航空通信導航頻率干擾問題探究

摘要：基于航空業的快速發展，空中交通流量顯著增加，給航空通信導航系統的可靠性和安全性產生較大的挑戰。重點分析航空通信導航頻率受干擾問題，研究該干擾對飛行安全可能產生的影響，并提出確保系統穩定運行的有效策略。研究指出，航空通信導航頻率遭受的干擾源多樣，包括非法的無線電發射、自然界的電磁現象、其他合法無線電信號的意外干擾以及蓄意干擾等。希望通過論述能夠為同領域專業技術人員提供理論支持。

關鍵詞：航空；通信；導航；頻率；干擾

一、前言

航空通信導航系統對保障航班安全與高效運行具有重要作用。基于無線電技術的普及和廣泛應用，頻率干擾已成為影響航空通信導航性能的主要因素。此類干擾不僅可削弱通信效果，還可導致導航數據的偏差，極端情況下甚至可能引發飛行安全事故。鑒于此，航空通信導航頻率干擾問題成為最大研究重點。

二、航空通信導航頻率干擾機制

航空通信導航中的頻率干擾問題涉及無線電頻譜的有效管理和信號處理技術的應用，旨在確保航空器與地面控制中心以及其他航空器之間的安全通信。干擾來源多樣化，既包括自然環境因素，也包含了人為活動和設備本身的特性。對信號干擾的理解，可以使用信噪比（SNR）來量化，其計算公式為（1）：

（1）

其中，Ps—信號功率；Pn—噪聲功率；

當航空器處于高干擾狀態下，信號功率可能會產生較大的影響，進而導致信噪比降低，最終會影響通信質量與導航精度。

三、航空通信導航頻率干擾的來源

（一）內部干擾

內部干擾主要源自航空通信導航系統內設備本身的問題。該問題往往由設備老化、維護不及時或設計上的不足引起。例如，發射機與接收機經過長期使用后可能出現性能衰退，導致發射信號的頻譜特性發生改變，產生未預料到的雜散信號。這些雜散信號可能會影響鄰近的通信信道，造成頻率干擾。同時，接收機的靈敏度和選擇性也可能因老化而減弱，使其難以有效過濾背景噪音及其他干擾信號，進而影響通信質量。此外，缺乏定期的校準和檢查也是引發內部干擾的重要因素之一[1]。當設備未能及時維護，其性能指標可能會偏離正常范圍，進而導致一系列問題的發生。

（二）外部干擾

外部干擾因素主要來自航空通信導航系統之外的無線電設備，包括地面移動通信設備、工業、科學和醫療設備（ISM設備）以及非法無線電發射設備等。地面移動通信設備是最為常見的外部干擾源。基于移動通信技術的迅猛發展，手機基站和用戶終端數量大幅增長，這些設備在運行過程中會產生大量無線電信號。盡管該信號通常限定在特定的頻段內，但若頻率分配不當或設備出現問題，依然可能對航空通信導航系統造成干擾。例如，當手機基站的發射功率超出規定范圍或天線指向設置不正確時，可能導致信號泄露至航空專用頻段，干擾飛行員與地面控制中心的通信。ISM設備是主要外部干擾源，此設備的應用十分廣泛，包括家用微波爐、無線對講機、醫療儀器等。

四、航空通信導航頻率干擾的影響

（一）通信質量下降

干擾信號可以顯著降低信號的信噪比（SNR），使得通信內容難以識別，嚴重影響航空通信的質量。在極端條件下，信噪比的下降可能導致信號被噪聲掩蓋，接收機無法準確地解碼和理解信號內容，從而引發通信中斷或誤碼率上升。例如，地面移動通信設備因其較高的發射功率，若頻率規劃不合理或設備出現故障，可能會干擾航空使用的頻段，使飛行員與地面控制中心之間的通信變得模糊不清，甚至徹底中斷[2]。另外，工業、科學和醫療設備（ISM設備），如微波爐、無線對講機等，盡管其操作限于特定的頻段，但鑒于該設備具有較大的發射功率且頻率管理不夠嚴格，仍可能產生廣泛的噪聲，干擾航空通信導航系統的正常功能。這樣的干擾不僅會降低語音通信的清晰度，還可能導致數據傳輸錯誤，影響飛行任務的順利執行。

（二）導航精度降低

干擾信號可能對導航信號的準確性產生負面影響，導致定位誤差，進而影響航空器的安全導航。航空導航系統依靠精確的信號來確定航空器的位置、速度和方向。常用導航系統有全球定位系統（GPS）、慣性導航系統（INS）和甚高頻全向信標（VOR）等。該系統通過接收并處理來自不同源的導航信號，來計算出準確的位置信息。若干擾信號侵入導航系統，就可能破壞信號的完整性和一致性，導致定位誤差。例如，INS系統通過測量航空器的加速度和旋轉速率，利用積分算法計算位置、速度和姿態。干擾信號可能會影響傳感器的測量準確性，進而導致誤差的累積[3]。a是加速度測量值，ω是角速度測量值，干擾信號na和nω分別影響加速度和角速度測量，如式（2）和（3）：

