陸 曦 / LU Xi

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210)

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民用飛機(jī)乘客使用PED的適航要求分析

陸 曦 / LU Xi

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210)

2013年歐美適航當(dāng)局陸續(xù)宣布允許乘客在全飛行階段使用便攜式電子設(shè)備(Portable Electronic Device,簡稱PED)，包括處于飛行模式的手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等。與PED使用有關(guān)的適航條款經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的不斷發(fā)展已日趨成熟。為了表明飛機(jī)在PED輻射的環(huán)境下仍然是適航的，飛機(jī)制造商需要向局方表明飛機(jī)對(duì)PED前門耦合和后門耦合干擾的符合性。

便攜式電子設(shè)備；適航；前門耦合；后門耦合

0 引言

眾所周知，乘客在乘坐國內(nèi)的民航班機(jī)時(shí)只有在巡航階段可以使用不具備射頻發(fā)射功能的便攜式電子設(shè)備(Portable Electronic Device,簡稱PED)，而手機(jī)必須全程關(guān)閉。其實(shí)在歐美，適航當(dāng)局已經(jīng)放寬了這一限制。2013年10月31日，美國聯(lián)邦航空局(FAA)發(fā)布通告N8900.240，宣布美航空公司可允許旅客在整個(gè)飛行過程中安全使用處于“飛行模式”下的便攜式電子設(shè)備[1]。隨后的11月26日，歐洲航空安全局(EASA)也發(fā)出指南，在原有非關(guān)鍵飛行階段允許乘客使用PED的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步擴(kuò)展到在滑行、起飛和著陸階段也允許乘客使用處于“飛行模式”的PED[2]。鑒于國內(nèi)對(duì)民用飛機(jī)上乘客使用PED的相關(guān)適航要求研究才剛開始，本文試圖對(duì)乘客在民用飛機(jī)上使用PED的適航要求以及相對(duì)應(yīng)的對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)的影響進(jìn)行初步分析和探究。

1 機(jī)上使用PED的背景

隨著電子和通信技術(shù)的快速發(fā)展，PED在人們的日常生活中得到了廣泛應(yīng)用。美國航空政策制定委員會(huì)(Aviation Rulemaking Committee，簡稱ARC)對(duì)PED的定義是：輕便的、用電的設(shè)備，特指用于通信、數(shù)據(jù)處理的消費(fèi)類電子設(shè)備；而帶有射頻發(fā)射裝置的PED又稱作T-PED(Transmitting PED)。由于擔(dān)心PED的電磁輻射對(duì)民用航空器產(chǎn)生的潛在安全威脅，在很長一段時(shí)間內(nèi)各國民航當(dāng)局都不允許乘客在飛行過程中使用PED。但是，乘客對(duì)于在飛行中使用PED的需求卻與日俱增。根據(jù)APEX和CEA進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查[3]顯示，有超過6成的個(gè)人旅客和超過4成的商務(wù)旅客認(rèn)為在飛行中使用PED是必要的，如圖1所示。

圖1 飛行中使用PED重要性調(diào)查

調(diào)查顯示，盡管有94%的被調(diào)查者知道在飛行過程中禁止使用PED，但其中仍有7%的乘客不會(huì)關(guān)閉PED電源，有21%的乘客習(xí)慣將PED設(shè)置為飛行模式，如圖2所示。也就是說，無論政策法規(guī)如何對(duì)機(jī)上PED的使用進(jìn)行限制，現(xiàn)代民用飛機(jī)都必將面對(duì)來自乘客PED電磁輻射的影響。因此，在飛機(jī)的前期設(shè)計(jì)中就將PED的影響納入適航要求中至關(guān)重要，也直接影響到民用飛機(jī)的安全性。

