第1章飞机通信系统
本章关键词

甚高频（very high frequency，VHF）
选择呼叫（select call，SELCAL）
旅客广播（passenger address，PA）
飞机通信寻址报告系统（aircraft communication addressing and reporting system，ACARS）
高频（high frequency，HF）
音频选择系统（audio select system，ASS）




民航客机的机载通信设备大体分为两类： 一类负责机外通信联络，如飞机与地面之间、飞机与飞机之间的相互通信，主要包括高频通信系统(HF COMM)、甚高频通信系统(VHF COMM)、选择呼叫系统(SELCAL)、应急电台等； 另一类用于机内通信，如进行机内通话、旅客广播、记录话音信号以及向旅客提供视听娱乐信号等，包括音频选择系统(ASS)、座舱话音记录系统(CVR)、内话系统(INT)、旅客广播系统(PA)和呼叫系统(CALL)等。这些通信系统的安装和使用可实现机组人员与机内人员及地面人员的通信联络，保证了飞行安全，同时也满足了旅客娱乐和服务的需求。现在的大型飞机还包括有卫星通信系统(SATCOM)和飞机通信寻址与报告系统(ACARS)等。


飞机通信系统主要用于飞机与地面之间、飞机与飞机之间的相互通信； 也用于进行机内通话、旅客广播、记录话音信号以及向旅客提供视听娱乐信号。
高频通信系统(HF COMM)是一种机载远程通信系统，通信距离可达数千千米，用于在远程飞行时保持与基地间的通信联络。系统占用2~30MHz的高频频段，波道间隔为1kHz。高频通信信号利用天波传播，因此信号可以传播很远的距离。大型飞机上通常装备1套或2套高频通信系统。现代机载高频通信系统都是单边带通信系统，并通常能够和普遍调幅通信相兼容。应用单边带通信可以大大压缩所占用的频带，节省发射功率。
典型的高频通信系统由收发组、天线调谐组件、天线和控制盒组成。收发组由于功率较大，需要采取特殊的通风散热措施。天线调谐组件用于实现天线和发射机输出级之间的阻抗匹配。在某些系统中使用分离的天线耦合器和天线耦合控制组件。
甚高频通信系统(VHF COMM)是最重要也是应用最广泛的飞机无线电通信系统。大型飞机通常装备2套或3套相同的甚高频通信系统，以保证甚高频通信的高度可靠。甚高频通信系统主要用于飞机在起飞、着陆期间以及飞机通过管制空域时与地面交通管制人员之间的双向语音通信。甚高频通信系统的工作频段通常为118.00~135.975MHz，波道间隔为25kHz，可提供720个通信波道。由于甚高频信号只能以直达波的形式在视距内传播，所以甚高频通信的距离较近，并受飞行高度的影响。当飞行高度为6000m时，通信距离为350km。机载甚高频通信系统由收发组、控制盒和天线三个基本组件组成。
选择呼叫系统(SELCAL)的功用是当地面呼叫指定飞机时，以灯光和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。它不是一种独立的通信系统，是配合高频通信系统和甚高频通信系统工作的。为了实现选择呼叫，机上高频和甚高频通信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(或航班)代码。
音频综合系统(AIS)泛指机内的所有通话、广播、录音等音频系统，这些系统的主要作用是实现机内各类人员(包括机组、乘务员、旅客以及飞机停场时的地面维修人员等)之间的语音信息交换以及驾驶舱内话音的记录。客舱广播系统供驾驶员或机上乘务员通过客舱喇叭向旅客进行广播和播放音乐。旅客娱乐系统用于向旅客放映录像、电视以及传送伴音信号。服务内话供机组成员和勤务人员进行联络以及飞机各维护点之间的联络。话音记录器用于记录机组人员与地面的通信和驾驶舱内的谈话情况。
1.1高频通信系统
1.1.1概述

高频通信系统提供远距离的声音通信，通信距离可达数千千米，它为飞机与飞机之间或地面站与飞机之间提供通信。HF系统占用2~30MHz的高频频段，波道间隔为1kHz。这个系统利用地球表面和电离层使通信信号来回反射而传播，因此信号可以传播很远的距离，并且反射的距离随时间、射频和飞机的高度的不同而有所改变。如图1.1.1所示为高频通信系统示意图。



