徐揚(yáng)

【摘 要】通過(guò)對(duì)民用飛機(jī)機(jī)載甚高頻收發(fā)機(jī)系統(tǒng)工作原理及接口信號(hào)類型和特征的分析，進(jìn)行了對(duì)于機(jī)載甚高頻收發(fā)機(jī)的激勵(lì)技術(shù)研究，其目的在于能夠在地面試驗(yàn)室搭建針對(duì)機(jī)載甚高頻收發(fā)機(jī)的功能測(cè)試環(huán)境，滿足通信系統(tǒng)地面試驗(yàn)需求。

【關(guān)鍵詞】甚高頻收發(fā)機(jī)；通信；激勵(lì)

0 研究背景

隨著我國(guó)大型民用客機(jī)項(xiàng)目的啟動(dòng)和開(kāi)展，許多與民機(jī)航空電子系統(tǒng)集成相關(guān)的技術(shù)需要研究和突破，以使系統(tǒng)研發(fā)集成滿足相應(yīng)的國(guó)際規(guī)范和適航認(rèn)證要求，從而保證民機(jī)系統(tǒng)所特有的高安全性。

甚高頻通信系統(tǒng)激勵(lì)技術(shù)無(wú)疑是那些需要研究的技術(shù)之一。民用飛機(jī)的通信系統(tǒng)用于飛機(jī)與地面電臺(tái)或者其他飛機(jī)間進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)，在飛機(jī)內(nèi)機(jī)組人員之間進(jìn)行通話，以及向旅客傳送話音和娛樂(lè)音頻信號(hào)。機(jī)載甚高頻通信系統(tǒng)是通信系統(tǒng)最主要的組成部分之一，其用于視線距離內(nèi)的調(diào)幅通話聯(lián)絡(luò)、選擇呼叫聯(lián)絡(luò)以及包含了機(jī)載數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的收發(fā)功能。

1 機(jī)載甚高頻通信系統(tǒng)概述

甚高頻通信系統(tǒng)能夠提供飛機(jī)與地面臺(tái)站、飛機(jī)與飛機(jī)之間進(jìn)行雙向話音和數(shù)據(jù)通信聯(lián)絡(luò)。甚高頻通信系統(tǒng)采用調(diào)幅工作方式，其工作的頻率范圍有118.00MHz至151.975MHz，頻道間隔為25kHz，這是國(guó)際民航組織規(guī)定的頻率范圍和頻道間隔。甚高頻傳播方式的特點(diǎn)是：由于頻率很高，其表面波衰減很快，距離很近，通信距離限制在視線距內(nèi)，所以它以空間波傳播方式為主；電波受對(duì)流層的影響大，受地形、地物的影響也很大。

2 激勵(lì)技術(shù)研究

2.1 機(jī)載甚高頻收發(fā)機(jī)通信信號(hào)分析

機(jī)載甚高頻收發(fā)機(jī)話音通信的主要技術(shù)體制為：

1）頻率范圍為117.975～137MHz，頻道間隔為25kHz和8.33kHz兩種；

2）調(diào)制方式為雙邊帶調(diào)幅：DSB-AM；

3）機(jī)載發(fā)射功率為25W或50W；

4）具有選擇呼叫（SELCAL）能力。

機(jī)載甚高頻收發(fā)機(jī)數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)體制為：ACARS和VDL-2兩種體制。ACARS數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)敲嫦蜃址臄?shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，采用MSK-AM模擬調(diào)制，分別利用1200Hz和2400Hz兩個(gè)音頻信號(hào)代表邏輯0和邏輯1，使用模擬電臺(tái)進(jìn)行傳輸，信息傳輸?shù)淖罡咚俾蕿?.4kbit/s。VDL-2體制采用D8PSK調(diào)制，使用載波偵聽(tīng)多址訪問(wèn)（CSMA）接入方式，使用數(shù)字電臺(tái)進(jìn)行傳輸，信息傳輸速率可達(dá)31.5kbit/s，現(xiàn)已成為ICAO推薦的數(shù)據(jù)鏈標(biāo)準(zhǔn)之一。