圖2 飛行中使用PED比例調(diào)查

2 民航機(jī)上使用PED適航要求的演變

2.1 FAA適航要求

早在1961年，F(xiàn)AA就發(fā)布了關(guān)于機(jī)上使用PED的第一條適航規(guī)章條款91.19，該條款隨后被91.21、121.306、125.204和135.144代替。在二十世紀(jì)五六十年代，美國就有研究表明晶體管調(diào)頻收音機(jī)中本地振蕩器的輻射泄漏會(huì)對(duì)機(jī)載VOR導(dǎo)航系統(tǒng)造成干擾[4]。因此人們也一直相信PED的使用會(huì)對(duì)機(jī)載通信導(dǎo)航系統(tǒng)造成潛在干擾。當(dāng)電傳飛控和數(shù)字顯示技術(shù)成為民用飛機(jī)的主流配置后，PED對(duì)這類設(shè)備的潛在影響也成為了人們的擔(dān)心。

1991年，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(Federal Communication Committee，簡稱FCC)發(fā)布規(guī)章條款22.925，禁止乘客在民航班機(jī)上使用800MHz的手機(jī)，原因是懷疑機(jī)上的手機(jī)會(huì)因接入地面的移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)而對(duì)地面電信網(wǎng)絡(luò)造成影響。2007年，F(xiàn)CC又因缺乏充分的證據(jù)而撤銷了這一禁令。

2006年8月25日，F(xiàn)AA發(fā)布咨詢通告AC91.21.1B，向航空公司和飛機(jī)制造商就開放使用PED提出了操作建議和先決條件[5]。2010年3月15日，F(xiàn)AA發(fā)布咨詢通告AC20-164，認(rèn)可DO-307作為局方可接受的證明民用飛機(jī)PED干擾耦合符合性的標(biāo)準(zhǔn)方法之一[6]。2013年10月31日，F(xiàn)AA發(fā)布通告N8900.240，在所有飛行階段有條件解禁PED的使用。2015年7月5日，F(xiàn)AA更新咨詢通告AC91.21.1C，正式發(fā)布了所有飛行階段解禁PED使用的條件[7]。

2.2 EASA適航要求

2013年11月26日，EASA發(fā)布決定宣布在所有飛行階段均可以使用處于“飛行模式”的PED。

2.3 CAAC適航要求

中國民用航空局對(duì)在中國境內(nèi)民航班機(jī)上使用PED的適航要求比歐美局方更為嚴(yán)格，目前尚還沒有解禁PED使用的計(jì)劃。與FAR 91.21、121.306、125.204和135.144相對(duì)應(yīng)的條款分別是：

1)91.23 便攜式電子設(shè)備[8]

(a)除本條(b)款規(guī)定外，在中華人民共和國國籍登記的下列民用航空器上，所有乘員不得開啟和使用，該航空器的運(yùn)營人或機(jī)長也不得允許其開啟和使用便攜式電子設(shè)備：

(1)正在實(shí)施公共航空運(yùn)輸運(yùn)行的航空器；

(2)正在按照儀表飛行規(guī)則運(yùn)行的航空器。

(b)在民用航空器上可以使用下列便攜式電子設(shè)備：

(1)便攜式錄音機(jī)；

(2)助聽器；

(3)心臟起博器；

(4)電動(dòng)剃須刀；

(5)由該航空器的運(yùn)營人確定，認(rèn)為不會(huì)干擾航空器的航行或通信系統(tǒng)的其他便攜式電子設(shè)備。

(c)按照公共航空運(yùn)輸運(yùn)行規(guī)章實(shí)施運(yùn)行的航空器應(yīng)當(dāng)滿足相應(yīng)的規(guī)定，本條(b)(5)項(xiàng)所要求的決定必須由航空器的運(yùn)營人作出；對(duì)于其他航空器，該決定也可以由航空器的機(jī)長作出。

2)121.573 便攜式電子設(shè)備的禁用和限制[9]

(a)從飛機(jī)為開始飛行而關(guān)閉艙門時(shí)刻起，至結(jié)束飛行打開艙門時(shí)刻止，飛機(jī)上的乘員不得開啟和使用，合格證持有人也不得允許其開啟和使用與航空器正常飛行無關(guān)的主動(dòng)發(fā)射無線電信號(hào)的便攜式電子設(shè)備，這些電子設(shè)備包括：

