王永根++代繼剛++王樂意

摘 要：商用飛機(jī)便攜式電子設(shè)備電磁干擾源預(yù)測分析技術(shù)能夠在飛機(jī)研發(fā)階段進(jìn)行干擾源預(yù)測和定位分析，以及在營運(yùn)階段的實(shí)時監(jiān)測起到非常重要的作用，為商用飛機(jī)開放乘客使用便攜式電子設(shè)備提供技術(shù)支持。利用便攜式電子設(shè)備干擾源預(yù)測分析技術(shù)，能夠在飛機(jī)研制早期為機(jī)載設(shè)備的電磁防護(hù)設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)輸入依據(jù)，避免后期飛機(jī)設(shè)計(jì)更改帶來的技術(shù)和成本風(fēng)險(xiǎn)；同時能夠?yàn)橐延袡C(jī)型的改裝提供依據(jù)，確保飛機(jī)在改裝后能夠滿足局方適航審定的要求。

關(guān)鍵詞：便攜式電子設(shè)備 預(yù)測分析 電磁干擾 電磁防護(hù)設(shè)計(jì)

中圖分類號：V240.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（a）-0018-02

隨著互聯(lián)網(wǎng)和移動通信業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，越來越多的航空公司期望能夠在飛機(jī)上使用便攜式電子設(shè)備（Portable Electronic Device， PED），如筆記本電腦、平板電腦、手機(jī)、MP3/MP4播放器等，以便給乘客帶來更高端、更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，同時帶來更多的利潤。然而，這些PED輻射發(fā)射的電磁能量會對機(jī)載設(shè)備帶來潛在的電磁干擾威脅。早在2003年，美國國家航空航天管理局（NASA）就曾針對PED對機(jī)載設(shè)備的干擾問題發(fā)布了兩份研究報(bào)告，認(rèn)為連續(xù)地使用手機(jī)等存在射頻發(fā)射的電子設(shè)備，會影響駕駛艙內(nèi)全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）接收機(jī)等精密儀器的正常工作，并且會降低機(jī)載敏感設(shè)備的安全預(yù)量。

目前，國外已有對商用飛機(jī)內(nèi)部進(jìn)行預(yù)測分析和實(shí)時監(jiān)測的系統(tǒng)，并制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[1-3]。戴姆勒-奔馳航天空中客車公司研發(fā)出飛機(jī)客艙電磁環(huán)境實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確定位客艙內(nèi)輻射干擾源及其干擾電平，并將記錄的監(jiān)測信息提供給飛機(jī)駕駛員及乘務(wù)人員。

國內(nèi)對復(fù)雜系統(tǒng)的電磁環(huán)境預(yù)測進(jìn)行過相關(guān)研究[4-5]，但對商用飛機(jī)PED電磁輻射干擾的預(yù)測分析還處于剛剛起步階段，并未開展實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的相關(guān)研究。該論文在商用飛機(jī)開放使用PED的狀態(tài)下，以新研的商用飛機(jī)為模型，對可能存在的便攜式電子設(shè)備的電磁干擾源進(jìn)行了預(yù)測分析。

1 干擾源預(yù)測分析方法

便攜式電子設(shè)備作為輻射干擾源，對機(jī)載設(shè)備主要存在兩種干擾方式，即前門干擾和后門干擾[1-2]，其原理如圖1所示[1]。

標(biāo)準(zhǔn)ED-130中對大部分PED的輻射能量大小進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析[1]。在進(jìn)行干擾源預(yù)測分析時，利用發(fā)射天線來模擬便攜式電子設(shè)備的輻射發(fā)射，模擬天線的輻射發(fā)射電平根據(jù)ED-130中的統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行校準(zhǔn)，其校準(zhǔn)示意圖如圖2所示。

該論文利用仿真的方法對PED的干擾源進(jìn)行預(yù)測分析和定位計(jì)算。仿真時直接在模擬輻射天線端口加載輸入功率，直到在約定的距離產(chǎn)生規(guī)定的場強(qiáng)值。利用仿真軟件對飛機(jī)客艙內(nèi)的電磁場進(jìn)行仿真，可以得到飛機(jī)客艙內(nèi)的場強(qiáng)分布。

2 干擾源預(yù)測仿真分析

2.1 仿真模型的構(gòu)建

基于國內(nèi)新研商用飛機(jī)的模型，對飛行客艙進(jìn)行簡化設(shè)計(jì)，建立仿真模型，如圖3所示。

飛機(jī)客艙為純金屬蒙皮，客艙地板和飛機(jī)內(nèi)部座椅簡化為介質(zhì)材料，利用飛機(jī)結(jié)構(gòu)的對稱性進(jìn)行仿真計(jì)算。