图1.1.1高频通信系统


大型飞机上通常装备1套或2套高频通信系统。现代机载高频通信系统都是单边带通信系统，并通常能够和普通调幅通信相兼容。应用单边带通信可以大大压缩所占用的频带，节省发射功率。
使用高频通信时应注意以下问题： 高频通信由于传播距离远，易受到电离层扰动、雷电(静电)、电气设备和其他的辐射引起的各种电气干扰，这样就会产生无线电背景噪声。而在普遍使用的VHF频带中则没有这种噪声背景。高频通信的另一种特性是衰落，即接收信号时强时弱，这是多路径信号接收的超程效应，信号强度变化是由电离层的长期和瞬时变化造成的。高频通信还存在一个电离层反射垂直入射波的临界频率，高于该临界频率的电波则穿过电离层，不会反射回地面。在给定距离、入射角的情况下，最高的可用频率(MUF）是由临界频率乘该入射角的正割得出的。同样还有个最低的可用频率(LUF)，低于LUF的频率会由噪声电平和电离层吸收。以上两个限制条件在一天24h内连续变化，因此需要在两个可用频率之间选择一个尽可能长时间持续工作的工作频率。
高频通信系统以AM或SSB方式工作。发射机和接收机二者共用一个频率合成系统，音频输入/输出通过遥控电子组件(或音频管理组件)与飞行内话系统相连接。天线调谐耦合器用于在所选择的频率上使天线与发射机阻抗相匹配。
1.1.2高频通信系统的组成
飞机上一般装有1套或2套高频通信系统。两套系统由两部收发机、两个控制板、两个天线调谐耦合器和一部天线组成。天线调谐耦合器安装在垂直安定面的前下部两侧，每侧各一个。高频天线、馈线和射频屏蔽罩位于垂直安定面内部，其中天线在垂直安定面的前缘。系统使用的电源为三相115V、400Hz交流电。
1. 高频收发机
收发机用于发射和接收载有音频的射频信号。发射机和接收机共用一个可选择工作频率的频率合成系统。音频输入和输出通过遥控电


图1.1.2高频通信收发机

子组件（或音频附件盒）与飞行内话系统相连接。天线调谐耦合器用于在所选择的频率上使天线与发射机阻抗相匹配，见图1.1.2。
收发组的功率较大，需要采取特殊的通风散热措施。发射期间，机内风扇工作用来冷却发射机功效。
收发机使用115V、400Hz三相交流电源。在单边带方式，输出峰值功率为400W； 在调幅方式，平均功率为125W。频率范围为2.000~29.999MHz，波道间隔1kHz。
收发机前面板上有三个故障灯、一个测试开关、一个话筒插孔和一个耳机插孔。当来自控制板的输入信号失效时，“CONTROL INPUT FAIL”灯亮。在收发机内，当出现+5V DC或+10V DC电源电压消失、发射输出功率低、频率控制板故障或频率合成器失锁和机内微处理器故障时，“LRU FAIL”灯亮。当收发机已被键控，而天线调谐耦合器中存在故障，则“KEY INTERLOCK”灯亮，此时发射被抑制。
当按下静噪/灯试验电门（SQL/LAMP TEST）时，静噪抑制失效，此时耳机内可听到噪声，同时三盏故障灯亮，可检查故障灯的好坏。
2. 高频天线
现代飞机应用与机身蒙皮齐平安装的天线，这类天线多安装在飞机尾部或垂直安定面的前缘。
高频天线是一个“凹”槽天线，它由一段U形玻璃钢材料构成，绝缘密封在垂直安定面的前缘，来自天线调谐耦合器的馈线连到天线金属部分的一个端头上。天线呈现为低阻抗。高频天线通过天线调谐耦合器与发射机的高频电缆相匹配，见图1.1.3。


图1.1.3高频天线



3. 高频天线调谐耦合器
天线调谐耦合器安装在垂直安定面的前下部两侧，每侧各一个。高频天线、馈线和射频屏蔽罩位于垂直安定面内部，其中天线在垂直安定面的前缘。
天线调谐耦合器用来在2~30MHz频率范围内调谐并实现阻抗匹配。通常能在2~15s内，自动地使天线阻抗与50Ω的高频馈线相匹配，使电压驻波比（VSWR）不超过1.3∶1。天线调谐耦合器在其带密封垫圈的可卸外壳内增压，外壳上有三个与外部相连的接头。压力气嘴（pressure nozzle）用于向天线调谐耦合器充压。通常应充干燥的氮气，压力约为22PSI，比外界气压高半个大气压左右，以防止外面潮湿空气进入。当压力低于15.5PSI时就必须充压，否则会降低耦合器内部的抗电强度。耦合器使用115V交流电，没有外部冷却。天线调谐耦合器安装在垂直尾翼根部。
4. 高频控制板
高频系统控制板用于控制系统“通/断”、选择工作方式和工作频率，以及调节接收机灵敏度，如图1.1.4所示。


图1.1.4高频通信系统控制板


1.1.3高频通信系统的基本工作原理
1. 接收机的组成及基本工作原理

接收机为二次变频的超外差接收机，具有两种工作方式： 一种是兼容调幅工作方式，接收机接收普通调幅信号； 另一种是SSB工作方式，可以接收LSB信号或USB信号。这两种工作方式的区别仅在于解调电路和AGC电路。其简单原理如图1.1.5所示。


