飞机通信系统第五章-通信系统

1、第五章 通信系统,VHF HF,概 述,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、维修等相关人员或和其他飞机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联络服务。 飞机装备的通讯系统主要有甚高频通讯、高频通讯、选择呼叫、客舱广播、飞行内话、旅客娱乐、旅客服务、勤务内话、客舱内话和话音记录系统四大类。,左图红色圈选部分是驾驶舱内机长和副驾驶的 无线电管理面板（RMP）、音频控制面板（ACP） 的位置，其他现代化客机都类似，位于驾驶舱后电子面板（机长和副驾驶座位间），观察员也有一套，位于后顶板，未在图中列出。,A320无线电管理面板 RMP：R

2、adio Management Panel,机长、副驾驶和观察员各配备一套，用于调谐各VHF、HF的主通信频率和备用频率。,概 述(甚高频通讯),甚高频通讯(Very High Frequency COMM)系统是最重要、应用最广的无线电通讯系统。所有需要进行通讯的飞机都毫无例外的需要至少23套甚高频通讯系统。系统主要用于飞机在起落期间以及通过管制空域时与地面交通管制人员之间的双向语言通讯。,使用甚高频无线电波。它的有效作用范围较短，只在目视范围之内，作用距离随高度变化，在高度为300米时距离为74公里。起飞和降落时期是驾驶员处理问题最繁忙的时期，也是飞行中最容易发生事故的时间，因此必须保证甚

3、高频通信的高度可靠。 收发机组用频率合成器提供稳定的基准频率，然后和信号一起，通过天线发射出去。接收部分则从天线上收到信号，经过放大、检波、静噪后变成音频信号，输入驾驶员的耳机。天线为刀形，一般在机腹和机背上都有安装。,概 述(甚高频通讯),概 述(甚高频通讯),VHF COMM系统的工作频段通常为118135.975MHZ，信号是以直达波的形式在视距内传播，并受飞行高度的影响。波道间隔为25kHZ。在118135.975MHZ频段内可提供720个通讯波道。 系统有收发组、控制盒和天线三个基本组件组成。,概 述(甚高频通讯),118.000121.400MHZ、123.675128.800MH

4、Z和132.025135.975MHZ三个频段主要用于空中交通管制人员与飞机驾驶员间的通话，其中主要集中在118.000121.400MHZ； 121.100MHZ、121.200MHZ用于空中飞行情报服务； 121.500MHZ定为遇难呼救的全世界统一的频道； 121.600121.925MHZ主要用于地面管制； 值得注意的是通信信号是调幅的，通话双方使用同一频率，一方发送完毕，停止发射等待对方信号。,图7-0-1 甚高频通讯系统,概 述(高频通讯),高频通讯(High Frequency COMM)系统是机载远程通讯系统。它使用了和短波广播的频率范围相同的电磁波，利用电离层的反射，因而通讯

5、距离可达数千公里，用于飞机远程飞行时与地面的联络。 系统占用230MHZ的高频频段，波道间隔为1kHZ。 信号利用天波传播，传输距离较远。,概 述(高频通讯),大型飞机一般装有两套高频通信系统，高频通讯(HF COMM)系统通常采用单边带通讯系统，以压缩所占用的频带、节省发射功率。通常情况下，它会与普通调幅通讯兼容。,概 述(高频通讯),典型的高频通信系统由收发机组、天线耦合器、控制盒和天线组成，它的输出功率较大，需要有通风散热装置。现代民航机用的高频通信天线一般埋入飞机蒙皮之内，装在飞机尾部，不过目前该系统很少使用。,图7-0-2 高频通讯系统,概 述(选择呼叫),选择呼叫(SELCAL)系

6、统不是一种独立的通讯系统，它是配合高频通讯系统和甚高频通讯系统工作的。它的功用是当地面呼叫指定飞机时，以灯光和钟声谐音的形式通知机组进行联络，从而免除机组对地面呼叫的长期守候或是由于疏漏而不能接通联系 。,概 述(选择呼叫),为了实现选择呼叫，机上高频和甚高频通讯系统必须调谐在指定的频率上，并且把机上选择呼叫系统的代码调定为指定的飞机代码。 选择呼叫系统由选择呼叫译码器和控制盒组成。,图7-0-3 选择呼叫系统,概 述(选择呼叫),每架飞机上的选择呼叫必须有一个特定的四位字母代码，当地面的高频或甚高频系统发出呼叫脉冲，其中包含着四字代码，飞机收到这个呼叫信号后输入译码器，如果呼叫的代码与飞机代

