現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)

1、第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)第第1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)1.1 HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)1.2 VHF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)1.3 SATCOM空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng) 1.4 SSR空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)1.5 航空情報(bào)通信系統(tǒng)航空情報(bào)通信系統(tǒng)第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)空中交通管理的發(fā)展空中交通管理的發(fā)展第一階段：在第一階段：在20世紀(jì)世紀(jì)30年代以前，飛行距離近，只需按年代以前，飛行距離近，只需按照目視原則制訂目視飛行規(guī)則；旗、信號(hào)燈照目視原則制訂目視飛行規(guī)則；旗、信號(hào)燈第二階段：在第二階段：在193

2、41945期間，飛行速度達(dá)到期間，飛行速度達(dá)到300km/s，裝備無線電通信設(shè)備和導(dǎo)航設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了程序管制；裝備無線電通信設(shè)備和導(dǎo)航設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了程序管制；第三階段：在第三階段：在1945至至20世紀(jì)世紀(jì)80年代期間，航空技術(shù)飛躍年代期間，航空技術(shù)飛躍發(fā)展，成立了發(fā)展，成立了ICAO，出現(xiàn)了，出現(xiàn)了SSR和和ILS。采用了雷達(dá)。采用了雷達(dá)管制技術(shù)，降低了天氣對(duì)飛行的影響；管制技術(shù)，降低了天氣對(duì)飛行的影響；第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)第四階段：從第四階段：從20世紀(jì)世紀(jì)80年代后開始，電子技術(shù)飛躍發(fā)展，年代后開始，電子技術(shù)飛躍發(fā)展，計(jì)算機(jī)在機(jī)載設(shè)備和空管地面設(shè)備上廣泛應(yīng)

3、用，以及計(jì)算機(jī)在機(jī)載設(shè)備和空管地面設(shè)備上廣泛應(yīng)用，以及衛(wèi)星通信在管制系統(tǒng)中的應(yīng)用。衛(wèi)星通信在管制系統(tǒng)中的應(yīng)用?？罩薪煌ü芾恚罩薪煌ü芾恚ˋTM）的概念被提出）的概念被提出S模式二次雷達(dá)出現(xiàn)（模式二次雷達(dá)出現(xiàn)（S-SSR）ICAO組織了對(duì)組織了對(duì)FANS的研究和規(guī)劃，后改稱新航行系統(tǒng)的研究和規(guī)劃，后改稱新航行系統(tǒng)（CNS/ATM）。）。空中交通管理的發(fā)展空中交通管理的發(fā)展第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)空中交通管制的主要任務(wù)是對(duì)飛行器從起飛到著陸的全空中交通管制的主要任務(wù)是對(duì)飛行器從起飛到著陸的全過程進(jìn)行管理和控制，維護(hù)空中交通秩序，減少飛行過程進(jìn)行管理和控制，維護(hù)空中

4、交通秩序，減少飛行時(shí)間，提高空域利用率，確保飛行安全。時(shí)間，提高空域利用率，確保飛行安全。按照管制范圍的不同，空中交通管制可分為三個(gè)部分，按照管制范圍的不同，空中交通管制可分為三個(gè)部分，即即機(jī)場(chǎng)管制機(jī)場(chǎng)管制、進(jìn)近管制進(jìn)近管制和和區(qū)域管制區(qū)域管制。按照管制手段的不同，空中交通管制可分為兩個(gè)部分，按照管制手段的不同，空中交通管制可分為兩個(gè)部分，即即程序管制程序管制和和雷達(dá)管制雷達(dá)管制?？罩薪煌ü苤频姆诸惪罩薪煌ü苤频姆诸惖诘? 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)所謂現(xiàn)行通信系統(tǒng)是指那些在所謂現(xiàn)行通信系統(tǒng)是指那些在ICAO制定并通過制定并通過CNSATM方案之前已有的空地通信系統(tǒng)，包括

5、：方案之前已有的空地通信系統(tǒng)，包括：1、在終端附近，使用甚高頻（、在終端附近，使用甚高頻（VHF）空地通信系統(tǒng)，主）空地通信系統(tǒng)，主要是話音通信要是話音通信2、由于認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)通信的優(yōu)越性，世界上許多地區(qū)已采、由于認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)通信的優(yōu)越性，世界上許多地區(qū)已采用了一種面向字符的用了一種面向字符的VHF數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)飛機(jī)通信選數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)飛機(jī)通信選址報(bào)告系統(tǒng)（址報(bào)告系統(tǒng)（ACARS） 空中交通管理系統(tǒng)空中交通管理系統(tǒng)現(xiàn)行通信系統(tǒng)現(xiàn)行通信系統(tǒng)第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)3、超出視線傳播范圍的海洋和邊遠(yuǎn)陸地上空，則使用短、超出視線傳播范圍的海洋和邊遠(yuǎn)陸地上空，則使用短波（波（HF

