航空電子通信系統關鍵技術問題的淺析

摘要：近年來，中國的航空事業(yè)發(fā)展迅速，這一發(fā)展有力地推動了國家經濟的進步，使得人們可以享受更安全、更便捷的出行方式。數字化通信技術、計算機軟硬件技術、中國自主研發(fā)的導航技術以及5G移動通信技術等高端電子通信技術的運用，極大地增強了中國航空技術的安全性和可靠性。文章對航空通信中的幾個主要技術問題進行了深入的剖析與討論，并提出了幾點合理化的意見，希望能對從事航空通信的工作者有所啟示。

關鍵詞：航空電子；通信系統；關鍵技術

在航空系統中，通信系統無疑是非常重要的一環(huán)，是確保一架飛機能夠順利運行的最根本保障。由于飛機的各種功能和復雜度的提高，各種性能的持續(xù)提高，這就需要借助更先進的電子通信技術，來實現有關的工作，從而保證飛機的運轉穩(wěn)定和飛行安全。

以前的科技水平，只能進行基本的通信，現在的科技水平，已經可以進行高效的影像傳輸，達到了實時通信的目的。現代航空通信技術的運用，可以極大地提高航空器通信的速度與穩(wěn)定度，并借助分散式機載通信網絡，可以高效地滿足航空器多種通信需求。為了改善航空通信的可靠性與效率，必須對其在航空通信中的使用情況進行合理的研究。

一、航空電子通信系統概述

最近幾年，伴隨著電子和通信技術的迅速發(fā)展，它在航空業(yè)中的運用也變得更加普遍，數碼技術和微電子技術在航空業(yè)中的運用促進了飛行器的總體性能的提高。從80年代起，國內就已經將電子通信設備應用于飛行器上，這使得航空科技得到了很大的提升，并且為隨后的航空電子設備取得了一定的領先地位奠定了堅實的基礎，而飛機航空電子系統的架構也由傳統的分立式和聯合式向如今的分布式、高集成式的航空電子體系結構發(fā)展，在航空電子通信系統的發(fā)展歷程中，大致可以劃分為獨立裝置、聯合式和綜合式三個階段。

獨立的裝置級，即多個獨立的傳感器，終端顯示操作裝置，以及處理器等，它們的電子通信其實也是點對點的電線。其次是一體化航電體系，該體系基于數據處理程序，將控制、導航、通信等多個模塊的功能整合起來，多通道之間由總線相連，為多種控制和顯示的實現提供了依據。

最后合成組件，其功能就是利用多個可更換的組件，完成對應的信號處理任務。采用模塊化設計方法，可以改善系統的集成性和可重構性。縱觀航電體系的發(fā)展歷史，其各個職能在起步階段是彼此獨立的，每個功能之間只有極少數的互動，這種做法的好處就是可以進行單獨的開發(fā)，而且如果有一些功能出現了問題，也不會對其他的功能產生太大的影響。然而，伴隨著飛機的功能變得越來越復雜，這種做法會極大地降低了飛機的工作效率，同時也比較難以進行技術升級。

而后來出現的集成模塊化航空基通信技術，則能夠很好地克服以上問題，其人機界面更加友好，運行更加方便，使用更少量的硬件就能夠實現相關的功能，還可以提高功能的綜合水平，同時還可以讓數據的處理和共享變得更為方便，這也將會是今后航空子系統發(fā)展的主要趨勢。

二、航空電子通信技術的發(fā)展歷程

隨著微電子學和數字化科技的發(fā)展，航空科技對飛行器起降、飛行控制等各領域的重要性日益凸顯。作為飛行器中重要的組成部分，其性能直接關系到飛行器的整體性能，進而提升部隊的綜合實力，同時也能夠提升戰(zhàn)機的戰(zhàn)斗力與服役年限。當前的空運系統，尤其是在戰(zhàn)爭時期，采用的是一體化結構。