7、码相符，则译码器把驾驶舱信号灯和音响器接通，通知驾驶员进行通话。,A320音频控制面板 ACP：Audio Control Panel,左图为 A320音频控制面板 ： 此面板位于 无线电管理面板 下方，两者相连，用于选择收听VHF、HF、INT（内话）等的通话和选择发送的对象、调节收听发送的音量等，VHF等使用的具体频率由 无线电管理面板 调定,概 述(音频综合系统),音频综合(AIS)系统泛指机内的所有通话、广播、录音等音频系统。其主要作用是实现机内各类人员间的语音信息交换以及驾驶舱内的话音记录。如不考虑电视系统，则该系统不是无线电系统。 干线飞机上的音频系统有飞机内话系统、客舱和勤务内话

8、、旅客广播和娱乐系统、地面呼叫系统、驾驶舱话音记录器等。,概 述(音频综合系统),l）飞行内话系统：主要功能是使驾驶员使用音频选择盒，把话筒连接到所选择的通信系统，向外发射信号，同时使这个系统的音频信号输入驾驶员的耳机或扬声器中，也可以用这个系统选择收听从各种导航设备来的音频信号或利用相连的线路进行机组成员之间的通话。 2）勤务内话系统：是指在飞机上各个服务站位，包括驾驶舱、客舱、乘务员、地面服务维修人员站位上安装的话筒或插孔组成的通话系统，机组人员之间和机组与地面服务人员之间利用它进行联络，如地面维护服务站位一般是安装在前起落架上方，地面人员将话筒接头插入插孔就可进行通话。 3）客舱广播及娱

9、乐系统：是机内向旅客广播通知和放送音乐、录像和电视的系统。各种客机的旅客娱乐系统区别较大。 4）呼唤系统：与内话系统相配合，呼唤系统由各站位上的呼唤灯和谐音器及呼唤按钮组成，各内话站位上的人员按下要通话的站位按钮，那个站位的扬声器发出声音或接通指示灯，以呼唤对方接通电话。呼唤系统还包括旅客座椅上呼唤乘务员的按钮和乘务员站位的指示灯。,第一节 甚高频通讯系统,功能：提供飞机与地面台站、飞机间进行双向话音和数据通讯联络。,工作方式：采用调幅工作方式，工作频率范围118.000151.975MHZ (实际到136MHZ，频道间隔为25KHZ)。,特点：频率高、衰减快、传播距离近(通讯距离限制在视线距

10、离内)；以空间波传播方式为主；受对流层、地形及地物影响大。,一、组成与工作概况,一、组成与工作概况,一般甚高频通讯的接收和发射都用调幅方式。VHF系统由收发机、控制盒和天线组成。甚高频通信系统天线是辐射和接收射频信号的装置。天线通常是刀型天线，一般长度12in。天线和发射电路的阻抗是匹配的，天线通过同轴电缆与甚高频收发组件相连。甚高频发射机的输出阻抗为50。 VHF通讯控制盒为保证收发机的正常工作和测试系统提供输入，包括： 1、两个同轴旋钮用于选择工作频率； 2、转换开关：用于选择两个预选频率中的一个； 3、试验按钮：用于检查接收机的工作状况。,一、组成与工作概况,有的控制盒装有工作频率指示灯

11、。 面板上装有一个“静噪断开”按钮和一个“发射功率”指示灯。 在最新生产的收发机上，功率、电压驻波比指示器和功率指示器控制开关代替了发射功率指示灯，功率和驻波比指示器是一个两位数字的七段发光二极管显示器，它根据功率指示灯控制开关的位置进行显示。,图7-1-1甚高频系统的供电及与其它系统的关联,图7-1-2 甚高频系统的各个部件,二、甚高频信号的发送与接收,包括控制盒、收发机和天线的连接以及与内话附件盒、音频选择板、话筒、耳机的连接情况，同时还与选择呼叫、飞行数据记录器连接。 (一)、电源：接收机需28V直流电压，发射机为16V直流电压； (二)、频率选择：频率选择是用控制盒上的两个同轴转动的五