6、）空地通信系統(tǒng)）空地通信系統(tǒng) 4、作為、作為VHF和和HF通信系統(tǒng)必要補(bǔ)充的衛(wèi)星空地通信系通信系統(tǒng)必要補(bǔ)充的衛(wèi)星空地通信系統(tǒng)（統(tǒng)（SATCOM） 5、雷達(dá)監(jiān)視（包括一次雷達(dá)、二次雷達(dá)）也是一種可選、雷達(dá)監(jiān)視（包括一次雷達(dá)、二次雷達(dá)）也是一種可選的通信方式的通信方式 空中交通管理系統(tǒng)空中交通管理系統(tǒng)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)空中交通管制系統(tǒng)組成框圖空中交通管制系統(tǒng)組成框圖2-1空中交通管理系統(tǒng)空中交通管理系統(tǒng)現(xiàn)行通信系統(tǒng)現(xiàn)行通信系統(tǒng)第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)空中交通管制系統(tǒng)子網(wǎng)成份：空中交通管制系統(tǒng)子網(wǎng)成份：所謂現(xiàn)行通信

7、系統(tǒng)是指那些在所謂現(xiàn)行通信系統(tǒng)是指那些在ICAO制定并通過制定并通過CNSATM方案之前已有的空地通信系統(tǒng)，包括：方案之前已有的空地通信系統(tǒng)，包括： 在終端附近，使用甚高頻（在終端附近，使用甚高頻（VHF）空地通信系統(tǒng)，主要）空地通信系統(tǒng)，主要是話音通信。是話音通信。 由于認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)通信的優(yōu)越性，世界上許多地區(qū)已采用了由于認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)通信的優(yōu)越性，世界上許多地區(qū)已采用了一種面向字符的一種面向字符的VHF數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)飛機(jī)通信選址報(bào)告數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)飛機(jī)通信選址報(bào)告系統(tǒng)（系統(tǒng)（ACARS）空中交通管理系統(tǒng)空中交通管理系統(tǒng)現(xiàn)行通信系統(tǒng)現(xiàn)行通信系統(tǒng)第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng) 超

8、出視線傳播范圍的海洋和邊遠(yuǎn)陸地上空，則使用短波超出視線傳播范圍的海洋和邊遠(yuǎn)陸地上空，則使用短波（HF）空地通信系統(tǒng)。）空地通信系統(tǒng)。 雷達(dá)監(jiān)視（包括一次雷達(dá)、二次雷達(dá)）也是一種通信方雷達(dá)監(jiān)視（包括一次雷達(dá)、二次雷達(dá)）也是一種通信方式。式。 中國民航中國民航C波段衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)成為空中交通管制、電報(bào)、波段衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)成為空中交通管制、電報(bào)、氣象、雷達(dá)聯(lián)網(wǎng)及氣象、雷達(dá)聯(lián)網(wǎng)及VHF遙控系統(tǒng)的主要傳輸手段。遙控系統(tǒng)的主要傳輸手段。 空中交通管理系統(tǒng)空中交通管理系統(tǒng)現(xiàn)行通信系統(tǒng)現(xiàn)行通信系統(tǒng)第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)短波通信是指利用波長為短波通信是指利用波長為100m10m（頻

9、率為（頻率為3MHz 30MHz）的電磁波進(jìn)行無線電通信。）的電磁波進(jìn)行無線電通信。實(shí)際上，通常把中波的高頻段（實(shí)際上，通常把中波的高頻段（1.5MHz 3MHz）也歸）也歸到短波波段，所以現(xiàn)有的許多短波通信設(shè)備，其波段到短波波段，所以現(xiàn)有的許多短波通信設(shè)備，其波段范圍往往擴(kuò)展到范圍往往擴(kuò)展到1.5MHz 30MHz。短波通信也稱為高頻（短波通信也稱為高頻（HF）無線電通信。）無線電通信。3.1 HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)高頻（高頻（HF）無線電通信被廣泛地應(yīng)用于政府、軍事、外）無線電通信被廣泛地應(yīng)用于政府、

10、軍事、外交、氣象、通信、導(dǎo)航和商業(yè)等部門，用以傳遞語言、交、氣象、通信、導(dǎo)航和商業(yè)等部門，用以傳遞語言、文字、圖像和數(shù)據(jù)等信息。尤其是在軍事部門，它始文字、圖像和數(shù)據(jù)等信息。尤其是在軍事部門，它始終是軍事指揮遠(yuǎn)距離通信的重要手段之一。終是軍事指揮遠(yuǎn)距離通信的重要手段之一。第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)HF無線電波主要靠電離層反射（天波）傳播，也可以和無線電波主要靠電離層反射（天波）傳播，也可以和長、中波一樣靠地波進(jìn)行短距離傳播。每一種傳播形長、中波一樣靠地波進(jìn)行短距離傳播。每一種傳播形式都具有各自的頻率范圍和傳播距離。當(dāng)采用合適的式都具有各自的頻率范圍和傳播距離。當(dāng)采