例如，針對軍用飛機的航天電子信息技術，采用相關的技術方法，對一些核心技術進行解決，手機通信技術就是其中之一，作為電子信息科技的主體，在當今的電子通信科技中扮演著重要的角色，并且具備較高的實用性。隨著電子和信息科技的迅猛發(fā)展，手機通信得到了迅猛的發(fā)展。

三、航空電子通信系統關鍵技術分析

（一）航空電子通信系統拓撲結構

在航空通信系統中，每一種互聯的物理架構都是以總線為基礎，而每一種互聯的子通信架構都是以互聯為基礎的。從當前的情況來看，一般的航空通信系統拓撲結構主要包括單級總線拓撲結構等，它們已經在實際工作中獲得了良好的使用效果，因而具有較強的理論依據和實際意義。一階總線拓撲，其實就是將各子系統之間的聯系，因為這種聯系方式比較簡單，可以完成的數據交換也比較小，因此，它被廣泛地運用在一些具有很小的網絡通信負荷的電子通信系統中。

當一個電子通信系統中，子系統數量較多，通信負載較大時，可以使用多個單級總線結構，這種拓撲將各個子系統按某種程度上的要求進行了科學的、理性的劃分，然后把它們分別與總線相連，這樣就可以完成比較復雜的業(yè)務傳送工作。另外，采用多層級總線架構，底層總線能夠即時接收并執(zhí)行來自上級總線的命令，使得整體運行更加便捷，該拓撲是一種十分復雜的網絡架構，包括很多比較復雜的處理函數以及很多的通信服務。

（二）航空電子通信系統層次架構

航空信息通信的構建離不開分層的架構，一般而言，空天信息通信包含應用層、物理層、傳輸層、驅動層和數據鏈路層五個層面，因此能夠更好地完成系統的硬件系統組態(tài)和軟件編程，明晰了層級，可以讓整個通信系統的應用更加完整。簡單地說，物理層可以將在物理介質中呈現的比特流傳遞出來，之后，由驅動層與各種程序相連，最后由傳輸層來傳遞和分配信息，由應用層來管理和提供相關的應用，最后，在數據鏈路上調整消息的發(fā)送順序，使它的傳輸更為理想。

（三）航空電子通信系統時鐘同步設計技術

在航空電子通信系統中，有許多的子系統，每個子系統都會有各自的運轉的定時時鐘，由于各種原因，會造成不同程度的定時誤差，所以，就必須將這些時鐘進行同步，總體的定時應該是平穩(wěn)的，并且要進行同步的設計，這樣才能有效地防止系統的定時誤差。在現實生活中，大部分的航空通信系統，都會在總線等子系統上裝上一個實時定時器，然后利用航空系統，對定時器進行開機和控制，從而向子系統發(fā)出定時信息，讓子系統的定時器根據定時信息來調節(jié)偏差，從而確保了時鐘的同步。鐘差同步技術不僅顯著提升了航空電子通信系統的運行效率，還通過采用標準化的同步協議和模塊化設計，大大簡化了系統的架構和操作流程。這不僅降低了長期的維護成本，減少了因系統復雜性帶來的潛在故障點，還在整體上降低了實現和維護的費用。標準化協議使得不同制造商的設備間兼容性增強，模塊化設計則便于系統的擴展和升級，進一步提升了系統的靈活性和響應速度，最終實現了系統性能和經濟效益的雙重提升。

（四）航空電子通信系統故障清除技術

在航空電子通信系統中，故障消除技術也是一個十分重要的技術問題，因為在工作的時候，有許多的外界干擾因素，一旦出現問題，就有可能導致整個電子通信系統出現問題，嚴重的還會導致硬件系統的損傷，造成永久失效。因此，要想辦法將之修補好。總線控制器負責全面地檢測各子系統的故障情況，并將問題解決，第一個問題就是由總線控制器來解決，一旦問題解決了，就會被認為是暫時的問題，而如果問題持續(xù)的話，就會被認為是永久的問題，必須將問題的相關內容記錄下來，并將其上傳到總線控制器中，以保證相關的問題可以被解決。