12、选二旋钮完成的；,VHF 发送接收流程示意图,收发系统,语音选择器,PTT按钮,频率选择,其它系统,三、电路工作原理,(一)、频率选择 使用两种方式： 一：老式的五中取二原理； 二：新式的调谐方式是在控制盒内采用五取二方法把十进制频率转换为BCD码，再把BCD码转换为一个32位的调谐数据，经控制盒与发射机之间的ARINC数据总线加至收发机内的429接收器，最后去控制频率合成器产生所需的频率。,(一)、频率选择,1、五中取二原理 用控制盒旋钮的5个接线片的不接地排列组合，即,就可把控制盒上的十进制频率转换成二进制的“1”或“0”输出。,表7-1-1 五中取二调谐表,图 7-1-4 排列组合连接图

13、,三、电路工作原理,5根频率控制线AE通常可以有十种连线。所谓五中取二正是对某一数码来说采用其中那两根接地的方法，从而构成十种连接方式。,2、数字式频率选择原理,在甚高频系统中采用计算机技术后，控制盒与发射机之间的数据传输是采用专门方法实现的。飞机上的数据传输常采用串行通讯方式，符合ARINC429数据总线的规范。 ARINC429数据总线是机载电子系统间数字传输的标准格式，它规定了从所选输出接口发送信息的方法，各组件间用双绞线连接，并且只能单项传输数据。,图 7-1-7 并行通讯和串行通讯,图 7-1-8 典型ARINC429总线可更换件的总线连接,429规范就是飞机电子系统之间数字式数据传

14、输的基本格式。飞机上使用429总线的电子设备均应遵守这个规范。这样才能保证电子设备之间数据通讯的标准化、通用化。在429规范里规定了从所选输出接口发送信息的方法。各组件之间的连接线使用由两根线绞接在一起再加上屏蔽保护的专用线，这种传输线称为429数据总线。429总线只能单向传输数据。 每个总线只有一个发送器和最多 20 个接收器；实际传输率可低、可高（12.5kbps 或 100kbps）,2、数字式频率选择原理,2、数字式频率选择原理,数字式数据在数据总线上的传输通常可以使用二进制或二十进制编码格式中的一种。实质上就是通过在ARINC429总线上发送各种电脉冲来传送ARINC429数字式数据

15、，单个单独的电脉冲为位(bit)。 按照ARINC429总线的规定，每个字格式(二进制或二十进制)由32位组成，各位的用途如下：,2、数字式频率选择原理,18位是标号位(LABEL)，它标记出包括在这个传送字内的信息的类型，也就是传送的代码的意义是什么； 910位是源终端识别(SDI)，它指示信息的来源或信息的终端； 1128（或29位）是数据组(Data Field)，它所代表的是标号所确定的特定数据；数据的格式有多种，如BCD、BNR、离散数据等。 29（或30）31位为符号状态矩阵位(SSM)，根据字的类型号为29或30到31。它指出数据的特性。表示硬件设备条件，操作模式，合法数据内容。

16、其表示的含义还与DATA 类型有关，列表如下：,32位为奇偶校验位，用于检查发送的数据是否有效。检查方法是当1位到31位所出现的高电平的位数的总和为偶数时，则在第32位上为1.如果第32的编码与上述情况不符，则表明此组编码数据不正确。,2、数字式频率选择原理,表 7-1-3 32位调谐字,字的发送顺序为8、7、6、5、4、3、2、1、9、10、11、12、13、29、30、31。,2、数字式频率选择原理,在发送的每组数据后有四位零周期，它是隔离符号，以便发送下一组数据。通过这四位隔离符号间隙，可同步每组数据。 为了能够把控制盒频率调谐字数据输往发送机，必须把由控制盒频率旋钮产生的并行频率选择B

