民航VHF通信干扰以及抗干扰研究-硕士论.docx

民航VHF通信干扰以及抗干扰研究-硕士论民航VHF通信干扰以及抗干扰探讨-硕士论 本文关键词：抗干扰，民航，干扰，硕士，通信民航VHF通信干扰以及抗干扰探讨-硕士论 本文简介：上海交通高校硕士学位论文民航VHF通信干扰以及抗干扰探讨姓名：何圣平申请学位级别：硕士专业：电子与通信工程指导老师：耿军平;白宇骏20220401上海交通高校工程硕士学位论文摘要民航VHF通信干扰以及抗干扰探讨摘要随着社会的发展与科技的进步，交通工具的运用变得越来越重要，最为快速便捷的航空业也越来越民航VHF通信干扰以及抗干扰探讨-硕士论 本文内容：上海交通高校硕士学位论文民航VHF通信干扰以及抗干扰探讨姓名：何圣平申请学位级别：硕士专业：电子与通信工程指导老师：耿军平;白宇骏20220401上海交通高校工程硕士学位论文摘要民航VHF通信干扰以及抗干扰探讨摘要随着社会的发展与科技的进步，交通工具的运用变得越来越重要，最为快速便捷的航空业也越来越受大众青睐。空中交通管制对航空业的平安运行起到了非常重要的作用,管制员依据航空器起降秩序以及管制空域内航班量大小进行飞行间隔调配与流量限制，为民航的平安运行做出了突出贡献。管制员在当前巨大的航班量压力下，管制扇区进一步细分，均对管制的地空通信的信号质量提出了很高的要求。但是日益严峻的VHF信道干扰给地空指挥带来了巨大的压力与平安隐患，其发生源于多种缘由。本文主要以民航地空通信中的干扰问题为对象，分析了目前主要的干扰类型，包括影响次数较多的广电三阶互调，大功率电磁泄露等。并且对干扰形成缘由作详细分析，从干扰源、传播途径以及敏感元件动身进行探讨，其中详细描述了依据有用信号与干扰信号传播方向的不同条件给出相应的解决方案。建立了基于智能天线的抗干扰平台,从接收模块、抗干扰模块以及输出模块等逐一绽开探讨，并利用仿真计算具体描述了智能天线抗干扰的运用状况。关键词：民航VHF通信干扰、抗干扰、智能天线第I页上海交通高校工程硕士学位论文ABSTRACTVHFCOMMUNICATIONINTERFENCEOFCIVILAVIATIONANDANTI-INTERFENCERESEARCHABSTRACTWiththesocialdevelopmentandadvancementoftechnology,theuseoftransporthasbecomemoreandmoreimportant,themostrapidandconvenientaviationindustryisincreasinglyfavoredbythepublic.Airtrafficcontrolonthesafeoperationoftheaviationindustryplaysaveryimportantrole,thecontrollerofaircraftmovementsaccordingtotheorderandsizeofcontrolledairspaceforflightflightcapacityallocationandflowcontrolintervalforthesafeoperationofcivilaviationhavemadeoutstandingcontributions.Controllersinthecurrentlargevolumeofflightsunderthepressureofthecontrolsectorisfurtherbrokendown,bothonthecontrol-to-aircommunicationsignalqualitymadehighdemands.ButthegrowingproblemofVHFchannelinterferencetotheair-groundcommandtremendouspressureandsafetyhazards,itsoccurrencefromavarietyofreasons.Inthispaper,tocivilaviationair-groundcommunicationmodelandtheinterferenceofthecurrentmodelofthemajorpresentations,includingradioandtelevisionaffectthenumberoflargerthird-orderintermodulation,andotherhigh-powerelectromagneticleakage.Andthespecificreasonsfortheformationoftheinterferenceanalysis,fromtheinterferencesources,transmissionroutesandthesensitivecomponentsofExamination,whichspecificallydescribestheusefulsignalandinterferencesignalunderthe第II页上海交通高校工程硕士学位论文ABSTRACTdirectionofpropagationgiventhedifferentconditionsofthecorrespondingsolution.Theestablishmentofaplatformbasedonsmartantennainterferencefromthereceivermodule,anti-jammingmoduleandoutputmoduledistributioncarriedoutanddescribedindetailusingsimulationtechniquesintheuseofsmartantennas.Keywords:interferenceofcivilaviationcommunication,anti-interference,smartantennas.第III页上海交通高校工程硕士学位论文第一章绪论第一章绪论1.1论文探讨背景随着社会的发展与科技的进步，经济与文化全球化概念的普及使得交通工具的使用变得越来越重要，例如航空、海运、铁路等，其中最为快速便捷的航空业也越来越受大众青睐，空中交通管制对航空业的平安运行起到了非常重要的作用。目前民航总局依据航空器飞行高度把空域分为塔台、进近、区调以及高空扇区，管制员依据航空器起降秩序以及管制空域内航班量大小进行飞行间隔调配与流量限制，为民航的平安运行做出了突出贡献。目前中国民用航空地空指挥主要采纳VHF甚高频的通信方式，具有不易受天气变化影响、信息传输速率快、延时小和通信牢靠性高等优点，且机载设备和地面设备简单，易于安装和运用。但是由于空中运营航线不断增加，飞行流量快速增长，新建机场纷纷投入运用，给空中交通管制部门提出了新的要求和保障等级。不仅要求VHF地空通信系统在距离和高度上扩大覆盖范围，在飞行繁忙地区还提出重叠覆盖的要求。目前华东地区VHF地空通信系统覆盖区域正在逐步增大，遥控台密度也在增加，大功率广电放射台产生的互调、杂散等常见干扰以及未知干扰源带来的特别干扰问题日益突显出来。在作者日常的通信设备维护与巡检过程中发觉，目前管制的VHF频率干扰申诉较多，干扰类型与干扰区域也错综困难。在如此有限的VHF信道内合理安排运用频率已有难度，再加上部分频率的干扰，这给空管的平安提出了严峻的考验。VHF信道干扰不但造成地空通信距离大大缩短，而且伴有噪音干扰，信号严峻失真，致使飞行员与空中交通管制员工作时通话困难，严峻干扰民航地空指挥通信系统的正常运转，已直接影响到飞行平安，如何防止和解除民航VHF电台干扰问题显得尤为重要和突出，净化民航机场电磁环境，已经成为民航无线电管理工作中的热点和难点问题。第1页上海交通高校工程硕士学位论文第一章绪论1.1.1民航VHF地空通信的现状与发展规划目前在我国社会经济实力提高的美妙前景下，航空事业蒸蒸日上，航班量逐年剧增。为了更好的为空中交通平安供应保证，我们华东空管局已将区域管制划分为13个扇区，进近管制区划分为8个扇区，再加上各空管分局站进近、塔台的运用频率，如今2022年后将实施“十二五规划”内的相应内容，华东地区民航管制空域将逐步细分为23个扇区，地面台站数也将进一步增加，可见民航VHF频段118136.975MHz中的频率运用总量非常巨大1。