11、用合適的通信設(shè)備時(shí)，都可以獲得滿意的信息傳輸。通信設(shè)備時(shí)，都可以獲得滿意的信息傳輸。1、地波傳播形式、地波傳播形式利用地波傳播形式的頻率范圍大約是利用地波傳播形式的頻率范圍大約是1.5MHz 5MHz。為了適應(yīng)地波傳播，通常采用各種形式的輻射垂直極為了適應(yīng)地波傳播，通常采用各種形式的輻射垂直極化天線?；炀€。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)傳輸特性傳輸特性第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)地波的衰減隨頻率變化如圖地波的衰減隨頻率變化如圖2-2所示。所示。從圖從圖2-2可以看到，可以看到，由于地波的衰減隨著頻由于地波的衰減隨著頻率的升高而增大，故即率的升高而增大，故即使用使用1

12、000W的發(fā)射機(jī)，的發(fā)射機(jī)，陸上傳播距離也僅為陸上傳播距離也僅為100km左右。左右。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)傳輸特性傳輸特性10-15105010050010001001011021031041051060.15MHz0.5MHz1MHz5MHz10MHzd (km)場(chǎng)強(qiáng) (V/m)發(fā)射功率1kW短垂直天線圖2-2 地波傳播時(shí)不同頻率的場(chǎng)強(qiáng)-距離曲線第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)所以這種傳播形式不宜用做無線電廣播或者遠(yuǎn)距離通信。所以這種傳播形式不宜用做無線電廣播或者遠(yuǎn)距離通信。此外傳播距離還和傳播路徑上媒介的電參數(shù)密切相關(guān)。此外傳播距離還和傳播路徑上媒介的電參數(shù)

13、密切相關(guān)。沿海面?zhèn)鞑サ木嚯x遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過陸地的傳播距離。沿海面?zhèn)鞑サ木嚯x遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過陸地的傳播距離。2、天波傳播形式、天波傳播形式一般情況下，對(duì)于短波通信鏈路，天波傳播較地波傳播一般情況下，對(duì)于短波通信鏈路，天波傳播較地波傳播更有意義。這不僅因?yàn)樘觳蛇M(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播，可以更有意義。這不僅因?yàn)樘觳蛇M(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播，可以超越丘陵地帶，還因?yàn)榭梢栽诘夭▊鞑o效的很短距超越丘陵地帶，還因?yàn)榭梢栽诘夭▊鞑o效的很短距離內(nèi)建立無線電通信鏈路。離內(nèi)建立無線電通信鏈路。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)傳輸特性傳輸特性第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)HF的地波傳播損耗隨頻率的升高而增大，不宜作長距離的

14、地波傳播損耗隨頻率的升高而增大，不宜作長距離通信。在距離超過通信。在距離超過200公里時(shí)，電波傳播主要取決于天公里時(shí)，電波傳播主要取決于天波。天波依靠電離層對(duì)電波的反射，可建立幾千公里波。天波依靠電離層對(duì)電波的反射，可建立幾千公里的遠(yuǎn)距離通信線路。因此，早期民航空地遠(yuǎn)距離通信的遠(yuǎn)距離通信線路。因此，早期民航空地遠(yuǎn)距離通信主要采用這個(gè)方法。主要采用這個(gè)方法。 為此我們必須先討論天波傳播的為此我們必須先討論天波傳播的媒介媒介電離層。電離層。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)電離層電離層第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)電離層的結(jié)構(gòu)和電特性電離層的結(jié)構(gòu)和電特性電離層電離層是圍繞地球上

15、空的一個(gè)區(qū)域，在該區(qū)域中，稀薄是圍繞地球上空的一個(gè)區(qū)域，在該區(qū)域中，稀薄的空氣在太陽紫外線作用下被充分電離，它可反射或的空氣在太陽紫外線作用下被充分電離，它可反射或吸收無線電波，而這種作用的大小與電子密度密切相吸收無線電波，而這種作用的大小與電子密度密切相關(guān)。通常將電離層又分為關(guān)。通常將電離層又分為D，E和和F等三層，這些導(dǎo)電等三層，這些導(dǎo)電層對(duì)層對(duì) HF傳播具有重要的影響。傳播具有重要的影響。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)電離層電離層第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)D層層：是最低層，距離地面高度為：是最低層，距離地面高度為6090km。它在白天太。它在白天太陽照射下方才