(1)移動(dòng)電話；

(2)對(duì)講機(jī)；

(3)遙控玩具和其他帶遙控裝置的電子設(shè)備；

(4)局方或者合格證持有人認(rèn)定干擾飛機(jī)安全運(yùn)行的其他無線電發(fā)射裝置。

(b)飛機(jī)上的乘員可以使用CCAR-91 部第91.23 條(b)款規(guī)定的便攜式電子設(shè)備。但是，在起飛、爬升、下降、進(jìn)近、著陸等飛行關(guān)鍵階段，合格證持有人應(yīng)當(dāng)限制旅客使用便攜式計(jì)算機(jī)、收音機(jī)、CD 播放機(jī)、電子游戲機(jī)、視頻錄放機(jī)等便攜式電子設(shè)備。

(c)在飛行期間，當(dāng)機(jī)長發(fā)現(xiàn)存在電子干擾并懷疑該干擾來自機(jī)上乘員使用的便攜式電子設(shè)備時(shí)，機(jī)長和機(jī)長授權(quán)人員應(yīng)當(dāng)要求其關(guān)閉這些便攜式電子設(shè)備；情節(jié)嚴(yán)重的應(yīng)當(dāng)在飛機(jī)降落后移交地面公安機(jī)關(guān)依法處置，并在事后向局方報(bào)告。

此外，對(duì)于民用飛機(jī)設(shè)計(jì)人員所關(guān)心的CCAR-25部《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》，雖沒有直接限定PED使用的條款，但也有間接影響的條款，分別是25.1309和25.1431[10]。

3 PED對(duì)航電系統(tǒng)的安全性影響分析

根據(jù)AC91.21.1C，如果某型民用飛機(jī)沒有進(jìn)行PED相關(guān)的EMI測(cè)試，那么須按照航電系統(tǒng)(主要是無線電收發(fā)機(jī))對(duì)PED電磁輻射不同的敏感性進(jìn)行安全性分析。根據(jù)安全性分析的要求，將可能引發(fā)的失效模式分為三類，分別是：

a)拒絕服務(wù)(Denial of Service)，即完全喪失某項(xiàng)功能；

b)服務(wù)降級(jí)(Degradation of Service)，即部分喪失某項(xiàng)功能或性能發(fā)生下降；

c)誤導(dǎo)信息(Misleading Information)，即系統(tǒng)向機(jī)組人員提供引起誤導(dǎo)的信息。

3.1 不受PED電磁輻射影響的系統(tǒng)

不受PED電磁輻射影響的系統(tǒng)分為三類，第一類是工作在30MHz以下頻段的收發(fā)機(jī)，如自動(dòng)定向儀ADF(200～600kHz)、高頻通信和高頻數(shù)據(jù)鏈(3～30MHz)。因?yàn)橐筆ED發(fā)射30MHz以下的無線電信號(hào)，那么PED需要數(shù)米長的發(fā)射天線，這在現(xiàn)實(shí)中是不可行的。第二類是靈敏度閾值遠(yuǎn)高于PED的平均發(fā)射水平的機(jī)載收發(fā)機(jī)，如ILS中的指點(diǎn)信標(biāo)。第三類是工作在4GHz以上的收發(fā)機(jī)，包括4GHz無線電高度表、5GHz或9GHz氣象雷達(dá)。這些系統(tǒng)都使用了定向天線，限制了PED發(fā)射與接收機(jī)間的耦合。而且，雖然PED發(fā)射增加了接收機(jī)內(nèi)的本地噪聲，但只在非常有限的范圍內(nèi)影響接收機(jī)的輸出，對(duì)接收機(jī)的正常工作影響非常小。一些系統(tǒng)的關(guān)鍵功能，如風(fēng)切變探測(cè)或確定高度，只會(huì)在接收信號(hào)遠(yuǎn)大于PED引起的本地噪聲的情況下進(jìn)行。

