浅谈短波通信及其在民航中的应用

浅谈短波通信及其在民航中的应用

姚燕

姚燕

（江西制造职业技术学院信息工程系江西南昌330095）

中图分类号：TN822+.3文献标识码：A文章编号：41-1413（2011）11-0000-01

摘要：短波通信由于其天波传播特性，在通信领域具有其它通信手段无法替代的地位，特别是在民用航空地空通信中，短波通信对于航线覆盖与极地飞行，起着重要的保障作用。文章介绍了短波的传播方式与通信特点，并就短波通信在民用航空中的应用进行了论述。

关键词：短波通信；民航；短波地面站；数据链

应用短波按照国际无线电咨询委员会(CCIR)的划分是指波长在10m—100m，频率为3MHz—30MHz的电磁波。短波通信又称高频(HF)通信，实际上，为了充分利用短波近距离通信的优点，其实际使用的频率范围为1.5MHz—30MHz。

在很多年以前，人们利用无线电波进行通信时，主要都是利用波长在1000米以上的中、长波。为什么科学家们只利用长波波段呢？原来，最早人们以为无线电波只能沿直线传播，而地球表面是圆弧形状的，电波向前传播时会很快地飞出地球，远处的电台就接收不到信号了。后来，科学家们发现了电磁波的地波传播方式。长波和中波可以沿地表传播很远，而短波在沿地表传播时，却只能传播几十公里。可是，当人们不断采用波长更长的电波，发射和接收天线就得做得越来越高，发射机和接收机的体积因此也越来越庞大。长波通信的高额成本和笨重的设备大大限制了无线电通信的发展。

一、短波的传播方式

民航通信中使用到的短波实质为无线电波，主要用于地面与飞机间的通信，其通信传播方式主要有以下三种：

1.1地面波。地面波是沿着地球表面传播的波，它沿着半导电性质和起伏不平的地表面进行传播。

1.2天波。天波是经过地面上空40—800公里高度含有大量自由电子离子的电离层的反射或折射后返回地面的电波传输方式。天波是短波的主要传播途径，可实现长距离的传播。

1.3直接波。直接波是从发射天线到接收天线之间，不经过任何发射，直接到达，电波就象一束光一样，所以有人称它为视线传播。由于民航中，飞机大多数时间都是在飞行，所以有些时候地、空之间的短波通信，实际上是可以靠直接波完成的。

二、短波通信的特点

科学家们研究发现，短波是利用大气层中的电离层的反射传播到几千公里以外的地方去的。大气层在受到太阳光的照射后，形成一层带电的空气层，称为电离层。电离层在离地面60公里一直到2000公里左右。当无线电波进入电离层后，就会因为折射而产生弯曲，就像光的折射一样。当无线电波深入到电离层一定深度后，它就会掉转方向向下传播，最终重新返回地面，返回地面的无线电波又被地面反射回天空，再被反射回地面，这样多次跳跃，就可以传到很远的地方去了。这称为天线传播。短波可以在电离层中“来去自如”，使短波终于找到了大显身手的地方。在民用航空领域，由于我国地理复杂、疆域辽阔、超短波网络尚不能实现完全覆盖，短波依然是地空通信的主要手段。短波地空通信数据链系统作为民航数据通信系统的子系统，在当前兴起的极地飞行中，有效解决了飞行盲区问题，对飞行安全起着非常重要的保障作用。

三、短波通信在民航中的应用

短波通信系统的主要用途是使飞机在飞行的各阶段中和地面的航行管制人员、签派、维修等相关人员保持双向的语音和信号联系，当然这个系统也提供了飞机内部人员之间和与旅客的联络服务。

3.1民航短波通信基本设备

民航短波地空通信设备由短波单边带发信机、短波单边带收信机、遥控器及地空选择呼叫器组成，设备一律使用单边带抑制载波、模拟单信道无线电话工作方式。短波单边带发、收信机均采用全固态电路及频率合成技术，频率范围为2.8—22MHz，发信机功率不大于6KW。