民航华东局现在运用的VHF设备有SELEX公司的DTR100设备、R(b)insidecompositionofoverlook;(c)appearance;(d)bandpassfilterspectrumplan2.3.5天线部分天线是电磁波的换能器件，用以放射和接收电磁波。无线电通讯系统的放射机与接收机均有天线，它是无线电信号放射与接收的主要组件。放射天线是将系统待传送的信号以电磁波的形式辐射至空间，而接收天线则是接收空间的电磁波,并转变成电压信号进入接收机。它把在电路里流淌的高频电流通过电磁感应转换成高频电磁波向外辐射，也把在空间的电磁波通过感应转换成高频电流18。依据互易定理,任何天线在接收时的全部特性及参数都可以由该天线在放射状态时的已知特性及参数确定，反之亦然。若一条天线的接收效果好，则该天线的放射效第15页上海交通高校工程硕士学位论文其次章民航VHF地空通信系统与主要干扰信号模型果也好。电子和磁子振动产生交变电场或磁场，相互转换，理论上使电子和磁子高频振动均能产生电磁波，但由于电路里本身就是流淌着高频电流，因此我们常用的是电天线电子作高频振动来产生电磁波。为了提高天线的辐射实力，必需使流过天线导体的高频电流尽量的强，当电路处于谐振状态时，电路上的电流最大，天线的辐射最强。由传输线理论，当导体长度为1/4波长的整数倍时，该导体在该波长的频率上呈谐振特性，导体长度为1/4波长为串联谐振特性，导体长度为1/2波长为并联谐振特性。由于1/2波长的振子比1/4波长的振子长，所以1/2波长振子的辐射比1/4波长振子强，但振子超过1/2波长虽然辐射继续加强，但由于超过1/2波长的部分的辐射是反相位而对辐射有抵消的作用，因此总的辐射效果反而被打折扣，所以，通常的天线都采纳1/4波长或1/2波长的振子长度单位，这种由两根长度相同的导体构成的天线就叫偶极子天线,这是最基本的天线，其他的天线都可以等效成偶极天线的变形和叠加。同样的天线，工作频率越低，波长越长，则天线的振子也越长，天线也越浩大10。电磁波在传播时其电场或磁场的方向有固定的规律，叫电波的极化，是以电场分量的方向命名。电磁波的电场和地面垂直，为垂直极化；电磁波的电场与地面平行，为水平极化。电波的极化由放射天线确定，天线按其辐射电波的极化分为水平极化和垂直极化天线，依据天线收发互逆，接收时天线也必需采纳与放射同种极化的天线才能有最好的接收效果。另外,依据天线辐射的方向性,还可把天线分为全向天线和定向天线,为了保证能从各个方向都放射/接收信号,目前民航均采纳全向天线，部分特别航路采纳定向天线覆盖。天线的重要指标1.辐射效率18：输入到天线系统的功率，会由于介质损耗掉一部分。天线的辐射效率就是辐射功率与输入功率之比，它与天线的损耗电阻、辐射电阻、工作波长等有关。为了提高天线的辐射效率，就要尽量增大辐射电阻和减小损耗电阻。同时，发射频率越低，天线的辐射效率也越低。这也就是为什么高频电路特殊须要留意屏蔽和隔离的缘由。2特性阻抗10：把肯定频率的高频功率信号馈入到天线的输入端，天线就会呈现肯定的电阻和电抗，称为天线的特性阻抗。天线的特性阻抗与天线的形态、尺寸、工作波长、信号的馈入点、四周环境的影响等因素有关。若天线系统的特性阻抗与传第16页上海交通高校工程硕士学位论文其次章民航VHF地空通信系统与主要干扰信号模型输系统的特性阻抗相同，就称为阻抗匹配，这时天线系统的辐射电阻和损耗电阻正好汲取了传输系统馈送的全部功率。而假如天线系统与传输系统的特性阻抗有差异，系统就不匹配，造成电波从天线系统反射回传输系统，这部分反射的电波信号由于来回反射被损耗，没有辐射出去，使实际馈送到天线系统的功率信号削减。一般收发信机和射频同轴电缆的特性阻抗均为50，所以，通常天线的特性阻抗也为5010。3天线增益：把天线的辐射向某个方向集中，在这个方向上天线所产生的场强将会增大，即天线有增益。假如比较基准不同，得出的天线增益值也有很大的不同，一般是以无方向天线的辐射场强为基准。