3.2 儀表著陸系統(tǒng)ILS

ILS是一種用于飛機(jī)進(jìn)近和著陸的輔助裝置，包含提供橫向引導(dǎo)的航向信標(biāo)(Localizer)、提供垂直引導(dǎo)的下滑信標(biāo)(Glide Slope)和提供距離引導(dǎo)的指點(diǎn)信標(biāo)(Marker Beacon)。其中指點(diǎn)信標(biāo)不受PED電磁輻射影響。航向信標(biāo)天線工作在108MHz～112MHz內(nèi)的40個(gè)工作通道。下滑信標(biāo)天線工作在329MHz～335MHz內(nèi)的40個(gè)工作通道。

受PED影響可能會(huì)導(dǎo)致ILS拒絕服務(wù)、服務(wù)降級(jí)或誤導(dǎo)信息。特別當(dāng)飛機(jī)在進(jìn)行CAT II或III類進(jìn)近而ILS又提供了誤導(dǎo)的導(dǎo)引信息時(shí)，可能會(huì)使飛行員以錯(cuò)誤的飛行姿態(tài)進(jìn)行進(jìn)近著陸，直至能夠目視跑道。而此時(shí)飛行員只有有限的時(shí)間進(jìn)行復(fù)飛，因此機(jī)組工作量極大增加，飛機(jī)安全裕度極大減少，會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的影響。

3.3 甚高頻全向信標(biāo)VOR

VOR的工作頻率是108MHz～117.95MHz。地面站以30r/min的速度發(fā)射心形方向圖，在飛機(jī)接收機(jī)上產(chǎn)生一個(gè)30Hz的調(diào)制。地面站同時(shí)也發(fā)射一個(gè)用30Hz基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制的全向信號(hào)。通過兩個(gè)信號(hào)的相位差為飛機(jī)提供方位導(dǎo)引。

受PED影響可能會(huì)導(dǎo)致VOR拒絕服務(wù)、服務(wù)降級(jí)或誤導(dǎo)信息。飛行員將無法獲得來自VOR的飛機(jī)位置和路徑信息。若VOR不作為飛機(jī)的主要導(dǎo)航方式，則PED對(duì)VOR的安全影響可以控制在嚴(yán)重(Major)或以下。

3.4 甚高頻語音通信VHF和甚高頻數(shù)據(jù)鏈VDL

甚高頻通信VHF和VDL是民用航空領(lǐng)域最常見的語音和數(shù)據(jù)通信方式。VHF和VDL頻段工作于118MHz～135.975MHz之間，通道間隔25kHz，或更窄的8.33kHz。

受PED影響可能會(huì)導(dǎo)致VHF和VDL拒絕服務(wù)或服務(wù)降級(jí)，但不太可能導(dǎo)致誤導(dǎo)信息。因?yàn)閂HF和VDL傳輸?shù)氖锹曇粜畔⒑蛿?shù)字信息，原有信號(hào)很難在受到PED輻射信號(hào)的干擾后又恰好被解碼成另一個(gè)有效的聲音或數(shù)字信號(hào)。假設(shè)最嚴(yán)重的失效狀態(tài)，即所有甚高頻通信功能全部喪失，飛行員雖然工作量較大增加，但仍可以遵循一定的程序進(jìn)行著陸，因此PED對(duì)VHF和VDL的安全影響可以控制在嚴(yán)重(Major)或以下。

3.5 測(cè)距儀DME

DME是工作在960MHz～1215MHz、以脈沖測(cè)距的方法向飛機(jī)提供距離信息的設(shè)備。機(jī)載設(shè)備首先向地面站發(fā)送一個(gè)詢問脈沖對(duì)，地面站在接收到詢問脈沖對(duì)后間隔固定的時(shí)間再發(fā)送一個(gè)應(yīng)答脈沖對(duì)。飛機(jī)通過計(jì)算兩個(gè)脈沖對(duì)的時(shí)間差得到飛機(jī)距地面站的距離。由于來自PED的輻射信號(hào)疊加原有信號(hào)產(chǎn)生另一個(gè)相同波形、頻率和間隔的脈沖對(duì)的概率極低，因此受PED影響可能會(huì)導(dǎo)致DME拒絕服務(wù)或服務(wù)降級(jí)，但不可能導(dǎo)致誤導(dǎo)信息，安全影響為輕微(Minor)。

