航空通信導航干擾因素的分析及解決

【關鍵詞】航空通信導航；干擾因素；解決措施

引言

現代衛星導航系統依靠多衛星組網技術，這種技術架構使得它在軍事和民用領域都扮演著關鍵角色。從技術實現角度看，多顆衛星協同工作實現大范圍覆蓋，配合自適應信號處理技術，理論上能突破傳統地面基站的物理限制。不過實際應用中，這種開放式的信號傳播方式容易受到自然環境影響——像電離層電子濃度變化造成的信號延遲，建筑反射引發的多路徑干擾，這些都是常見問題。更麻煩的是衛星設備本身的設計特點，采用透明轉發模式雖然簡化了系統架構，但面對人為惡意制造的虛假信號時，缺少本地識別機制就會成為致命弱點。當這些系統從實驗室的理想環境轉入真實電磁場景時，原有設計漏洞就會被放大，不僅可能導致導航服務中斷，還存在引發連鎖故障的潛在風險。

一、航空通信導航干擾的影響

（一）飛行安全隱患

作為航空運行系統的神經中樞，現代通信導航體系承載著空天地協同的關鍵職能，其運行效能直接決定飛行器在四維空間內的可控性。干擾因子的侵入將引發系統功能的漸進式劣化，主要涉及空間定位精度衰減、地空信息鏈斷裂、飛行指引失真等典型故障模態。在機場終端區的電磁敏感環境中，無線電頻譜的競爭性占用已成為不可忽視的風險源。非法信號注入與合規信號的時域沖突，可能誘發機載系統出現選擇性接收障礙。當多源干擾形成協同作用時，系統冗余機制可能發生預期外的功能降級，這種降級過程往往突破傳統故障樹的預測邊界，形成具有自組織特性的新型威脅拓撲[1]。

（二）系統性能下降

現代飛行器的電子系統采用深度整合設計，各功能模塊間存在緊密關聯。在飛行過程中，這種架構能讓自動駕駛儀、導航計算機與通信終端形成協同運作，有效支撐著飛行任務的安全執行。但需要警惕的是，這種精密體系實際潛藏著連鎖風險——當特定設備遭受干擾時，看似獨立的功能模塊會產生異常互動。以民航客機遭遇無線電干擾為例，當干擾信號強度超出設備承受范圍，自動駕駛系統接收的航向數據會產生明顯偏移，這種偏差體現在飛行高度和航向參數上，可能引發機翼姿態控制系統與發動機推力的配合失調，最終導致飛行穩定性下降。

（三）空管協調難度加劇

現代飛行器內部電子系統已形成高度集成的網絡架構，這種深度互聯的設計初衷在于提升系統協同效率，但當特定模塊發生異常時容易引發多米諾骨牌效應。當遭遇高強度無線電干擾時，飛行器濾波裝置可能無法有效攔截異常信號，此時自動駕駛系統就會像迷路的孩子般失去方向基準。更棘手的情況出現在衛星導航遭受欺騙式干擾時，在云層密集區域或復雜電磁環境中，導航接收器就像被蒙上雙眼的向導，既無法鎖定真實信號來源，也難以測算飛行器與地面站的實際距離——此類突發故障如同空中交通管制員與機組人員的通訊鏈路突發串頻，導致地面監控系統與飛行器儀表盤同步陷入數據迷霧。

二、航空通信導航干擾因素的分析

（一）電磁環境復雜性對航空通信導航的干擾

在航空通信導航系統的運行機理中，電磁波傳播質量直接決定著信息傳輸效能。當前面臨的突出問題在于，開放電磁空間中多源信號的競爭性輻射已形成復雜干擾場，這種態勢主要源于兩個維度的矛盾演化。

從頻譜分配維度觀察，有限頻譜資源與指數增長的無線通信需求之間形成結構性沖突。國際電信聯盟劃分的航空專用頻段，在實際傳播中面臨相鄰頻段民用信號的越界滲透[2]。以地面蜂窩網絡基站群為例，其廣域覆蓋特性導致發射信號在自由空間傳播時，可能通過諧波輻射方式侵入航空通信頻域邊界，這種非故意干擾產生的互調產物，往往超出接收設備的帶外抑制能力；從技術應用維度審視，大功率發射裝置的空間布局密度已突破傳統電磁兼容設計閾值。特別是第五代移動通信基站的高密度部署策略，以及超高清廣播電視發射塔的功率升級，使得城市空域周邊形成持續性背景噪聲。