图1.1.5高频接收电路原理图



1) 高频电路部分
高频电路部分由输入回路、射频衰减器、高频放大器和混频器等组成。通常要求它的电路线性好，动态范围宽，选择性好，传输系数大，以提高接收机的灵敏度和抗干扰能力。
输入回路用于选择系统所需要频率的有用信号，尽可能滤除其他频率信号和噪声干扰。
射频衰减器由AGC电压放大器、差分放大器和恒流源等组成。其作用是使接收机输入电路有一个较宽的动态范围，衰减的大小可由控制板上的射频灵敏度控制旋钮来控制，衰减量为20dB。
高频放大器的主要作用是提高接收机的信噪比。此外，还有隔离变频级和天线，以避免本地振荡器的能量从天线辐射出去，干扰其他电台。
混频器用来降低(或提高)接收信号的载频，实现频率搬移。混频器输出中频的选择应有利于对镜像干扰和邻道干扰的抑制，为此，在短波和超短波接收机中，通常采用二次变频，选择较高的第一中频可保证对镜像干扰的抑制，第二次变频的中频选得较低，可以保证对邻道干扰的抑制，并使中放具有较高的增益。但随着变频次数的增加，接收机的噪声也会相应地增大。
2) 中放和检波器
中频放大器由一个500kHz机械滤波器和放大器组成，带通滤波器保证接收机的选择性，放大器提供100dB的增益。
3) 自动增益控制
在短波通信中，由于发射功率的强弱、通信距离的远近、电波传播的衰落等不同，使得到达接收机输入端的信号电平变化很大，所以采用自动增益控制使接收机输出端的信号电平变化应小于4~6dB。
4） 音频电路
音频输出电路由静噪电路、音频压缩放大器、有源滤波器和低频功率放大器组成。
音频压缩放大器的主要作用是保证音频信号输出幅度的变化不超过3dB。静噪电路的主要作用是当没有外来射频信号输入或输入射频信号的信噪比很小时，抑制噪声音频输出，从而减轻驾驶员的听觉疲劳。
2. 发射机的工作原理
高频发射机在单边带方式产生400W峰值射频功率，在调幅方式产生125W平均射频输出。
1) 音频输入电路
音频输入电路主要由音频选择器、低通滤波器、音频放大器和音频压缩放大器组成。
音频选择器用来从数据音频、话音音频和等幅报3个输入的音频信号中选择其中一个经过低通滤波器加到音频放大器。
2) 调制电路
平衡调制器的主要作用是抑制调幅信号的载波，输出上、下边带信号。
 在平衡调制器内，音频信号对500kHz低载波信号进行调制，产生一个抑制载波的500kHz双边带信号。工作在AM调幅方式时，输出的500kHz双边带信号经AM衰减器适当衰减后加至500kHz下边带机械滤波器。
工作在单边带调幅方式时，AM衰减器不工作，输出的500kHz双边带信号直接加至500kHz下边带机械滤波器。
3） 变频电路
以工作在下边带方式为例，500kHz下边带信号在第一混频器中与来自频率合成器的70.3MHz本振信号混频后输出69.8MHz的下边带信号，经69.8MHz晶体滤波器加至第二混频器，在第二混频器中，69.8MHz下边带信号与来自频率合成器的71.8~99.7999MHz本振信号进行混频，得到2~29.999MHz的下边带信号，如图1.1.6所示。


图1.1.6变频电路


4) 射频功率放大电路
功率放大器对100mW的射频信号进行放大，SSB方式时输出400W峰值包络功率，AM 方式时输出125W平均功率，该输出加至低通滤波器。功率放大器中设有保护电路，当功率放大器内部功耗过大时，该电路可瞬时关断功率放大器。
5) 天线调谐耦合器
功率放大器输出的射频信号经定向功率耦合器和发／收继电器加至外部天线调谐耦合器。天线调谐耦合器的主要目的是使天线与高频电缆匹配，即天线与末级功放匹配。
1.2甚高频通信系统
1.2.1概述

甚高频通信系统(VHF COMM)是最重要也是应用最广泛的飞机无线电通信系统。大型飞机通常装备2套或3套相同的甚高频通信系统，以保证甚高频通信的高度可靠。甚高频通信系统主要用于飞机在起飞、着陆期间以及飞机通过管制空域时与地面交通管制人员之间的双向语音通信。甚高频通信系统的工作频段通常为118.00~135.975MHz，波道间隔为25kHz，可提供720个通信波道。由于甚高频信号只能以直达波的形式在视距内传播，所以甚高频通信的距离较近，并受飞行高度的影响。当飞行高度为10000ft(3000m)时，通信距离约为123n mile(228km)； 若飞行高度为1000ft(300m)，则通信距离约为40n mile(74km)。
机载甚高频通信系统由收发机组、控制盒和天线三个基本组件组成。
VHF通信与HF通信相比较，反射少(指电离层对信号的反射)，传播距离近，抗干扰性能好； 天电干扰、宇宙干扰、工业干扰等对VHF波段的通信干扰较小。
甚高频通信系统由机上28V直流(DC)汇电条供电，该系统由无线电控制板、收发机、天线和遥控电子组件等组成，如图1.2.1所示。