3.6 空中交通管制ATC應(yīng)答機(jī)

ATC應(yīng)答機(jī)通過與二次雷達(dá)監(jiān)視在1 030MHz和1 090MHz進(jìn)行應(yīng)答，向空管員提供飛機(jī)的標(biāo)識(shí)和飛行高度信息。ATC應(yīng)答機(jī)又從A/C模式發(fā)展到S模式以及ADS-B。由于應(yīng)答機(jī)也是通過脈沖序列進(jìn)行應(yīng)答，而來自PED的輻射信號(hào)疊加原有信號(hào)產(chǎn)生另一個(gè)相同波形、頻率和間隔的脈沖對(duì)的概率極低，因此受PED影響可能會(huì)導(dǎo)致ATC應(yīng)答機(jī)拒絕服務(wù)或服務(wù)降級(jí)，但不可能導(dǎo)致誤導(dǎo)信息。也就是說，PED的干擾所產(chǎn)生的最嚴(yán)重情況是ATC應(yīng)答機(jī)完全喪失功能，此時(shí)空管員將無法得到飛機(jī)的標(biāo)識(shí)、高度及其他相關(guān)信息。在這種情況下，飛機(jī)可能無法在A類、B類、C類空域中飛行，機(jī)組的工作負(fù)荷將較大地增加，飛機(jī)安全裕度將較大地降低。

3.7 空中交通告警和防撞系統(tǒng)TCAS

TCAS是基于ATC應(yīng)答機(jī)和TCAS收發(fā)機(jī)的監(jiān)視和防撞系統(tǒng)，用于幫助飛機(jī)避免空中相撞。TCAS的無線電發(fā)射部分工作原理與ATC應(yīng)答機(jī)類似。因此受PED影響可能會(huì)導(dǎo)致TCAS拒絕服務(wù)或服務(wù)降級(jí)，但不太可能導(dǎo)致誤導(dǎo)信息。由于TCAS并不能完全代替飛行員來確?？罩薪煌ǖ陌踩?，且TCAS本身也無法識(shí)別其他不具備應(yīng)答機(jī)功能的飛機(jī)，因此若TCAS功能完全喪失，飛行員將依據(jù)目視飛行規(guī)則或儀表飛行規(guī)則操縱飛機(jī)，工作負(fù)荷有輕微的增加。

3.8 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS

GNSS是指通過衛(wèi)星在全球范圍內(nèi)向用戶提供連續(xù)、高精度的位置、速度及時(shí)間信息。美國的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)即眾所周知的全球定位系統(tǒng)GPS。除此之外，還有歐洲的伽利略系統(tǒng)GALLILEO、俄羅斯的格洛納斯系統(tǒng)GLONASS和中國的北斗系統(tǒng)。目前在民用飛機(jī)上廣泛使用的是美國的GPS。GPS工作在1 559MHz～1 610MHz的L1頻段和1 164MHz～1 215MHz的L5頻段。由于GPS信號(hào)采用二進(jìn)制編碼信號(hào)，因此PED的輻射信號(hào)不太可能同時(shí)干擾來自不同衛(wèi)星的多路信號(hào)并產(chǎn)生另一個(gè)相同的信號(hào)，因此可認(rèn)為受PED影響可能會(huì)導(dǎo)致GNSS系統(tǒng)拒絕服務(wù)或服務(wù)降級(jí)，但不可能導(dǎo)致誤導(dǎo)信息。在這種情況下，飛行員將無法獲取GNSS提供的導(dǎo)航信息，飛行負(fù)擔(dān)將較大地增加。

3.9 衛(wèi)星通信系統(tǒng)SATCOM

SATCOM是通過衛(wèi)星向機(jī)組提供語音和數(shù)據(jù)信息。常見的衛(wèi)星通信頻段有L波段、KU波段、KA波段。機(jī)組一般在飛機(jī)巡航階段使用SATCOM，并非關(guān)鍵的飛行階段，因此無需分析PED輻射信號(hào)對(duì)SATCOM的影響。