天线方向图可以反映天线分别在水平方向和垂直方向上达到相同场强的距离。增益是方向系数与效率的乘积，是天线辐射或接收电波大小的表现。增益大小的选择取决于系统设计对电波覆盖区域的要求。一个好的天线系统，首先是天线系统本身的辐射效率高，损耗小，其次是与传输系统匹配，使整个收发系统的传输效率达到最高，再次就是能尽量地使所辐射的能量集中到所须要的地方，抑制不必要的辐射。在民航甚高频电台的实际应用中我们会发觉，单体电台收发可以同时运用一个振子，因为单体电台通过收发继电器转换只供应一个射频接口，对电台来说很简单做到收发隔离，这样就可以很好的限制收发信机轮番运用同一个振子。但是在天线共用系统中，假如收发运用同一个振子，由于多个信道共同运用一根天线，当某信道接收时，本信道虽然不会放射，但是其他信道很可能在放射状态，那么就无法解决收发隔离问题，所以，在共用天线系统中，只能采纳收发接口分开的方式，这样，在共同天线系统中，必需考虑收发隔离的问题。收发一体的共用天线系统可以运用收发一体天线，这种天线节约场地，在这种共用系统模式下，只要树立一根天线就可以了，缺点是这种天线一般具有较大的尺寸和重量，不便于安装，而且一旦天线出现故障，整个系统就限于瘫痪状态。这种天线一般有两个以上的振子，以便收发振子分开，系统规模不同，天线的功率容量不同，天线中振子的规格和数量也不同，较典型的结构如下图所示，下图中收发信系统分开只是为了画图便利，事实上和运用收发信一体机是等效的。这是一根带有四个振子的共用天线，其上面为两个接收振子，下面为两个放射振子，中间为去耦单元，以增加射频收发之间的隔离度。两组接收设备通过两根射频电缆连接到上面两个振子，两组发射机通过两根射频电缆连接到下面的两个振子，如图2-12所示：第17页上海交通高校工程硕士学位论文其次章民航VHF地空通信系统与主要干扰信号模型RX振子去耦单元TX振子CH1主CH5主CH1备CH5备CH2主CH6主CH2备CH6备CH3主CH7主CH3备CH7备CH4主CH8主CH4备CH8备图2-11收发一体机连接图8Fig.2-11transceiverconnectedgraph8华东地区地面台站运用的天线型号较多，例犹如轴偶极天线R/SHK012：该天线为全向天线，增益为3dB，具有较好的放射性能。第18页上海交通高校工程硕士学位论文其次章民航VHF地空通信系统与主要干扰信号模型(b)(a)(c)图2-12HK012天线8:(a)天线;(b)VSWR;(c)方向图。Fig.2-12HK012Antenna8:(a)antenna;(b)VSWR;(c)pattern.2.4民航VHF地空通信系统介绍随着民用航空事业的飞速发展，飞机越来越多，在机场以及各空管台站等处的无线电通信设备也越来越多，这不仅对通信平安和通信质量提出了更高的要求，通信的容量也越来越不能满意日益增长的空管需求。随着航班量的增加，无论在区域、进近还是塔台，都须要划分更多的管制区域，这不仅须要增加设备，也须要增加频率，同时，冗余设备和冗余频率也相应增加，在这种状况下，都运用单体电台就显得不合时宜，因为这样会带来设备排列杂乱，房顶天线丛生，设备之间相互干扰，而且也不便于对设备的管理。为了改善设备和天线拥挤以及相互之间的干扰状况，多个电台共用第19页上海交通高校工程硕士学位论文其次章民航VHF地空通信系统与主要干扰信号模型一根天线成为亟待解决的问题，因此，天线共用系统应运而生。民航VHF通信系统逐步由VHF单体电台过渡到VHF共用天线系统。采纳天线共用系统，可使多路收发信机共用一套天馈系统，这样不但可解决安装天线的自然条件问题，更重要的是可以改善电磁兼容状况，削减干扰，提高信号传播效率，便利管理。设备的构成：从收信机与接收机的组成上来看，一共有收发一体机与收发分开的两种。出于系统结构的整合以及布局范围的考虑，目前民航采纳收发一体机的通信设备。收发一体机一般具有以下几点特征：设备普遍采纳中大规模集成电路。采纳先进的频率合成和微处理，可以进行频率选择、信道选择，预选频率的存储等功能，并通过屏幕显示出来。机内有自检系统，可以定时自检，故障定位，并产生告警信号。