（二）人為操作失誤引發的不利影響

在航空運行過程中，人員操作既是確保飛行安全的重要基礎，也可能成為系統隱患的主要來源。實際工作中發現，當維護人員不按標準作業程序（Standard Operating Procedure，SOP）操作時，特別是在需要精確校準設備參數時漏掉步驟，容易導致通信導航設備出現異常狀態[3]。比如在調整航向信標臺天線角度時，只要方位角稍微超過半度的偏差，就可能讓導航信號出現盲區，這種情況在2019年國際民航組織（International Civil Aviation Organization，ICAO）更新維護指南時專門提到需要重點防范。還有些非專業人員違規安裝大功率無線設備，這些設備就像不斷干擾航空專用頻率的噪音源。根據國內無線電管理條例第38條規定，這種未經許可的信號發射屬于違法行為，其產生的干擾信號可能超過機場電磁環境的安全標準。

（三）系統硬件性能的局限性約束

現代航空設備雖經過系統設計和嚴格測試，其物理硬件本身的能力上限仍然構成基礎性制約。這種固有特性在復雜電磁環境中呈現出逐漸變化的特點：比如按照早期技術規范設計的甚高頻通信模塊，由于晶體管使用年限增長帶來的性能衰減，加上混頻電路存在設計局限，當動態噪聲超過特定強度閾值時，帶通濾波器就容易出現相位響應異常。實測數據顯示，這種情況可能導致信號波形發生非線性畸變。

無線電波傳播過程中，菲涅爾區效應會顯著影響傳輸質量。比如遇到高層建筑或山地環境時，電波傳播路徑會形成以直射波為主軸、反射波作為變量的復合波陣面。此時接收端的解調器在處理多徑信號時，如果時延擴展超出相關器捕捉范圍，就容易出現基于碼片周期的累積誤差。這種情況在機場周邊地形復雜區域尤為常見，需要特別關注信號同步處理能力。

（四）自然環境變化誘發的不確定性影響

自然環境動態變化帶來的不可預測干擾，已成為影響航空通信導航系統穩定運行的重要難題。實際案例表明，其影響機制主要體現在以下幾個方面。雷暴天氣時，高強度閃電產生的瞬間電磁脈沖具有雙重破壞作用，既可能直接損壞天線物理結構，又會通過電離層擾動改變短波傳播路徑。遇到大霧或暴雪這類極端天氣，電波穿過不同介質時的損耗會明顯增加，形成疊加衰減現象。太陽活動高峰期，高能粒子流與地球磁場相互作用會產生兩種異常情況：空間背景噪聲強度超出常規接收設備承受范圍，低軌衛星運行軌道出現偏移。在地形復雜的山區機場，比如重慶江北機場周邊多山地形，特定方向會因地形阻擋形成信號盲區。當導航信標發射仰角低于地形臨界值時，需要同時采用多徑補償算法和輔助定位技術來解決，才能確保導航信號穩定覆蓋整個區域。

三、航空通信導航干擾因素的解決措施

（一）提升抗干擾能力的技術優化方案

針對航空通信面臨的頻譜資源約束難題，本研究提出基于動態優先級的頻譜協調機制。在技術實現層面，可構建分級管控模型，將空域流量特征與頻譜使用效率進行參數耦合，通過機器學習算法建立頻段需求預測函數。具體實施中，建議采用雙層優化架構：上層基于QLearning算法實現區域級頻譜動態分配，下層通過分布式計算節點完成局部頻段協調。同時引入非對稱數據壓縮編碼技術，在保持通信質量前提下，將信道占用率降低至理論極限值的85%～92%區間。

需要采用低噪聲放大器與高選擇性濾波器構成的前端處理模塊，通過元器件級的信噪比提升策略削弱非期望信號干擾。接收系統方面，可基于自適應陣列天線的波束形成算法，建立空域濾波的動態調控機制，其陣列響應函數應具備實時調整主瓣指向與旁瓣抑制能力。針對電子對抗威脅，建議構建融合跳頻技術、直接序列擴頻及量子加密協議的復合防護體系，重點強化通信鏈路在“時-頻-碼”三維空間的抗截獲特性；針對航空電子系統單點失效風險，建立基于異構架構的冗余保護機制。在數據鏈路層實施雙頻段收發模塊與多協議兼容架構，通過動態頻譜感知實現主備信道無感切換。導航系統可采用多源信息融合定位機制，將衛星導航系統（Global Navigation Satellite System，GNSS）的廣域覆蓋特性與地基增強系統的局域修正能力進行時空耦合，形成具備誤差自補償能力的彈性定位網絡[4]。

（二）優化航空運營流程與制度管理

在人為操作失誤防控方面，建議構建包含資質管理、流程控制、技術支撐的立體化規范體系。人員資質維度需建立基于風險矩陣的操作標準分級體系，將設備調試等關鍵作業細化為A/B/C三類風險等級，對應不同授權級別的操作權限。流程控制層面應實施“雙人四眼”原則的交叉驗證機制，對導航參數設置建立包含預檢、互檢、終檢的三階段驗證流程。技術支撐方面建議研發符合ED135標準的維護日志區塊鏈系統，該系統的設計需滿足三個核心要求：（1）操作記錄的時間戳不可篡改特性；（2）參數修改的版本追溯功能；（3）異常操作的實時預警能力。