4 民用飛機(jī)PED適航符合性分析

機(jī)上PED信號(hào)的傳播主要依靠空間中的輻射，因此電磁輻射可能會(huì)通過設(shè)備上的孔隙耦合進(jìn)入機(jī)載系統(tǒng)，或是引起傳輸導(dǎo)線上非正常的電流，或直接通過機(jī)載天線進(jìn)入無線電接收機(jī)，從而對(duì)機(jī)載設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。在EUROCAE(歐洲民用航空設(shè)備組織)ED-118規(guī)范中，對(duì)耦合路徑進(jìn)行了如下分類：

1)后門耦合(Back door coupling)，即PED的輻射能量耦合進(jìn)入機(jī)載電子電氣設(shè)備，或進(jìn)入與設(shè)備相連的電線中。

2)前門耦合(Front door coupling)，即PED的輻射能量耦合進(jìn)入機(jī)載無線電接收機(jī)天線。

結(jié)合PED輻射的耦合路徑和發(fā)射類型(有意發(fā)射或雜散發(fā)射)，機(jī)上PED可能產(chǎn)生電磁干擾的原因主要有以下幾方面：

1)雜散發(fā)射的前門耦合

無線電接收機(jī)為了能在其調(diào)諧頻段內(nèi)能夠檢測(cè)到信號(hào)，因此即便是對(duì)非常低幅度的信號(hào)也非常敏感。如果在接收機(jī)的調(diào)諧頻段內(nèi)恰恰有PED雜散發(fā)射的信號(hào)，那么這些無用的信號(hào)有可能被接收機(jī)認(rèn)為是有用的信號(hào)而導(dǎo)致錯(cuò)誤的響應(yīng)。而且，一般PED的雜散信號(hào)與白噪聲類似，具有非常寬的頻譜，這也大大增加了雜散發(fā)射信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)調(diào)諧頻段的可能性。

2)有意發(fā)射的前門耦合

乘客攜帶的PED的工作頻段和機(jī)載無線電設(shè)備(如CNS系統(tǒng)等)的工作頻段一般都已通過法律法規(guī)進(jìn)行了嚴(yán)格的限定和區(qū)分，目的就是為了使乘客所攜帶的電子設(shè)備工作頻段不會(huì)與飛機(jī)無線電工作頻段產(chǎn)生重疊而發(fā)生干擾。因此，這種情況的電磁干擾可以不被重點(diǎn)關(guān)注。

前門耦合的情況如圖3所示。

圖3 前門耦合情況

3)有意發(fā)射的后門耦合

機(jī)上PED的有意發(fā)射可能會(huì)通過耦合進(jìn)入電線或進(jìn)入電子電氣系統(tǒng)。當(dāng)耦合進(jìn)入的有意發(fā)射信號(hào)高于機(jī)載系統(tǒng)或設(shè)備本身可接受的信號(hào)強(qiáng)度閾值時(shí)，就有可能產(chǎn)生干擾。因?yàn)樵诳拷黀ED的區(qū)域，電場(chǎng)強(qiáng)度可能達(dá)到幾十V/m，因此該后門耦合干擾必須在評(píng)估飛機(jī)PED容限時(shí)加以考慮。

4)雜散發(fā)射的后門耦合

PED雜散發(fā)射產(chǎn)生非常低的輻射場(chǎng)，一般在距PED1m處場(chǎng)強(qiáng)為0.1V/m。來自手機(jī)的雜散發(fā)射的強(qiáng)度比手機(jī)建立通信的發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度要低一千多倍。因此來自PED雜散輻射發(fā)射的后門耦合干擾可能性不大，不需要作為飛機(jī)PED容限問題加以解決。