图1.2.1甚高频通信系统框图


1.2.2甚高频通信系统的组成
每套机载甚高频通信系统由收发机组、控制盒和天线三个基本组件组成。
1. 控制盒
控制盒用于频率选择和转换，启动收发机的测试等。两个频率选择钮选择的频率分别显示在各自的显示窗（LCD）中，频率选择电门（TFR）用于选择一个作为当前的工作频率。显示窗正上方的频率指示灯亮表明该频率有效。按下“COMM”测试电门可使静噪电路失效，从而对接收机进行测试。此时，耳机中应能听到接收机输出的噪声。
如图1.2.2所示为甚高频通信控制盒示意图。


图1.2.2甚高频通信控制盒


2. 收发机
VHF收发机由发射电路和接收电路组成。发射电路用于产生音频调制的VHF发射信号，输送给天线发射。接收机是一个二次变频的超外差接收机，用于接收VHF调幅信号，解调出音频信号，输送给音频集总系统。收发机由电源电路、频率合成器、接收机、调制器、发射机等部分组成。电源电压为27.5V DC，最小功率为25W。如图1.2.3所示为VHF通信收发机示意图。



图1.2.3甚高频通信收发机




在收发机前面板上装有两个测试电门。按压“静噪/灯测试”电门可测试面板上的两个指示灯。按压此电门时，静噪电路失效，因此可在耳机内听到接收机输出的噪声。按压“收发机测试”电门可对收发机进行自测试，测试内容包括串行控制数据输入和天线电压驻波比。如绿色的“LRU通过”灯亮，表明收发机自测试正常； 如红色的“控制输入失效”灯亮，则表明来自控制板的输入无效。上部的显示窗用于显示电压驻波比/功率。当功率指示控制电门置于“FWD”位时，显示发射功率； 置于“RFL”位时，显示反射功率。面板上还有耳机和话筒插孔。
3. VHF天线
VHF天线为刀形天线，1号天线装于机背，2号和3号天线分别在机腹前部和后部，如图1.2.4所示。


图1.2.4机载通信系统天线


1.2.3工作原理
1. 接收机

接收机是一个二次变频的超外差接收机，工作方式是标准调幅方式，只能接收调幅信号，其结构功能如图1.2.5所示。


图1.2.5VHF通信系统——接收功能描述图




VHF天线接收RF信号并经同轴电缆把它们传给VHF通信收发机。收发机经接收电路发送RF信号并把音频送给飞行内话系统。同时，收发机还向选择呼叫译码器发送数据。
微处理器向频率合成器传送接收频率。频率合成器设置AM接收机的频率。
当收发机处于接收方式时，微处理器也向转换开关发送一个逻辑1并合上转换开关，把从天线来的RF信号发送给AM接收机。AM接收机解调RF输入并检出音频信号。从AM接收机来的音频输出进入数据输出电路、开关S1和静噪比较器电路。
音频输出电路向飞行内话系统和耳机插孔发送音频信号。
静噪比较器电路把检出的音频与门限值进行比较。如果检出的音频电平高于门限值，静噪电路向开关S1发-地信号。开关S1闭合并把音频发给音频输出电路。
有源低通滤波器为三级有源低通谐振滤波器(又称电子滤波器)，其作用是在300~2500Hz频率范围内保持理想的平坦响应(±1dB)。
音频功率放大器由两级放大器和一个输出阻抗匹配变压器组成。放大器提供100mW的输出电平。
2. 发射机
发射机结构功能如图1.2.6所示。


图1.2.6VHF通信系统——发射功能描述图



VHF收发机从遥控电子组件接收音频。收发机经发射电路发送信号并发给天线发射。
发射期间，微处理器从REU接收PTT信号。这使微处理器向转换开关发送一个逻辑，转换开关把发送电路的输出连到VHF天线。
来自REU的话筒音频进入收发机的发射电路。发射电路用话筒音频调制RF载波，产生一调幅RF信号，这个信号进入方向性耦合器转换开关。RF信号经转换开关送入天线。天线发射RF信号。来自方向性耦合器的RF输出也送入功率监控器，当输出功率大于15W时，功率监控器发射一个逻辑1。
当输出功率大于15W时，且收发机在话音方式时，自听开关闭合。话筒音频经REU送给飞行内话扬声器。