關(guān)于載波偵聽(tīng)，收發(fā)機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)或語(yǔ)音包之前運(yùn)行CSMA時(shí)，VDL-2接收機(jī)可通過(guò)能量檢測(cè)算法來(lái)檢測(cè)信道是否空閑，但由于噪聲不是常量，故需要一種噪聲估計(jì)方法。信道從忙到空閑的檢測(cè)：如果一個(gè)接收站持續(xù)5ms接收到信道功率≥-87dB，并且如果接收到的功率<-92dB的時(shí)間<1ms，則接收機(jī)將以0.9的概率繼續(xù)認(rèn)為信道繁忙；如果接收到的功率<-92dB的時(shí)間<1.5ms，則接收機(jī)將以0.9的概率繼續(xù)認(rèn)為信道空閑；信道從空閑到忙的檢測(cè)：當(dāng)接收到的信道能量≥-90dB且持續(xù)時(shí)間>1ms，接收機(jī)將以0.9的概率認(rèn)為信道繁忙。

2.2 VHF話音通信激勵(lì)方法

要實(shí)現(xiàn)對(duì)VHF機(jī)載收發(fā)機(jī)的激勵(lì)，激勵(lì)器應(yīng)與其保持一樣的技術(shù)體制，同時(shí)應(yīng)具備選擇呼叫功能。因此，VHF收發(fā)機(jī)激勵(lì)器就是一個(gè)具備SELCAL發(fā)射功能的雙邊帶調(diào)幅VHF電臺(tái)，其原理如圖1所示。

其工作過(guò)程如下：當(dāng)按下手持式耳機(jī)/話筒組的發(fā)送按鈕時(shí)，激勵(lì)器工作于發(fā)射狀態(tài)，由話音采集單元實(shí)現(xiàn)從手持式耳機(jī)/話筒組采集語(yǔ)音信號(hào)的功能，同時(shí)該單元要完成話音的A/D變換，之后在中央處理器的管理下，由DSB調(diào)制單元實(shí)現(xiàn)數(shù)字雙邊帶調(diào)幅，再把已調(diào)制信號(hào)交由D/A變換單元實(shí)現(xiàn)數(shù)模變換，最后交由功率放大單元進(jìn)行功率放大。

當(dāng)未按下手持式耳機(jī)/話筒組的發(fā)送按鈕時(shí)，激勵(lì)器工作于接收狀態(tài)，收/發(fā)切換開(kāi)關(guān)指向接收通路，來(lái)自于機(jī)載VHF通信設(shè)備的DSB調(diào)幅射頻信號(hào)送入功率調(diào)整電路，再送入A/D單元實(shí)模數(shù)變換，之后在中央處理器的管理下，由DSB解調(diào)單元實(shí)現(xiàn)雙邊帶話音數(shù)字解調(diào)，由音頻信號(hào)處理單元完成音頻的D/A變換，同時(shí)對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行功率放大，最后由手持式耳機(jī)/話筒組還原出機(jī)載端語(yǔ)音信號(hào)。

考慮到激勵(lì)器與機(jī)載VHF收發(fā)機(jī)直接相連，需接收其大功率信號(hào)，應(yīng)在激勵(lì)器與機(jī)載收發(fā)機(jī)之間串接大功率射頻衰減器。

2.3 VHF ACARS通信激勵(lì)方法

根據(jù)ACARS通信技術(shù)體制，ACARS數(shù)據(jù)通信激勵(lì)器應(yīng)是面向字符的采用MSK-AM調(diào)制的模擬電臺(tái)，其原理如圖2所示。

數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送時(shí)，來(lái)自CMU的數(shù)據(jù)信號(hào)對(duì)調(diào)制頻率產(chǎn)生器進(jìn)行鍵控，使邏輯0和邏輯1分別控制產(chǎn)生相位連續(xù)的1200Hz和2400Hz兩種調(diào)制頻率信號(hào)，然后對(duì)載頻進(jìn)行調(diào)幅和功率放大，放大后的射頻信號(hào)經(jīng)收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和衰減器后激勵(lì)機(jī)載通信電臺(tái)。