16、形成，夜間消失。陽照射下方才形成，夜間消失。D層不足以反射短波，層不足以反射短波，但都給穿透但都給穿透D層的電磁波以較大的吸收損耗。所以層的電磁波以較大的吸收損耗。所以D層層又稱為吸收層。隨著頻率的降低，吸收損耗加大，當(dāng)又稱為吸收層。隨著頻率的降低，吸收損耗加大，當(dāng)工作頻率低于其一工作頻率低于其一“最低可用頻率最低可用頻率”時(shí)，過大的吸收時(shí)，過大的吸收損耗（同時(shí)較低頻段干擾也較大）將使通信中斷。損耗（同時(shí)較低頻段干擾也較大）將使通信中斷。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)電離層電離層第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)在白天在白天D層決定了層決定了HF通信的距離，以及為獲得良好的

17、傳通信的距離，以及為獲得良好的傳輸所必需的發(fā)射功率和天線增益。輸所必需的發(fā)射功率和天線增益。最近研究表明，白天有可能反射頻率為最近研究表明，白天有可能反射頻率為2MHz 5MHz的的HF電磁波。在電磁波。在1000km距離的信道實(shí)驗(yàn)中，通過測(cè)量距離的信道實(shí)驗(yàn)中，通過測(cè)量得到的衰減值和計(jì)算值相比是一致的。得到的衰減值和計(jì)算值相比是一致的。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)電離層電離層第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)E層：高度為層：高度為100120km，最大離子密度發(fā)生在，最大離子密度發(fā)生在110km處，處，白天基本不變。通常通信鏈路設(shè)計(jì)和計(jì)算都以白天基本不變。通常通信鏈路設(shè)計(jì)

18、和計(jì)算都以110km作為作為E層高度。層高度。與與D層一樣，在太陽照射下形成層一樣，在太陽照射下形成E層。能對(duì)短波起反射作層。能對(duì)短波起反射作用。但用。但E層夜間近于消失，失去對(duì)短波的反射作用。層夜間近于消失，失去對(duì)短波的反射作用。在電離開始后，在電離開始后，E層可以反射高于層可以反射高于1.5MHz 頻率的電磁波。頻率的電磁波。Es層：成為偶發(fā)層：成為偶發(fā)E層。偶爾發(fā)生在層。偶爾發(fā)生在120km高度處的電離層。高度處的電離層。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)電離層電離層第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)F F層：對(duì)層：對(duì)HFHF有良好的反射作用，也稱反射層。它對(duì)有良好的反射

19、作用，也稱反射層。它對(duì)HFHF遠(yuǎn)距遠(yuǎn)距離傳播起重要作用。與其他電離層相比，具有最高的離傳播起重要作用。與其他電離層相比，具有最高的高度，允許傳播最遠(yuǎn)的距離。高度，允許傳播最遠(yuǎn)的距離。F F層又分為層又分為F F1 1和和F F2 2層，層，F(xiàn) F1 1層高度為層高度為170170220km220km，電密度較，電密度較F F2 2層低，夜晚明顯減弱；層低，夜晚明顯減弱；F F2 2層高度在層高度在225225450km450km左右，夜左右，夜間雖不完全消失，但電子密度較白天降低一個(gè)量級(jí)，間雖不完全消失，但電子密度較白天降低一個(gè)量級(jí)，保持了對(duì)保持了對(duì)HFHF的反射作用。的反射作用。 HF空地通

20、信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)電離層電離層第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)圖圖2-3示出了非騷擾條件下，電離層各層的高度和電子密示出了非騷擾條件下，電離層各層的高度和電子密度的典型值。度的典型值。從圖中可以看出，白天存在有從圖中可以看出，白天存在有D、E、F1和和F2層。從七、八十層。從七、八十公里的公里的D層開始，隨著高度的層開始，隨著高度的增加，電子密度將迅速增加，增加，電子密度將迅速增加，電子密度繼續(xù)增加（達(dá)到電子密度繼續(xù)增加（達(dá)到F1、F2層），反射能力更強(qiáng)。層），反射能力更強(qiáng)。 HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)電離層電離層109101010111012101350040030

21、02001000h (km)圖2-3 電離層各層的高度與電子密度關(guān)系曲線F1午夜中午F2DEF2第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)電離層電離層但在夜晚（見但在夜晚（見“午夜午夜”曲線），曲線），D、E和和F1層消失，層消失，F(xiàn)2層層的電子密度也減少一個(gè)量級(jí)，但仍能對(duì)短波起反射作的電子密度也減少一個(gè)量級(jí)，但仍能對(duì)短波起反射作用。此外，從圖上還可以看出，夜晚用。此外，從圖上還可以看出，夜晚F2層（電子密度層（電子密度最大處）的高度也有所下降。他們的高度在不同季節(jié)最大處）的高度也有所下降。他們的高度在不同季節(jié)和在一天內(nèi)的不同時(shí)刻是不同的。和在一天內(nèi)的

