民用航空甚高频通信系统互调干扰问题研究
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作者:郭孟越
关键词：民用航空；甚高频通信系统；互调干扰
1引言
由于无线电技术的大范围普及，无线装置的应用日益广泛，从而导致无线装置之间的干扰程度加大，电磁环境愈发复杂，无线电频谱资源利用率大大降低。同时，随着航空VHF频段无线电业务的更新，航空无线电出现了频率资源无法满足供求关系的现象。调查发现，民航VHF通信频段被扰乱，绝大部分来源于无线电台和电视台的干扰，其中调频广播电台干扰占比最大。因此，通过特定分析调频广播电台的具体干扰，搭建合理的分析架构，对民航甚高频频段频谱进行有效的监测和合理的计划调度是非常关键的。
2民航空管甚高频地空通信发展现状
目前，为保证国内各个机场地面和空中通信服务的流畅与安全，中国航空地空通信采用的是高频通信技术（VHF）和短波通信技术，能一次涵盖全部航空线路，可以很好地满足机场和航空企业VHF通信的需要。在民航VHF空域通信中，VHF是当前国际上最常用的一种地空通信技术。在VHF波段，空间波导是一种非常关键的传输途径，也称为视觉传播。由于地球自身的曲率，一般情况下，空间波的传输有一个直接距离。因此，VHF通信信号的可靠度和在可范围内的通信平滑度得到了保障。在我国经济迅猛发展中，不同区域越来越多的飞机场正处于建设中，同时在一定固定管制区域内，也出现了大量的航空飞机。目前，VHF通信除不能设立固定站位，依靠其超高的语音品质和清晰度，VHF通信已逐渐替代短波长信号，成为地面与空中通信的主流手段。
3无线电干扰在民用航空甚高频通信系统中的原理
无线电波的影响实质是两种不同电磁信号的相互干涉。民用航空通信中使用的无线电频有导航、移动通信、安全频点和雷达等，理论上，所有的无线通信设备都是在不同的频率范围内工作的，但是，在现实中，通信信号并不会在对应的波段中，少数通信信号会脱离特定的波段，向外界扩散，从而产生如调和或互调制的无作用信号，在与其他相同频率有效信号处在一个范围内时，由此产生无线电干扰。在目前的综合环境中，有一些广播频带的发射功率几乎不受其他因素的影响，其频率和民航无线高频频段非常类似，可对民用航空高频通信信号产生影响，它可能在飞机飞行的任何一个阶段都会出现特殊状态，具有很大的不确定性。
4民航甚高频通信无线电干扰类型
4.1同频干扰
一般而言，同频干扰是在两个频率相近的地区出现的。民用甚高频通信频谱频率由国际民航组织相关法规决定，VHF的频带为118.000～136.975 MHz。随着民航事业的迅速发展，通信网络的容量越来越小，不同频率的频点间距由50kHz缩小到25kHz。这个频道几乎翻了一番，但是在某些地方，各个控制台仍然采用同样的频率。在民用无线电通信中，反复利用同一频段，其频谱干扰也是一样的。尽管大多数民用航空VHF采用了振幅调幅方式，但是在某些场合下，民用调频和民用通信中的载频是一样的。这种同频的信号会被VHF无线电所接收，而这些同频信号往往会对民用航空管制的VHF通信站产生一定的影响。
4.2互调干扰
在民航机场VHF通信系统中，互调干扰是首要问题。互调干扰一般包括两种，即发送方的互调干扰和接收端的互调干扰。发射机互调干扰是在发送末端产生的。功率放大器本身具有的一些非线性特性，会导致其他干扰和有效信号相互调制，从而对正常的信号传输造成不利的影响。接收机的交叉互调干扰是指接收端在接收到两个以上的射频信号时，其频率放大或混合电路之间的非线性变换会引起相互调制，使得接收不顺畅。通常情况下，互调干扰会使信号失真，严重降低地面和空中通信的品质。在某些情况下，VHF通信的不正确使用，将给飞机的安全运行带来很大阻碍。此外，这还会对发射机造成损伤，使其有效功耗下降，并且对电磁信号的传播产生影响。
4.3邻道干扰
邻近的干扰通常来自民用VHF地面通信基站附近的波段，由于发送机在传输信号时，通常会有一个频带信号，一小部分发送到民用VHF波段，由民用航空公司的VHF电台接管，从而构成邻近的频道干扰。
4.4其他因素
除以上常见的干扰影响外，其他一些干扰也会影响航空企业的地空通信系统。例如，由于无线电波的广泛利用，电台发射塔的数量不断增多，以及发射台的品质不符合有关规定，这会造成更大范围的射频或过高的频率辐射信号，会对航空公司的VHF通信产生一定的影响。此外，在某些特定的条件下，如气候变化、地质灾害等也会对其产生影响。
5民航VHF电台频率干扰机制分析
5.1互调干扰
互调干扰是指两个或更多的频率信号被同时输入发送机或接收机中，因线路的非线性而被生成新频率，而新频率正好与有效信号的频率相等或相近，从而成功地穿过发送机或接收机，对有效信号造成扰动。由于互调干扰不但会对通信质量产生不良的影响，而且会导致信号严重失真，使控制员无法与飞行员进行通信，从而对民航地空通信系统产生严重的干扰，以及对飞机的安全产生不利的影响。互调干扰还会对装置产生损害，因为一旦完成了调试，此时的电路就处于最优的谐振状态，而互调干扰会导致工作线路不协调，电流变大，元件产生较高的热量，从而极大地提高发送端的故障率[1]。
