè)備供應商建立良好的技術(shù)支持渠道，確保在需要時及時獲取專業(yè)的技術(shù)支持和維修服務。

實施以上管理措施，工作人員可以確保通信設(shè)備穩(wěn)定性、抗干擾能力的提升，延長設(shè)備的使用壽命；同時，及時發(fā)現(xiàn)和解決潛在問題，有效減少干擾對通信系統(tǒng)的不良影響，確保通信服務的持續(xù)穩(wěn)定。

4 結(jié)語

民航甚高頻通信系統(tǒng)在日常運行中時常會遭遇各種干擾問題，這些干擾可能源于互調(diào)干擾、鄰道干擾等多種因素。這些干擾不僅嚴重影響了通信的質(zhì)量和可靠性，還對飛行安全構(gòu)成了潛在威脅。因此，系統(tǒng)需要采取積極有效的處理措施予以應對。針對民航甚高頻通信系統(tǒng)的干擾問題，本文綜合考慮各種不同類型的干擾源，根據(jù)其特性制定相應的處理措施。例如：對于天氣干擾可以實施防雷措施；對于多徑干擾可以采用自適應濾波等。除此以外，系統(tǒng)在管理層面進行頻率規(guī)劃與優(yōu)化，最大限度地減少干擾的影響。通過這些處理措施的綜合應用，所提系統(tǒng)可以有效地減少干擾對民航甚高頻通信系統(tǒng)的影響，顯著提高了通信質(zhì)量和可靠性。所提方案不僅有助于保障飛行安全，還為民航業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供了有力支持。

參考文獻

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（編輯 王雪芬編輯）

Research on interference and treatment measures of VHF communication in civil aviation

Zhao? Guodu

（Hunan Airport Group Changsha Huanghua International Airport， Changsha 410141， China）

Abstract：? With the continuous development of science and technology， it is very important to maintain the stability of VHF communication system in civil aviation. This paper deeply analyzes the interference problem of VHF communication system， and puts forward the measures to deal with the interference， which are introduced from multi-dimensions of software， hardware and management. Through a series of measures， the stable operation of civil aviation VHF communication system is ensured， which provides the reliable support to the development of civil aviation.

Key words： civil aviation; very high frequency communication; interference; treatment measures