22、不同時(shí)刻是不同的。對(duì)于對(duì)于F2層，其高度在冬季的白天最低，在夏天的白天最層，其高度在冬季的白天最低，在夏天的白天最高。高。第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)F2層和其他高度層不同，在日落以后沒有完全消失，仍層和其他高度層不同，在日落以后沒有完全消失，仍保持剩余的電離，其原因可能是在夜間保持剩余的電離，其原因可能是在夜間F2層和低電子層和低電子密度復(fù)合的速度減慢，而且粒子輻射仍然存在。密度復(fù)合的速度減慢，而且粒子輻射仍然存在。雖然夜間雖然夜間F2層的電子密度較白天降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)，但層的電子密度較白天降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)，但仍足以反射仍足以反射HF某一頻段的電磁波。當(dāng)然夜間能反

23、射的某一頻段的電磁波。當(dāng)然夜間能反射的頻率遠(yuǎn)低于白天。頻率遠(yuǎn)低于白天。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)電離層電離層第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)因此可見，若要保持晝夜因此可見，若要保持晝夜HF通信，其工作頻率必須晝夜通信，其工作頻率必須晝夜更換，而且一般情況下夜間工作頻率遠(yuǎn)低于白天工作更換，而且一般情況下夜間工作頻率遠(yuǎn)低于白天工作頻率。頻率。這是因?yàn)楦叩念l率能穿過低電子密度的電離層，只有高這是因?yàn)楦叩念l率能穿過低電子密度的電離層，只有高電子密度的電離層可以反射。所以若晝夜不改變工作電子密度的電離層可以反射。所以若晝夜不改變工作頻率（例如夜間仍使用白天的工作頻率），其結(jié)果有

24、頻率（例如夜間仍使用白天的工作頻率），其結(jié)果有可能使電磁波穿出電離層，造成通信中斷?？赡苁闺姶挪ù┏鲭婋x層，造成通信中斷。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)電離層電離層第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)由于太陽輻射是不規(guī)則的，所以電離層的電子密度和高由于太陽輻射是不規(guī)則的，所以電離層的電子密度和高度將隨季節(jié)，一天中的不同時(shí)刻，以數(shù)太陽黑子活躍度將隨季節(jié)，一天中的不同時(shí)刻，以數(shù)太陽黑子活躍性有較大的變化。此外，太陽黑子常出現(xiàn)耀斑暴發(fā)，性有較大的變化。此外，太陽黑子常出現(xiàn)耀斑暴發(fā)，將引起電離層的強(qiáng)烈的短時(shí)間騷動(dòng)。這些都造成短波將引起電離層的強(qiáng)烈的短時(shí)間騷動(dòng)。這些都造成短波通信的不穩(wěn)

25、定，不可靠。通信的不穩(wěn)定，不可靠。 HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)電離層電離層第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)1、最高可用頻率（、最高可用頻率（MUF）是指在實(shí)際通信中，能被電離層反射回地面的電磁波的是指在實(shí)際通信中，能被電離層反射回地面的電磁波的最高頻率。若選用的工作頻率超過它，則電磁波穿出最高頻率。若選用的工作頻率超過它，則電磁波穿出電離層，不再返回地面。所以確定通信線路的電離層，不再返回地面。所以確定通信線路的MUF是是線路設(shè)計(jì)要確定的重要參數(shù)之一，而且是計(jì)算其它參線路設(shè)計(jì)要確定的重要參數(shù)之一，而且是計(jì)算其它參數(shù)的基礎(chǔ)。數(shù)的基礎(chǔ)。遠(yuǎn)距離通信中，電磁波都是斜射至電離層

26、。遠(yuǎn)距離通信中，電磁波都是斜射至電離層。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)若令此時(shí)最大反射頻率為若令此時(shí)最大反射頻率為fob，則在已知通信線路長度和，則在已知通信線路長度和反射點(diǎn)高度的情況下，反射點(diǎn)高度的情況下，式中，式中，f 電磁波垂直投射時(shí)的最高反射頻率，也稱臨界電磁波垂直投射時(shí)的最高反射頻率，也稱臨界頻率；頻率； 電磁波斜射至電離層的入射角；電磁波斜射至電離層的入射角；d通信線通信線路的長度；路的長度；h 電磁波反射點(diǎn)處電離層的虛高。電磁波反射點(diǎn)處電離層的虛高。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性221sechdf

27、fob （2-1）第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)若給定通信線路的距離為若給定通信線路的距離為2000km，在不同斜射頻率下，在不同斜射頻率下（即以（即以fob為參數(shù)），按照式（為參數(shù)），按照式（2-1）計(jì)算，可得到一組）計(jì)算，可得到一組f h 曲線（如圖曲線（如圖2-4所示的所示的實(shí)線實(shí)線）。）。在給定的通信線路測(cè)量，在給定的通信線路測(cè)量，可以得到該線路的可以得到該線路的頻高圖頻高圖，即實(shí)測(cè)的即實(shí)測(cè)的f h 曲線（如圖曲線（如圖2-4所示的所示的虛線虛線）。）。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性8006004002000h (km)圖2-4 給定頻率可能存在