（2）

（3）

位置p和速度v的更新公式為式（4）：

（4）

因此，位置誤差?p和速度誤差?v可以表示為公式（5）：

（5）

（三）安全隱患增加

嚴重的頻率干擾可能導致通信中斷，對飛行安全構成了較大的威脅，是航空通信導航頻率干擾中最嚴重隱患。航空器在飛行期間必須與地面控制中心維持穩定的通信聯系，以便接收航行指令、氣象信息及緊急情況通知等重要信息。若發生通信中斷，飛行員將無法及時獲取這些關鍵信息，不僅可能導致飛行任務的延遲或失敗，甚至可能對飛行安全造成嚴重威脅。例如，非法無線電發射設備的使用可能侵占航空通信頻段，阻礙飛行員接收地面控制中心的指示，影響飛行操作。同時，地面移動通信設備如果發射功率過高或天線方向設置不當，也可能導致信號溢出至航空頻段，干擾飛行員與地面控制中心的通信。該干擾不僅影響語音通信的質量，還可能導致數據鏈路中斷，進一步影響飛行計劃的實施。

五、應對策略

（一）技術改進

提升設備的抗干擾能力是解決航空通信導航頻率干擾問題的關鍵措施之一。通過技術創新，可以顯著增強航空通信導航設備的抗干擾性能。一方面，采用頻率跳變技術是有效抵御干擾的方法之一[4]。該技術通過實時變換工作頻率，降低了遭遇干擾的可能性。若檢測到干擾信號，系統可快速切換至正常頻率范圍，保證通信的連貫性和穩定性。在現代軍事通信系統中，頻率跳變技術已得到廣泛應用，用于對抗潛在的電子干擾。另一方面，應用先進的信號處理技術。例如，自適應濾波技術也能進一步加強信號的抗干擾性能。自適應濾波技術依據實時監測的干擾狀況，自動調節濾波參數，有效去除背景噪聲和其他干擾信號，從而提高信號的信噪比。多天線技術與正交頻分復用（OFDM）等技術的應用也有助于提高系統的抗干擾水平。多天線技術利用空間分集和波束形成的優勢，增強了信號的接收與發送效率，減少了干擾的影響。而OFDM技術通過將信號分布于多個子載波上，即便部分子載波受到干擾，其余子載波仍可正常工作，最大限度提升系統穩定性。不同技術對抗干擾能力的影響如圖1所示。

（二）管理措施

強化頻率管理是減少航空通信導航頻率干擾的重要行政措施。通過合理的頻率規劃和分配，可以有效避免頻率重疊與沖突，降低干擾發生的可能性。第一，無線電管理機構應當構建完善的頻率管理體系，科學地規劃和分配頻率資源，確保各個設備間的頻率間隔足夠寬泛，以防止相互干擾。第二，加強對無線電設備的管理是防范非法干擾的核心。無線電管理機構需要加大對無線電發射設備的監督力度，確保所有設備遵循國家制定的標準和規定，嚴厲打擊非法無線電發射活動。例如，通過定期的檢驗和測試，確認設備的發射頻率和功率處于許可范圍內，避免非法設備侵占航空頻段[5]。第三，提高監測和預警的能力同樣是應對頻率干擾不可或缺的一環。建設航空通信導航頻率干擾監測系統，能夠實現對頻譜環境的實時監控，及時識別并解決干擾問題。該監測系統可運用多種傳感器和技術，如頻譜分析儀和方向定位器等，對頻譜進行持續監測與分析，若檢測到干擾信號，即刻啟動應急響應程序，迅速確定干擾源并采取行動消除干擾。

（三）法規制定

制定和優化相關法律法規是解決航空通信導航頻率干擾問題的基本保障。確立無線電頻率使用的法律規范，為處理頻率干擾提供堅實的法律基礎。第一，應當制定相應的法律和規章制度，詳細規定無線電頻率的使用準則和管理標準，確保所有用戶依照法律規定使用頻率資源。例如，可通過制定無線電頻率分配與使用管理條例，明確各類設備的頻率使用區間和最大發射功率，避免非法占用和干擾行為的發生。第二，加強國際間的合作是解決跨國頻率干擾問題的有效方式。

六、結語

綜上所述，解決航空通信導航頻率干擾問題的主要措施包含技術、管理和法規三方面。通過對新技術的創新、嚴格化的數據管理和完善的法規，可最大限度減少頻率干擾，保障航空通信導航系統的穩定運行，從而提高飛行安全水平。

參考文獻

[1]趙國慶.航空通信頻率干擾因素及抑制技術[J].自動化應用，2023，64（12）：46-48+54.

[2]蔡官文.關于航空通信導航干擾因素的分析及解決辦法[J].中國航務周刊，2021（03）：58-59.

[3]李家旭.航空通信導航頻率日常干擾探討[J].數碼世界，2019（07）：25.

[4]肖金祥，姚亮亮，馮沖.航空通信導航頻率干擾問題探究[J].河南科技，2019（05）：23-24.

[5]李光生.航空通信導航頻率日常干擾分析[J].電子測試，2019（02）：134-135+59.

作者單位：中國飛行試驗研究院

■ 責任編輯：王穎振 楊惠娟