3.2民航短波通信地面站

民航短波通信地面站系统由三部分组成：短波机房设备、天线和馈线以及操作台设备。短波机房设备作为大功率发射设备，通常设置在远端，以减少对其他电子设备的干扰以及对操作员健康的影响。操作台设备设置在操作终端附近，便于操作与管理。

3.2.1短波机房设备。短波机房设备的主要设备包括短波通信电台、功放、预后选器、交流稳压电源、光端机及一整套控制电缆，主要功能是传送选呼信号和语音信号。短波电台是整个系统的核心设备，地面与航空器上均有配备，用于收发信号，包括选呼信号和音频信号。电台的性能直接决定了整个系统的性能，电台选型依据主要有两点：符合用户需求并且与飞机上电台匹配。预后选器是为了提高系统的抗干扰能力而选择的设备。光端机是地面站系统中实现远程控制的接口设备，起着连接短波机柜和操作台的作用。

3.2.2操作台设备。操作台设备由操作终端及监控软件、选呼器、选呼控制器和光端机组成。操作员的所有操作都在监控软件上进行。监控软件实现对选呼器和短波电台的远程遥控，控制选呼器产生选呼代码，呼叫对应的飞机，控制电台的调制方式转换和音频信号收发，同时监测电台的工作状态。选呼器的功能是通过发射4个单音信号选择通知某个飞机。选呼器提供了一个7针的音频接口，包括一对平衡的选呼音频输出口、一个PTT输出口和一个地线，其余3个口经改造用于同选呼控制器通信。选呼控制器作为选呼器、电台和控制终端的中间设备，是实现系统自动化的关键，其基本作用是实现对电台、选呼器、控制终端、音频设备的信号转接、电平匹配、远程控制和状态感知，并自动转换调制方式。

3.2.3天线。天线的选择具体根据用途来确定：近距离固定通信：选择地波天线或天波高仰角天线。点对点通信或方向性通信：选择天波方向性天线等。组网通信或全向通信：选择天波全向天线。车载通信或个人通信：选择小型鞭状天线。

3.3短波地空通信数据链系统在民用航空领域，由于我国地理复杂、疆域辽阔、超短波网络尚不能实现完全覆盖，短波依然是地空通信的主要手段。短波地空通信数据链系统作为民航数据通信系统的子系统，在当前兴起的极地飞行中，有效解决了飞行盲区问题，对飞行安全起着非常重要的保障作用。短波地空通信数据链系统用于航空器飞行中保持与基地和远方航站的联络。其系统构造由短波/超短波通信系统、卫星通信站、地空数据网及机载通信系统组成，短波地空通信数据链系统通过短波、超短波与卫星实现了近、中、远程地空实时话音和数据通信。

近年来，随着微型计算机、移动通信和微电子技术的迅速发展，短波通信技术有了新的突破性进展，出现了实时选频、自适应、跳频、差错控制、多载波正交频分复用(OFDM)调制及软件无线电等新技术，使短波通信很好地弥补了它的缺点，还使短波通信的设备更加小型化、更加灵活方便，进一步发挥了短波通信设备简单、造价低廉、机动灵活等固有的优点。短波通信作为民航内部通信的重要手段，必将在今后较长时间内得到保持和发展。

参考文献：

[1]JohbG.ProakisMasoudSalehi.通信系统原理.电子工业出版社.2006年6月

[2]游战清.无线射频识别技术规划与实施[M].北京:电子工业出版社,2005

[3]谈华生,周民.关于航空频段通信导航业务受干扰问题的分析与思考.2004.06

[4]中国人民解放军总装备部.短波通信技术.国防工业出版社,2002。

作者简介

姚燕（1982-）女，江西上饶，江西制造职业技术学院信息工程系助教，硕士，主要从事电子通信研究。