28、的傳播路徑24681012fob=10121416182022BF112312F2fv(MHz)第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)從圖中可以看到，這兩條曲線有許多交點(diǎn)，所有這些交從圖中可以看到，這兩條曲線有許多交點(diǎn)，所有這些交點(diǎn)表示在給定的斜射頻率上可能存在的傳播路徑。點(diǎn)表示在給定的斜射頻率上可能存在的傳播路徑。例如為例如為fob=14MHz，對(duì)，對(duì)F2層來講，可能存在兩條傳播路徑，層來講，可能存在兩條傳播路徑，它們的反射點(diǎn)在圖它們的反射點(diǎn)在圖2-4上分別標(biāo)為上分別標(biāo)為1和和1 。反射點(diǎn)。反射點(diǎn)1的高的高度為度為380km，另一點(diǎn)，另一點(diǎn)1 的高度為的高度為680km。通

29、過反射點(diǎn)通過反射點(diǎn)1反射到達(dá)接收端的信號(hào)比反射點(diǎn)反射到達(dá)接收端的信號(hào)比反射點(diǎn)1 反射來的反射來的信號(hào)強(qiáng)，這是因?yàn)檫@兩條傳播路徑受到的衰減不同。信號(hào)強(qiáng)，這是因?yàn)檫@兩條傳播路徑受到的衰減不同。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)反射點(diǎn)反射點(diǎn)1 通過的路徑除了由于通過通過的路徑除了由于通過D、E和和F層遭到衰減外，層遭到衰減外，和反射點(diǎn)和反射點(diǎn)1通過的路徑相比，在通過的路徑相比，在F2層內(nèi)傳播了更長的距層內(nèi)傳播了更長的距離，因而多了一定的附加衰減。離，因而多了一定的附加衰減。若若fob=18MHz，仍然存在兩個(gè)反射點(diǎn)和兩條傳播路徑，反，

30、仍然存在兩個(gè)反射點(diǎn)和兩條傳播路徑，反射高度分別為射高度分別為340km和和460km。與此斜射頻率相應(yīng)的與此斜射頻率相應(yīng)的f h 曲線和頻高圖中的曲線和頻高圖中的E、F1層曲線層曲線不存在交點(diǎn)。不存在交點(diǎn)。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)這表明這表明fob=18MHz時(shí)，電磁波已不可能利用時(shí)，電磁波已不可能利用F1層和層和E層反層反射，而只是穿過它們，然后由射，而只是穿過它們，然后由F2層反射。同樣的道理，層反射。同樣的道理，2點(diǎn)反射在接收端的信號(hào)較點(diǎn)反射在接收端的信號(hào)較2 點(diǎn)反射的強(qiáng)，但由于兩者點(diǎn)反射的強(qiáng)，但由于兩者的反射高

31、度相差不太大，所以其場(chǎng)強(qiáng)差別將小于的反射高度相差不太大，所以其場(chǎng)強(qiáng)差別將小于fob=14MHz時(shí)的情況。時(shí)的情況。從圖從圖2-4可以看出，繼續(xù)升高斜射頻率，如當(dāng)可以看出，繼續(xù)升高斜射頻率，如當(dāng)fob=20MHz時(shí)，只存在時(shí)，只存在F2層的一個(gè)反射點(diǎn)層的一個(gè)反射點(diǎn)3，反射高度，反射高度h =370km，也就是說，此時(shí)只有一條傳播路徑。也就是說，此時(shí)只有一條傳播路徑。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)假如繼續(xù)升高斜射頻率，曲線族和實(shí)測(cè)頻高曲線不再存假如繼續(xù)升高斜射頻率，曲線族和實(shí)測(cè)頻高曲線不再存在交點(diǎn)，這說明電磁波穿出在交點(diǎn)，這說明

32、電磁波穿出F2層，不再返回地面。層，不再返回地面。由此可見，反射點(diǎn)由此可見，反射點(diǎn)3是是斜射頻率斜射頻率能否返回地面的臨界點(diǎn)，能否返回地面的臨界點(diǎn)，與該點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的與該點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的斜射頻率斜射頻率稱為稱為F2層的最高可用頻率層的最高可用頻率（MUF）。）。于是得到如下結(jié)論：于是得到如下結(jié)論：（1）MUF是指給定通信距離下的最高可用頻率。是指給定通信距離下的最高可用頻率。若通信距離改變，計(jì)算所得的曲線族和實(shí)測(cè)的頻高圖都若通信距離改變，計(jì)算所得的曲線族和實(shí)測(cè)的頻高圖都HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)將變化，使臨界點(diǎn)的位置變化，對(duì)應(yīng)的將