處于接受狀態(tài)時(shí)，經(jīng)衰減后的射頻信號(hào)經(jīng)功率調(diào)整后進(jìn)行包絡(luò)檢波，檢波后的信號(hào)由1200Hz和2400Hz兩種頻率信號(hào)組成，它們分別代表了邏輯0和邏輯1，對(duì)這個(gè)基帶信號(hào)進(jìn)行鑒頻解調(diào)成數(shù)字信號(hào)后送CMU處理。

足夠衰減量的衰減器是必要的，因?yàn)榧?lì)器接受的機(jī)載設(shè)備發(fā)射信號(hào)功率較大并且沒(méi)經(jīng)空中傳輸?shù)乃p。相應(yīng)地，激勵(lì)器發(fā)射信號(hào)也要考慮到衰減器因素，事先放大到足夠功率，以使經(jīng)過(guò)衰減器的信號(hào)仍能有效落在機(jī)載電臺(tái)接受靈敏度范圍內(nèi)。

2.4 VHF VDL-2數(shù)據(jù)通信激勵(lì)方法

根據(jù)VDL-2技術(shù)體制，機(jī)載數(shù)據(jù)通信激勵(lì)器實(shí)質(zhì)上就是一部小功率VDL-2數(shù)字式通信電臺(tái)，該激勵(lì)器需采用載波偵聽(tīng)技術(shù)和D8PSK調(diào)制技術(shù)，其原理框圖如圖3所示。

如圖所示，激勵(lì)器采用直接射頻數(shù)字調(diào)制和數(shù)字解調(diào)技術(shù)，這樣能有效減少上下變頻等模擬電路，便于采用FPGA和軟件信號(hào)處理技術(shù)，減小激勵(lì)器體積重量，并增加了設(shè)計(jì)修改和功能升級(jí)的靈活性。

當(dāng)VHF通信激勵(lì)器工作于數(shù)傳發(fā)射狀態(tài)時(shí)，來(lái)自于VXI總線接口的數(shù)傳常規(guī)信號(hào)先送入中央處理單元，由它完成對(duì)數(shù)傳信號(hào)的調(diào)度工作，并將數(shù)傳信號(hào)送入調(diào)制單元進(jìn)行D8PSK數(shù)字調(diào)制，再把已調(diào)制信號(hào)交由D/A變換單元實(shí)現(xiàn)數(shù)模變換，最后交由功率放大單元進(jìn)行足夠的功率放大，以達(dá)到機(jī)載VHF通信系統(tǒng)所需功率要求，通過(guò)內(nèi)置30dB衰減器和通信電纜與機(jī)載VHF通信系統(tǒng)互聯(lián)。

當(dāng)VHF通信激勵(lì)器工作于數(shù)傳接收狀態(tài)時(shí)，收/發(fā)切換開(kāi)關(guān)指向接收通路，已調(diào)數(shù)傳射頻信號(hào)通過(guò)30dB衰減器后送入功率調(diào)整電路，然后分成兩路，一路用于載波檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果送中央處理單元分析，完成載波偵聽(tīng)檢測(cè)功能，以確定信道是否空閑；另一路送入A/D單元實(shí)模數(shù)變換，之后在中央處理單元的管理下，實(shí)現(xiàn)D8PSK數(shù)字解調(diào)，解調(diào)后的基帶信號(hào)通過(guò)中央處理單元送CMU。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)搭建地面試驗(yàn)環(huán)境和激勵(lì)設(shè)備，在地面試驗(yàn)室進(jìn)行甚高頻通信系統(tǒng)的功能試驗(yàn)，能夠大大降低試驗(yàn)成本，將原本需要通過(guò)驗(yàn)證試飛進(jìn)行的工作放在地面試驗(yàn)室進(jìn)行，利用仿真激勵(lì)的技術(shù)將那些分布在地面、空中和高空的無(wú)線電臺(tái)站“搬移”到試驗(yàn)室內(nèi)，并能根據(jù)需要隨意控制其參數(shù)和模式，以實(shí)現(xiàn)甚高頻通信系統(tǒng)在試驗(yàn)室條件下的“飛行”驗(yàn)證，具有非常重大的現(xiàn)實(shí)意義。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：湯靜]