5.2三阶互调
三阶互调是指在线性系统中，两个或多个信号由于非线性原因，导致一种信号的二次谐波和另一种信号的基本频率发生拍频（混合）。例如，f1的二次谐波为2f1，它与f2生成2f1 f2。因为一个信号是二次谐波（二次信号），而另外一种是三次谐波（一次信号），所以2f1-f2被称作三阶互调信号。三阶互调信号发生在调制期间，由于两者之间的调制而生成拍频信号，因此这种新生成的信号被称作三阶互调失真信号，其生成过程被称作三阶互调失真。由于f1和f2信号通常比较靠近，21 f2和2f2f1靠近原始的基带信号f1和f2，因此会对原始的基带信号f1和f2产生干扰。如果是更复杂的，如在一个线性体系中存在三个信号f1，f2以，它们就会生成上述的三阶互调，同时会生成三次互调。当然，在这种情况下，也会有更高阶的互调，如五阶互调、七阶互调等，但因为高阶互调信号的强度很低，产生的干扰相对较小，所以通常不会考虑更高阶的互调，而把三阶互调视为最大的干扰。三阶互调信号按输入端的数目可划分为三阶一型与三阶二型互调。
5.3三阶互调信号分析
在大量的互调制和谐振信号中，这些信号是通过接收机的非线性而生成的，我们要关注的是进入相关波段内部的信号。根据广播和民用无线电频带的具体频谱，针对三阶一型互调的两个信号，进人民用通信频段的主要是。在三信号情况下，在这两个信号间，有三阶一型的互调信号，另外，进入频段的二型互调成分f1 +f2 f3 （f1 >f2 >f3）也是进入频段的[2]。
6民航VHF电台频率干扰分析模型
6.1互调干扰频率范围分析
调频电台的频率为87～108MHz，频道宽度为200kHz;民用通信频段是118～137MHz。在只有两个调频电台的情况下，通过互调频率的计算式2f1-f2，可以得到118―129MHz的互调。如果三个调频电台的互调是由于三个调频的电台信号造成的，那么，按照三次拍频次数的计算式，即f1+f2-f3，就可以算出差拍的频率为118～128.8MHz。从调频电台的交调信号的频域人手，得到以下结论。
（1）在118～137MHz的VHF通信频带中，调频电台的互调干扰最大的频域为118～129MHzo
（2）在使用民用VHF无线电频率时，尽量选择129―137MHz的频段，从而减少调频广播中三次交叉调制的影响。
6.2互调干扰频率关系模型
通过对相关具有互调干扰的频段进行数学关系的研究，可以对空域内VHF的频段进行有无互调干扰的分析。如果一套频率间存在互调的联系，那么这两种频率的差异就会是其他两种频率差异的n倍（整数），即：
融合计算机技术，三阶互调技术已相当完善，能够识别三阶互调的频谱，并能判读出互调的种类和受扰的频谱。为避免三阶互调的干扰，可以将三阶互调的调制信号有效配置到多个天线共享的系统中。
7民用航空甚高频通信无线电干扰监测和防干扰措施
7.1发射机干扰监测预防
在民航VHF通信中，发射设备占有重要的地位。为此，应特别重视对发射机进行的电磁干扰的监控和防范，采用一种既能保证发射设备安全运行又能对系统漏洞进行监测的模式。目前，发射设备的抗干扰技术主要利用天线与发射机之间的合理配对来保证发射机的正常运行，并对其进行监控和改进，以提高其运行性能。在对天线与发射设备进行合理的匹配和调试时，应充分考虑信号的弹性间隔对它的影响，并通过改进发送距离来实现对无效信号的有效覆盖，保证发射机能够稳定接收有用的信号。
7.2外部环境干扰监测预防
影响民航VHF通信互调干扰的主要原因是外界环境，它也是最具不确定性、不可预测和不易觉察的因素。同时，在外界条件下，探测无用信号很困难，需要继续加强对无效信的监控，可从无用信号传播的根源位置人手，在确定的外界情况下，寻找无用信号的干扰源，并制定针对性和有效性的干扰对策。当监测外界的无用无线电波时，应重视对其运行的无线监控，同时要强化对各种部件的维护保养，定期检查系统操作的质量，特别要注意对设备的接触效率进行检验，避免产生不良的影响，从而保障对无用无线电信号进行有效的监控和排除[3]。
7.3接收机干扰监测预防
民航VHF通信系统接收机在正常工作中所接收到的有用信号会持续地被转换，为保证飞机安全、平稳地航行提供必要的信息，当它不能正常工作时，就会出现信号丢失、指令错误、信号阻断等问题。所以，在民航VHF通信系统中，必须重视对其工作频率、工作指标的监测和调节，从而保证接收机工作稳定。应强化对接收电路的检测和故障的分析，选择合适的和高品质的滤波器，对无用信号进行有效的入侵排查，从而大大提高接收机对无线信号的抗干扰能力[4]。
8结束语
在无线电的干扰下，民航的VHF通信系统会发生飞机通信受到干扰导致失真的情况，进而危及航空飞机的安全与稳定运行。所以，在民航VHF通信中应特别重视对其进行无线干扰的监控与防范，同时加强自身系统漏洞监控，提高发射机工作的品质，持续加强对外界无用信号的监控，从而最大限度地避免其他无效信号干扰民航甚高频通信系统工作。
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