33、變化，使臨界點(diǎn)的位置變化，對(duì)應(yīng)的MUF值改變。顯然值改變。顯然MUF還與反射層的電離密度有關(guān)，所以凡影響電離密還與反射層的電離密度有關(guān)，所以凡影響電離密度的諸因素都將影響度的諸因素都將影響MUF的值。的值。（2）當(dāng)通信線路選用）當(dāng)通信線路選用MUF作為工作頻率時(shí)，由于只有一作為工作頻率時(shí)，由于只有一條傳播路徑，一般情況下可能獲得最佳接收。條傳播路徑，一般情況下可能獲得最佳接收。（3）MUF是電磁波能返回地面和穿出電離層的臨界值。是電磁波能返回地面和穿出電離層的臨界值?？紤]電離層的結(jié)構(gòu)隨時(shí)間而變化并保證獲得長期穩(wěn)定的考慮電離層的結(jié)構(gòu)隨時(shí)間而變化并保證獲得長期穩(wěn)定的接收，在確定線路的工作頻率時(shí)，不

34、是取預(yù)報(bào)的接收，在確定線路的工作頻率時(shí)，不是取預(yù)報(bào)的MUFHF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)值，而是取低于值，而是取低于MUF的頻率的頻率FOT， FOT稱為最佳工作頻稱為最佳工作頻率。一般情況下，率。一般情況下，選用選用FOT之后，就能保證通信線路的可通率為之后，就能保證通信線路的可通率為90%。由。由于工作頻率較于工作頻率較MUF下降了下降了15%，接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)較工作，接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)較工作在在MUF時(shí)損失時(shí)損失1020dB?？梢姙榇烁冻龅拇鷥r(jià)很大。可見為此付出的代價(jià)很大。（4）圖）圖2-5給出了全天給出了全天MUF隨時(shí)間變化的

35、曲線，取隨時(shí)間變化的曲線，取FOT=0.85MUF，可得到，可得到FOT隨時(shí)間變化的曲線。隨時(shí)間變化的曲線。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性MUFFOT85. 0（2-2）第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)實(shí)際上，通信線路不需要頻繁地改變工作頻率，一般情實(shí)際上，通信線路不需要頻繁地改變工作頻率，一般情況下，白天選用較高的頻率，夜間選用況下，白天選用較高的頻率，夜間選用12個(gè)較低的頻個(gè)較低的頻率即可。率即可。圖圖2-5中也給出了建議日、中也給出了建議日、夜間選用的頻率曲線，夜間選用的頻率曲線，日頻選用日頻選用9MHz，夜頻選用夜頻選用4.5MHz。HF空地通信系

36、統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性3456920f (MHz)04812162024FOTMUFt (h)建議選用的工作頻率日頻9MHz夜頻4.5MHz圖2-5 MUF隨時(shí)間的變化曲線第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)為了更形象地分析斜射頻率和傳播路徑的關(guān)系，根據(jù)圖為了更形象地分析斜射頻率和傳播路徑的關(guān)系，根據(jù)圖2-4畫畫出可能傳播路徑的示意圖，如圖出可能傳播路徑的示意圖，如圖2-6所示。所示。從圖中可以看到，在某從圖中可以看到，在某一給定距離的通信線路一給定距離的通信線路上，所選用的頻率高于上，所選用的頻率高于MUF時(shí)，穿出電離層，時(shí)，穿出電離層，不再返回地面，如圖中不再返

37、回地面，如圖中HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性RTfob=14MHzfob=18MHzMUF=20MHzfobMUF圖2-6 在某一距離為2000km的通信鏈路上可能存在的傳播路徑圖第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)粗線所示的射線。所選用的頻率低于粗線所示的射線。所選用的頻率低于MUF時(shí)，存在兩條時(shí)，存在兩條傳播路徑。由于這兩條路徑所需射線的仰角不同，故傳播路徑。由于這兩條路徑所需射線的仰角不同，故分別稱為高仰角和低仰角射線。本例中與圖分別稱為高仰角和低仰角射線。本例中與圖2-4的的1 、 2 反射點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是高仰角射線，與反射點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是高仰角射線，與1、 2反

38、射點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反射點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是低仰角射線。是低仰角射線。隨著工作頻率逐漸接近隨著工作頻率逐漸接近MUF，高仰角和低仰角這兩條射，高仰角和低仰角這兩條射線越來越接近，當(dāng)工作頻率選用線越來越接近，當(dāng)工作頻率選用MUF時(shí)，兩條射線重時(shí)，兩條射線重合，出現(xiàn)單徑傳輸。合，出現(xiàn)單徑傳輸。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)2、傳輸模式、傳輸模式在遠(yuǎn)距離在遠(yuǎn)距離HF通信線路的設(shè)計(jì)中，為了獲得比較小的傳輸通信線路的設(shè)計(jì)中，為了獲得比較小的傳輸衰減，或者為了避免仰角太小，以致現(xiàn)有的衰減，或者為了避免仰角太小，以致現(xiàn)有的HF天線無天線無法滿足設(shè)計(jì)要求等原因