5)傳導(dǎo)發(fā)射的干擾

由于飛機(jī)數(shù)據(jù)安全網(wǎng)絡(luò)本身具備隔離功能，且具有濾波器能夠?yàn)V除可能來自PED的傳導(dǎo)發(fā)射，因此可以認(rèn)為和飛機(jī)電源或數(shù)據(jù)線纜物理連接的PED產(chǎn)生傳導(dǎo)雜散信號(hào)干擾的可能性不大。這種情況的干擾也不是本文所關(guān)注的重點(diǎn)。

對(duì)于后門耦合的情況，主要考慮PED有意的發(fā)射。一般來說，通過后門耦合對(duì)機(jī)載設(shè)備或系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的因素有：

1)PED的發(fā)射功率；

2)PED與潛在受干擾系統(tǒng)間的路徑損耗；

3)潛在受干擾系統(tǒng)對(duì)PED輻射的敏感性。

也就是說，從理論上來講通過控制以上三個(gè)方面能夠有效抑制PED的后門耦合。但是，從工程實(shí)現(xiàn)上來說，以上三個(gè)方面卻具有不同的可行性。首先，通過控制PED的發(fā)射功率來限制后門耦合干擾就非常難實(shí)現(xiàn)。因?yàn)槌丝蛿y帶的電子設(shè)備來自不同的通信設(shè)備廠商，按照不同的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這已經(jīng)超出了航空業(yè)能夠控制的范圍。其次，控制PED與潛在受干擾系統(tǒng)間的路徑損耗看似在飛機(jī)主制造商的控制范圍內(nèi)，但必須考慮到乘客攜帶的PED在飛機(jī)內(nèi)的分布可能非常廣泛，可能在客艙內(nèi)，也可能在貨艙(托運(yùn)的行李中)，有些部位可能離飛機(jī)的機(jī)載系統(tǒng)或線束非常近。在這種情況下，路徑損耗將非常小，也難有提高的空間。第三種選擇是增加系統(tǒng)的RF敏感性閾值。如果系統(tǒng)提供了合適的RF敏感性閾值，那么系統(tǒng)的安裝就能適應(yīng)周圍的T-PED。這是飛機(jī)主制造商能夠直接控制的方面。因此對(duì)于機(jī)上PED后門耦合，通常采用提高機(jī)載設(shè)備RF敏感性閾值來控制。

為了滿足后門耦合符合性的要求[11]，根據(jù)DO-307第3章的要求，機(jī)載設(shè)備根據(jù)不同的功能危險(xiǎn)性分析(FHA)結(jié)果，滿足DO-160第20章射頻敏感性試驗(yàn)的不同試驗(yàn)電平的要求，如表1所示。同時(shí)，根據(jù)不同地區(qū)適航當(dāng)局的要求，還可能需要進(jìn)行全機(jī)級(jí)的機(jī)上T-PED試驗(yàn)，即在機(jī)上設(shè)置模擬不同T-PED的干擾源，測(cè)試機(jī)載關(guān)鍵設(shè)備是否能夠正常工作。通過上述設(shè)備級(jí)和飛機(jī)級(jí)的試驗(yàn)，可以保證后門耦合適航符合性要求的滿足。

表1 后門耦合符合性要求

對(duì)于雜散發(fā)射前門耦合的情況，也有三條路徑可以加以控制。一是降低機(jī)載接收機(jī)的靈敏度。這樣做的弊端是降低了接收機(jī)的性能，因此不建議采納。二是降低PED的雜散發(fā)射水平。但是民用電子設(shè)備廠商繁多，不同國家之間的標(biāo)準(zhǔn)也有所差異，因此控制PED的發(fā)射水平缺乏可行性。三是控制飛機(jī)內(nèi)部PED到飛機(jī)無線電接收機(jī)的路徑損耗。飛機(jī)制造商可以設(shè)計(jì)并測(cè)試飛機(jī)使其PED經(jīng)過接收機(jī)天線到接收機(jī)的路徑損耗足夠大。如果路徑損耗足夠大，那么機(jī)載接收機(jī)就可以適應(yīng)PED的雜散發(fā)射。這也是作為飛機(jī)制造商唯一能夠控制的方法。