允许设备外接计算机和相关的传输设备实现本地和遥控的监视和限制功能。设备允许外接遥控盒或者其他传输设备，实现远程操作。收发一体机的基本架构与组件介绍收发一体机的基本架构如下图所示：图2-13收发一体机框图Fig.2-13Machinetransceiverblockdiagram甚高频天线共用系统采纳中馈天线，分别加入带通滤波器、带阻滤波器、匹配网络和隔离网络等措施，使多个电台在共同用天线过程中相互隔离且各自匹配。可以第20页上海交通高校工程硕士学位论文其次章民航VHF地空通信系统与主要干扰信号模型分为收发一体天线共用系统和收发分开天线共用系统。无论是收发一体或是收发分开的天线共用系统，其网络拓扑结构都可以用图2-14表示。VHF电台隔离网匹配耦合天馈系统组合络网络监控测试系统图2-14收发一体机的网络拓扑结构Fig.2-14transceivermachinenetworktopology所谓天线共用系统简洁的理解就是指系统内一副天线能同时供几个通信频率使用。简体框图如图2-15。收发单元用户终端天馈单元天馈共用单元.收发单元用户终端图2-15天线共用系统简体框图Fig.2-15Simplifieddiagramoftheantennasharingsystem由于一套天馈单元受馈线及天线的功率等多方面因素的限制,通常只能供68套天线运用。所以一个多通道的甚高频天线共用系统，须要多套天馈单元组合运用。同时为满意远程监控系统维护及修理日常管理等功能。一个完整的多通道甚高频天线共用系统须配置监控单元（RCMS），综上所述，一个完整的多通道甚高频天线共用系统的结构框图如图2-16和图2-17所示。第21页上海交通高校工程硕士学位论文其次章民航VHF地空通信系统与主要干扰信号模型图2-16放射机共用系统Fig.2-16Transmittersharedsystem图2-17接收机共用系统Fig.2-17sharingsystemreceiver图2-18就是R&S公司的200系列组成的天馈共用器详细框图8：第22页上海交通高校工程硕士学位论文其次章民航VHF地空通信系统与主要干扰信号模型图2-18R&S公司的200系列VHF共用系统8Fig.2-18R&Ssharethecompanys200SeriesVHFSystem82.5民航VHF地空通信系统现有问题在目前的民航地空通信实际运行中，技术人员发觉该系统的放射与接收有用信号第23页上海交通高校工程硕士学位论文其次章民航VHF地空通信系统与主要干扰信号模型的功能均非常良好，在地域宽敞的状况下，信号的有效传输距离接近于理论通信距离，其天馈系统的架构还是很优秀的，这种架构可以在信道间不相互影响的状况下削减天线的数量，从而提高经济效益。但是凡事均有其两面性，该天馈系统中的接收机部分与输出端抗干扰实力较差，在困难的电磁环境下，会受到一些干扰，例如：同频干扰、互调干扰、交调干扰等。在干扰时在航班量较大时对管制指挥构成了较严峻的压力。2.6VHF干扰信号种类与特性无线电干扰信号是指通过干脆耦合或间接耦合方式进入接收设备，它可以对无线电通信所需接收信号产生影响，导致性能下降、质量恶化，甚至阻断了通信的进行。因此，无用无线电信号引起有用无线电信号接收质量下降或损害，我们称之为无线电干扰。目前已知的无线电干扰包括互调干扰、交调干扰、同频干扰等，下面对各种类型干扰进行详细说明：2.6.1互调干扰当有两个或多个干扰信号一起加到接收机的输入端或进入了放射机天线时，由于非线性器件的作用，产生频率接近有用信号频率的互调干扰重量，并与有用信号一起进入接收机中频系统，从而产生互调干扰。产生互调干扰后，可以在接收频率上直本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！第53页 共53页第 53 页 共 53 页第 53 页 共 53 页第 53 页 共 53 页第 53 页 共 53 页第 53 页 共 53 页第 53 页 共 53 页第 53 页 共 53 页第 53 页 共 53 页第 53 页 共 53 页第 53 页 共 53 页