航空通信導航系統的異常運行多源于人為操作失范，需構建多維協同的監管架構。基于ICAO Doc 9859安全管理體系要求，建議實施：①建立“飛行員-地勤-管制員”的異構崗位監控耦合機制，通過ADSB數據鏈實時校驗操作合規性；②部署多模態傳感器陣列（含語音指令識別、操作軌跡追蹤模塊），基于隱馬爾可夫模型構建異常操作辨識算法；③設計分級預警響應協議（參照FAA AC 120—92B標準），對偏離SOP事件實施態勢分級處置。技術實現層面，建議采用數字孿生技術構建虛擬驗證環境，將實時監控數據與仿真模型進行交叉驗證。需注意管制員陸空通話指令的語義歧義消解問題，開發基于航空專用語料庫的自然語言處理解析引擎，實現管制指令與飛行操作的數字化映射。

（三）加強技術人員專業培訓

針對航空通信導航干擾問題的應對方案中，技術人才培養體系需要構建多維度訓練模式。面對設備快速更新迭代的行業趨勢，原先單純依靠課堂授課與操作手冊的培訓方式效果逐漸減弱，建議構建階梯式實戰化培養體系。

在基礎技能訓練環節，引入三維動畫模擬教學系統，利用設備分解演示功能直觀呈現信號傳輸過程，同時安排資深技術員以現場指導形式幫助新人熟悉操作界面。當進入技能強化階段時，借助增強現實技術搭建故障診斷平臺，通過全息成像技術還原典型設備故障場景，要求學員在仿真環境中完成檢修流程規劃[5]。

對于設備維護崗位技術人員，建議開發實時監測訓練平臺，重點訓練通過聲音波形變化識別異常信號的技術能力。在空管指揮人員培訓過程中，應當設置雷達突發失效、多頻段通信中斷等復合型緊急情境，重點檢驗指令發布的反應速度與準確程度，特別要模擬極端工作壓力下的應急處置表現。

（四）推動跨領域合作實現協同創新

建議采取“基礎標準打底+民航模塊定制”的靈活架構。具體來說，在沿用GB/T17626電磁兼容國標框架基礎上，重點針對機場導航臺站特有的電磁環境，開發專用適配模塊。特別是儀表著陸系統的抗干擾指標，咱們要單獨劃出來制定評估細則——就像給精密儀器準備專用防護罩那樣。現在新型抗干擾設備從定型到裝機，往往卡在適航認證環節。解決辦法是建立“預研—測試—改裝”的閉環機制，讓設備開發商、航電研究所、適航審定中心三方提前介入，形成技術參數聯調機制。就像蓋房子時的“三同時”驗收，把標準磨合工作做在前頭。

產業協同創新可借鑒中電科54所與民航二所的合作模式，重點突破航電設備濾波組件、自適應調頻芯片等卡脖子技術。建議設立空天地一體化測試場，允許航天、電力企業使用民航專用頻段開展兼容性實驗，但需嚴格限定發射功率閾值（小于等于-50 dBm）及時間窗口（00000400 UTC）。在國際協作維度，應著重完善ITURM.2084建議書的實施細目，特別是在C波段（3 400～4 200 MHz）的共享使用規范方面，推動建立全球統一的干擾事件分級響應機制。可通過“一帶一路”空間信息走廊建設，試點中歐衛星導航頻率協調預案，探索建立國際互認的航空電磁環境評估“白名單”制度[6]。

結語

航空通信導航系統的抗干擾能力建設，本質上是對多維風險因子的協同治理工程。在工程實踐層面，建議采用分層遞進的解決策略：物理層重點部署具備自適應濾波功能的GNSS抗干擾模塊（兼容DO373標準），同步推進L波段與C波段的動態頻譜共享機制；操作層則需建立特情處置的雙重驗證制度，將《航行服務程序手冊》中的關鍵操作步驟轉化為強制校驗節點。環境適應能力提升方面，建議建立跨機構的氣象數據融合平臺，集成NEXRAD雷達數據、太陽黑子活動指數及電離層擾動預警信息，構建三維空間的環境威脅圖譜。通過上述“技術-管理-制度”的立體化改進路徑，可有效縮短通信導航中斷事件的平均恢復時間。

參考文獻：

[1] 韓永樂，汪路云.關于航空通信導航干擾因素的分析及解決辦法[J].智慧中國，2025（02）：3839.

[2] 張杰.民用航空甚高頻通信無線電干擾監測與預防探究[J].信息與電腦（理論版），2018（17）：149150.

[3] 呂惠君，李柏慶，張鈺佳.航空通信導航干擾問題與對策研究[J].中國航班，2021（07）：8082.

[4] 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）：5859.

[5] 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.

[6] 王太生.航空通信導航頻率日常干擾探討[J].神州，2017（28）：277.