17、CD编码转换为串行BCD编码格式，以输往发送组。,并行数据到串行数据的转换,四、新型甚高频系统,图7-1-22 ARINC通讯寻址和报告系统,图7-1-23 新型甚高频收发面板和无线电控制板,第二节 高频通讯系统,所谓单边带通讯就是只发射一个边带信号而把载波信号和另一个边带都滤除的通讯方式。 （一）、单边带工作原理 现行的普通调幅式发射机是把载波和上下边带一起发射到空间，但实际上载波仅起到运载信号的作用，它本身不包含有用的信息，有用的信号是下上边带。,一、单边带通讯的基本原理,图7-2-1 几种调制信号的频率,（一）、单边带工作原理,因此，采用不发射载波，只发射上、下边带进行通讯的方式称为双边

18、带通讯。但是由于在功率利用和频谱节约等方面双边带仍不够理想，因此采用只发射一个边带的单边带通讯。 单边带信号产生的过程是一个频率搬移过程，即由低频搬移至高频的过程。有三种方法可以形成单边带信号，即滤波法、搬移法和综合法。,（一）、单边带工作原理,语音信号经放大后加至环形调制器，环形调制器的作用是实现对载波的抑制，其理想的输出为无载波频率的双边带信号。该双边带信号通过边带滤波器，使所需边带通过，而将不用的边带抑制掉，并实现对调制器漏出载波的进一步抑制。这样，在带通滤波器的输出端可获得单边带信号，所形成的单边带信号经放大器，线性功率放大器后送往天线发射。,（二）、单边带通讯特点和要求,尽管单边带通

19、讯是一种高效率无线电通讯方式，但与调幅通讯相比，单边带设备要求要有很高的频率稳定度，要有良好的线性功率放大器以及晶体滤波器等。,1、振荡频率的高度稳定 普通的调幅发射机，发射的是有载波的双边带信号，而接收机内则使用普通的二极管检波器。由于在发射时用语音信号调制载波的幅度，因而发射出去的调幅信号的包络与语音信号相同，所以用普通的检波器就可以检出语音信号，这样载波信号频率的变化只会影响发射信号的大小，不会引起失真。 单边带信号的调制和解调过程实际上是一个频率搬移过程，为了在接收端恢复原来的调制信号，要求接收机的载波频率必须与发射机严格同步。但是，发射机不发射载波，这样难以保证接收机的载波信号频率在

20、整个通讯过程中与发射机同步，导致解调后的信号频率与原调制信号频率发生偏移。,（二）、单边带通讯特点和要求,图7-2-2 几种调制信号的频率,（二）、单边带通讯特点和要求,为了获得稳定的频率，要求将振荡器放置在恒温箱内，并使用晶体振荡器，采用合适的频率合成器以在整个波段内提供高度准确和稳定的工作频率。 高频通讯系统采用单晶体稳频的合成器，即频率合成器，它依靠对晶体频率的混频、倍频和分频形成合成频率。因此，单边带电台波道不是连续的频谱，高频通讯系统相邻波道间隔为1kHz。,（二）、单边带通讯特点和要求,2、对边带滤波器的衰减特性要求很高 由于单边带信号的产生主要采用滤波法，即首先经过调制器获得载波

21、抑制的双边带信号，然后经过滤波器滤除无用的边带从而获得单边带信号。因调制信号频率较低，载波信号频率较高，故调制后的有用边带和无用边带相距很近，要完成滤除无用边带的工作，对滤波器的衰减特性有很高要求。,（二）、单边带通讯特点和要求,3、对收、发机的线性要求很高 该要求主要是对发射机。普通调幅发射机中对低放级的保真度要求高，而其它级的线性度要求并不高。但是在单边带发射机中，由于一开始就对载波进行调制，所以单边带信号放大器必须是线性的，否则不但会使信号产生严重失真，而且交叉调制还会对相邻的频道产生干扰。,（二）、单边带通讯特点和要求,4、优缺点 优点：节约频谱，节约功率，抗干扰性强，受电波传播条件影

22、响小； 缺点：设备昂贵，复杂。,二、高频通讯系统,1、装在飞机上的两套高频系统用于与电台或者与其它飞机进行远程通讯。高频通讯系统的工作方式分为调幅，下边带和上边带。 2、每套通讯系统包括下述组件：高频控制盒、高频收发机、天线耦合器、天线耦合控制器、高频附件盒、天线、避雷器和电键控制板。,图7-2-3 高频系统的主要部件,二、高频通讯系统,3、各部件一般说明 (1)、高频控制盒:用于选择频率和工作方式； (2)、高频收发机：使用收发机可在飞机上进行单边带、话音、数据的通讯； (3)、天线耦合器：用于使天线阻抗与传输阻抗在24s内向匹配，匹配阻抗为50，耦合器可在230MHz内谐振，谐振后的电压驻