圖4 機(jī)上IPL測(cè)試示意圖

實(shí)際的干擾路徑損耗(Interference Path Loss，以下簡稱IPL)通過機(jī)上IPL測(cè)試獲得。根據(jù)DO-307的要求，簡單來說，就是在飛機(jī)內(nèi)部架設(shè)天線發(fā)射一定量的射頻信號(hào)來模擬PED的發(fā)射，同時(shí)測(cè)量機(jī)載接收機(jī)端接收到的信號(hào)水平，兩者相減從而獲得實(shí)際的IPL值，如圖4所示。若飛機(jī)實(shí)際的IPL值滿足或超過DO-294B表6-2[12]或DO-307表4-7[11]中定義的IPL目標(biāo)值，則可以認(rèn)為機(jī)載接收機(jī)滿足前門耦合符合性的要求。

5 結(jié)論

隨著美國、歐盟的適航當(dāng)局陸續(xù)開放民用航空對(duì)PED使用的限制，在該領(lǐng)域我國民航界也勢(shì)必逐步與國際接軌。因此，國產(chǎn)的民用飛機(jī)在設(shè)計(jì)研發(fā)的過程中就應(yīng)將與PED相關(guān)的適航要求納入考慮，并明晰相應(yīng)的符合性驗(yàn)證方法。在我國現(xiàn)行的民用客機(jī)適航規(guī)章體系下，25部、91部、121部均對(duì)PED的使用提出了直接或間接的適航要求。同時(shí)，對(duì)于由PED產(chǎn)生的雜散發(fā)射產(chǎn)生的前門耦合和有意發(fā)射產(chǎn)生的后門耦合干擾，通過進(jìn)行飛機(jī)級(jí)的IPL/T-PED試驗(yàn)和機(jī)載設(shè)備射頻敏感性試驗(yàn)可以驗(yàn)證其符合性。

[1] FAA. N8900.240 Expanded Use of Passenger Portable Electronic Devices (PED) [S]. U.S.A: FAA, 2013.

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[3] APEX&CEA. Portable Electronic Devices on Aircraft Study [Z]. U.S.A: APEX&CEA, 2013.

[4] RTCA. DO-199 Potential Interference to Aircraft Electronic Equipment From Devices Carried Aboard [S]. U.S.A: RTCA, 1988.

[5] FAA. AC91.21.1B Use of Portable Electronic Devices Aboard Aircraft [S]. U.S.A: FAA, 2006.[6] FAA. AC20-164 Designing and Demonstrating Aircraft Tolerance to Portable Electronic Devices [S]. U.S.A: FAA, 2010.

[7] FAA. AC91.21.1C Use of Portable Electronic Devices Aboard Aircraft [S]. U.S.A: FAA, 2015.

[8] 中國民用航空局. CCAR-91 一般運(yùn)行和飛行規(guī)則[S]. 中國: 中國民用航空局, 2007.

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[10] 中國民用航空局. CCAR-25-R4 運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)[S]. 中國: 中國民用航空局, 2011.

[11] RTCA. DO-307 Aircraft Design and Certification for Portable Electronic Device (PED) Tolerance [S]. U.S.A: RTCA, 2007.

[12] RTCA.DO-294B Guidance on Allowing Transmitting Portable Electronic Devices (T-PEDs) on Aircraft [S]. U.S.A: RTCA, 2006.

Analysis of the Airworthiness Requirements for the Passenger PED Usage on the Commercial Aircraft

(Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai 201210，China)

In 2013, the airworthiness authorities of US and Europe announced to allow passengers to use portable electronic devices (PED) including cell phones in flight mode, tablets, laptops and etc during all flight phases. The airworthiness requirements relevant to PED usage tends to be mature over more than 50 years. The aircraft manufacture is required to demonstrate the aircraft compliance to PED front door and back door coupling to the airworthiness authorities so as to prove the aircraft airworthiness in the circumstances of PED radiation.

portable electronic device; airworthiness; front door coupling; back door coupling

10.19416/j.cnki.1674-9804.2016.03.009

V221+.91

A