2.2 模擬輻射發(fā)射輸入分析

選取CDMA2000通信制式下的工作頻率（選取頻點(diǎn)1850MHz）和輻射電平進(jìn)行模擬仿真，單個PED的輻射電平定義可以參考ED-130中的定義[1]。

考慮到最嚴(yán)酷的情況，商用飛機(jī)在運(yùn)營過程中存在多個PED同時輻射發(fā)射的情況，當(dāng)多個PED設(shè)備同時發(fā)射時電磁場在客艙內(nèi)部存在疊加效應(yīng)，即多設(shè)備影響因子（Multiple Equipment Factor，MEF）。MEF與PED間的間距和數(shù)目有關(guān)[1]，而PED數(shù)目又與商用飛機(jī)的機(jī)型有關(guān)，因此不同的機(jī)型，多設(shè)備影響因子也存在差異，其統(tǒng)計(jì)值如表1所示。

仿真時根據(jù)在研機(jī)型進(jìn)行選取MEF，即選取128座、間距為0.75m的機(jī)型進(jìn)行分析，MEF=13dB。考慮MEF影響后，模擬輻射天線輸入端口的能量為單個PED工作功率（dB）加上MEF（dB）值。

2.3 仿真結(jié)果分析

根據(jù)飛機(jī)客艙模型和模擬天線輸入功率的設(shè)計(jì)，通過仿真軟件計(jì)算得到飛機(jī)客艙內(nèi)部的場強(qiáng)分布。由于PED使用位置的隨機(jī)性，仿真時模擬發(fā)射天線的位置選取客艙前部、客艙中部和客艙尾部三個典型位置進(jìn)行計(jì)算。

模擬發(fā)射天線位于客艙前部時的計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

模擬發(fā)射天線位于客艙中部時的計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

模擬發(fā)射天線位于客艙尾部時的計(jì)算結(jié)果如圖6所示。

根據(jù)三個典型位置客艙場強(qiáng)仿真結(jié)果，與飛機(jī)客艙內(nèi)機(jī)載設(shè)備的輻射敏感性設(shè)計(jì)電平值進(jìn)行對比分析，可以得到機(jī)載設(shè)備在PED有意輻射狀態(tài)下出現(xiàn)電磁干擾的可能性。如果客艙內(nèi)機(jī)載設(shè)備的輻射敏感性設(shè)計(jì)電平高于計(jì)算結(jié)果，則不會出現(xiàn)干擾現(xiàn)象；如果客艙內(nèi)機(jī)載設(shè)備的輻射敏感性設(shè)計(jì)電平低于計(jì)算結(jié)果，則存在電磁干擾風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語

通過模擬PED輻射發(fā)射，對飛機(jī)客艙內(nèi)的場強(qiáng)分布進(jìn)行計(jì)算，能夠?qū)赡艹霈F(xiàn)的輻射敏感現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測分析，大大減少由于乘客使用PED而產(chǎn)生的電磁兼容風(fēng)險(xiǎn)，降低后期飛機(jī)更改設(shè)計(jì)的成本。同時該技術(shù)可以應(yīng)用到已有機(jī)型的改裝上，通過預(yù)測分析，對可能出現(xiàn)敏感性的機(jī)載設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，滿足飛機(jī)開放乘客使用PED權(quán)限的要求，改善乘客飛行體驗(yàn)，提高飛機(jī)運(yùn)營方的盈利能力。該預(yù)測技術(shù)具有一定的先進(jìn)性和良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]ED-130，GUIDANCE FOR THE USE OF PORTABLE ELECTRONIC DEVICES（PEDS）ON BOARD AIRCRAFT，December， 2006.

[2]RTCA/DO-307，Aircraft Design and Certification for Portable Electronic Device（PED） Tolerance，December 16，2008.

[3]RTCA/DO-294，Guidance on Allowing Transmitting Portable Electronic Devices （T-PEDs） on Aircraft，December 16，2008.

[4]李靖，張興國.飛機(jī)電磁兼容預(yù)測分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].測控技術(shù)，2009，28（6）：79-81.

[5]夏惠誠，毛建舟，張景悅.艦載電子設(shè)備電磁兼容性分析[J].艦船電子工程，5期，2005，25（1）：127-130.endprint