23、波比不大于1.3:1；,二、高频通讯系统,(4)、天线耦合控制器：用来确定、监控和显示系统的操作状态。耦合控制器指挥完整的调谐顺序以便使收发机在所选的频率上与天线耦合器的阻抗匹配； (5)、高频附件盒：用于内话系统和每个高频接收机之间的阻抗匹配； (6)、高频天线：用于发射和接收射频信号； (7)、避雷器。可将闪电直接经机体接地，避免进入系统各部件。,图7-2-4 高频通讯系统方块图,二、高频通讯系统,4、工作说明,二、高频通讯系统,高频探针天线耦合器 发射机的输出功率，总效率，频率稳定度和准确度是发射机的主要指标。 发射机的输出功率是指输至天线的功率。发射机的总效率是发射机输出功率与发射机所

24、消耗的全部电源功率之比。频率稳定度是发射机的一项极为重要的指标，它决定了高频通信的抗干扰能力。 高频输出电路的任务是把射频功率有效的输送到天线上去。短波发射机的特点是频率高、波段宽，而飞机上天线长度是固定不变的。为了使输出电路在整个波段范围都能得到满意的工作效率，末级功放的输出电路就应在所有工作频率上调谐，天线与发射机末级输出电路应当匹配，并具有足够的工作效率。只有达到上述三方面的要求，才能保证有足够的功率送到天线上。 输出级的环路失谐会使功率放大器的输出波形产生畸变。另外，由于高频天线电阻很小，容易使末级功率放大器发热导致寿命缩短，甚至烧毁。如果负载阻抗过大，输出功率就很小，不能发挥末级功率

25、放大器应有的效用。因此负载阻抗必须满足匹配的要求，使输出回路能把足够大的功率送到天线上。,二、高频通讯系统,5、高频探针天线耦合器：用于使发射机输出阻抗与飞机探针天线自动的调谐并达到匹配状态，从而保证高频通讯能在229.999MHz波段内可靠地工作。 高频探针天线耦合器系统包括天线耦合器和耦合控制器。,二、高频通讯系统,耦合控制器的作用是指挥完整的调谐顺序，以便在所选的频率上使收发机与天线耦合器达到阻抗匹配；同时还能监控和显示系统工作状态；连接收发机和天线耦合器，把控制信号送到天线耦合器。 天线耦合器的作用是 利用改变输出回路L/C的比值使天线与发射机输出电阻值相等，以达到匹配。 包括有可变电

26、感线圈、步进的加感线圈和固定电容的自动调谐元件，使调谐元件参量的变化能适应天线参量的变化。,图7-2-5 高频探针天线耦合器系统,图7-2-6 高频系统调谐示意图,天线调谐的五个步骤：回零状态、等待方式、射频接入方式、调谐方式、工作方式,三、主要电路的工作原理,（一）、平衡调制器和环形调制器 在高频系统内为了产生单边带信号，首先用平衡调制器产生双边带信号，然后再用滤波法滤除一个边带，而得到另一个边带信号。,图7-2-7 二极管平衡调制器和环形调制器原理图,Uc边带信号 U载波信号 UC10 U,当UC和U为正半周时,D1,D2导通,在B2次级无载波UC输出, U在B2次级产生音频输出; 当UC为负半周而U为正半周时,D3,D4导通, 载波在B2 输出仍被抑制, U仍有音频输出.,（二）、单环数字式频率合成器,它是将稳定地晶体振荡器产生的频率，经过加、减、乘、除运算，得到一系列和晶体振荡同稳定度的频率去控制其它振荡器。单环数字式频率合成器由基准晶体振荡器、固定分频器、鉴相器、低通滤波器、压控振荡器和可变分频器构成。,图7-2-8 高频系统调谐示意图,(三）、晶体特性及其等效电路,图7-2-9 石英晶体及等效电路、电抗特性,特点：动态电感Lq大而动态电容Cq和动态电阻Rq小，因此它的Q值非常高。,(四）、接收机各电路的工作情况,1、接收天线：接收机天线的