（五）航空電子全雙工交換式以太網技術

該方法在虛擬鏈路通信模式下，既能保證最大的通信頻寬，又能有效地抑制網絡傳輸的分組丟失率及最大的晃動。目前，基于IEEE802.3和TCP/IP等先進的航電設備交換以太網技術為研究對象，并與特定的強迫實時傳送測試方法相互融合，既能保障通信的安全性，又能滿足用戶的確定性要求。本項目針對空天飛機的特點，提出一種基于多開關接入的航電系統拓撲結構，采用多開關連接的方法，把飛機的物理和運行層有機地融合起來，形成一個標準的人機界面。

（六）衛(wèi)星通信技術

在當前的通信中，衛(wèi)星通信技術是最成熟的一種，它具有覆蓋范圍廣、信息傳輸質量高、組網方便等優(yōu)點，是航空通信系統的關鍵技術。在此基礎上，提出了一種利用人造地球衛(wèi)星作為中繼節(jié)點，利用其發(fā)射的電磁波來進行數據傳輸的新方法。在具體的使用中，我們會看到，針對目前的航天通信技術，其信息處理速度相對較低，難以達到目前的民航通信需求，因此需要大幅度提升衛(wèi)星通信的處理速度，此時，可用激光傳送代替，這樣可以降低信號的干擾，改善信息的傳送質量。

（七）天線技術

為了達到高效的通信，飛機上會安裝大量的電子通信裝置，而這一切都需要先天條件，因此，在航天通信領域，天線也是一個不可或缺的關鍵技術。本文著重討論了高頻段、航線道以及寬帶天線.利用該技術可以進行遠程語音通信，是航空器與航空器以及航空器與地面站之間通信的一種行之有效的手段。本項目擬采用2.0～29.999MHz的高頻通信方式，通過地表及電離層對通信信號進行周期性的反射，實現通信信號的傳輸。雷達回波的持續(xù)時間與航向高度密切相關。該航線的天線由兩個單元組成，用于將射頻信號送到1號接收器和2號接收器。它的接收頻率為108.1～111.52MHz，通信間隔為1/10的1/10波段。RA是一種無線測高儀，通常安裝在航空器的下方，作用是接收來自航空器的信號，從而計算航空器與航空器之間的豎直距離。

（八）空時自適應濾波技術

由于航機工作環(huán)境比較復雜，各種類型的電磁干擾非常突出，航機通信電子器件普遍使用時空域自適應濾波器（STAP）。STAP使用多個陣元構成天線矩陣，其濾波系統的處理器利用網絡化的結構來完成對天線單元的反饋調整，精確調整微波網絡中的天線單元幅度、相位以及波束方向等，并產生方向圖的零點，進而排除各種干擾的影響。該方法是在每個陣列單元的前端加入一條時域濾波器，用于對接收到的數據進行濾波。該系統利用多個天線陣元及時域延遲，并綜合干擾信號的時空特征及能量特征，實現對空域干擾來向零陷值的精確調整，實現各類干擾信號的快速消除及抑制，可高效地應對復雜的電磁環(huán)境。此外，STAP濾波器的模塊化結構使其具有較大的尺寸和較好的可擴充性。

結語

在飛行器的綜合能力得到進一步提升的同時，這就需要不斷使用新的科技來提高整個民航通信系統的穩(wěn)定性、準確性和有效性，從而提高民航通信的可靠性和準確性。重要技術方面的探索力度，使其在各個方面都得到進一步的提升，為此，文章對航空通信技術中的幾個重要技術問題做了簡單的探討，希望可以為該技術的發(fā)展提供更好的技術支持。

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作者簡介：游蕊（1996—），男，漢族，河南信陽人，大專，助教，航空電子；

白雪琪（1996—），男，漢族，安徽亳州人，大專，助教，航空電子。