39、時(shí)，都需要精心選擇傳輸模式。法滿足設(shè)計(jì)要求等原因時(shí)，都需要精心選擇傳輸模式。圖圖2-7為為HF線路的路徑圖解。線路的路徑圖解。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性0510300025002000150010005000152025304050607080901000200300400600大圓距離D（km）h (km)圖圖2-7 短波鏈路傳播路徑圖解短波鏈路傳播路徑圖解第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)若已知反射高度若已知反射高度(h )和傳輸距離和傳輸距離(D) ，從圖中可以確定傳，從圖中可以確定傳輸模式。若要求通信距離為輸模式。若要求通信距離為2200km，利

40、用，利用F2層反射，層反射，反射點(diǎn)高度為反射點(diǎn)高度為300km時(shí)，選用仰角時(shí)，選用仰角10和單跳模式，和單跳模式，就可滿足以上要求。這種傳輸模式稱為就可滿足以上要求。這種傳輸模式稱為1F2傳輸模式。傳輸模式。從圖從圖2-8(a)可以看出，完成可以看出，完成2200km的傳輸還可以利用的傳輸還可以利用E層層兩次反射，通常稱為兩跳，即兩次反射，通常稱為兩跳，即2E模式，此時(shí)所需的仰模式，此時(shí)所需的仰角約角約4。當(dāng)通信距離。當(dāng)通信距離D 2500km時(shí)，往往采用多跳，時(shí)，往往采用多跳，以獲得較大的仰角。以獲得較大的仰角。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)

41、現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)圖圖2-8給出了幾種可能的傳播模式。例如圖給出了幾種可能的傳播模式。例如圖2-8(b)所示的所示的2FE模式，這是一種三跳模模式，這是一種三跳模式，線路的兩端利用式，線路的兩端利用F2層反射，層反射，中間地段反射點(diǎn)可能發(fā)生在白天中間地段反射點(diǎn)可能發(fā)生在白天中午，線路兩端地段已是太陽下中午，線路兩端地段已是太陽下山或夜間，此時(shí)中間地段山或夜間，此時(shí)中間地段E層有層有較強(qiáng)的電離密度，有能力反射。較強(qiáng)的電離密度，有能力反射。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性F2層E層TR（a）F2層E層TR（b）F2層E層TREs層（c）圖圖2-8 短波鏈路上可能出現(xiàn)的傳播模式短波鏈路

42、上可能出現(xiàn)的傳播模式第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)3、多徑傳播、多徑傳播電磁波可以通過若干條路徑或者不同的傳輸模式到達(dá)接電磁波可以通過若干條路徑或者不同的傳輸模式到達(dá)接收端。由于這些路徑具有不同的長度，所以到達(dá)接收收端。由于這些路徑具有不同的長度，所以到達(dá)接收端的各條射線經(jīng)歷的傳播時(shí)間不同。端的各條射線經(jīng)歷的傳播時(shí)間不同。一般來說，延時(shí)差值等于或大于一般來說，延時(shí)差值等于或大于2.4ms的約占的約占50%，等于，等于或大于或大于0.5ms的約占的約占99.5%，超過，超過5ms的約占的約占0.5%。這種多徑間的最大延時(shí)差值（簡(jiǎn)稱多徑延時(shí)）是指電磁這種多徑間的最大延時(shí)差

43、值（簡(jiǎn)稱多徑延時(shí)）是指電磁波在同一方向沿著不同路徑傳播時(shí)，到達(dá)接收端同一波在同一方向沿著不同路徑傳播時(shí)，到達(dá)接收端同一HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)脈沖的各條射線間最大的允許延時(shí)差值。脈沖的各條射線間最大的允許延時(shí)差值。在在HF信道上，多徑延時(shí)有下列特征：信道上，多徑延時(shí)有下列特征：（1）多徑延時(shí)隨著工作頻率偏離）多徑延時(shí)隨著工作頻率偏離MUF的增大而增大的增大而增大其原因可能是其原因可能是f =MUF時(shí)，將出現(xiàn)單徑傳輸，而且在一定時(shí)，將出現(xiàn)單徑傳輸，而且在一定條件下，可能出現(xiàn)單模式傳輸。條件下，可能出現(xiàn)單模式傳輸。在實(shí)際通

44、信線路上，以通信距離在實(shí)際通信線路上，以通信距離2000km為例，在頻率轉(zhuǎn)為例，在頻率轉(zhuǎn)換時(shí)可以滿足多徑縮減因子換時(shí)可以滿足多徑縮減因子MRF=0.85，得到很小的多，得到很小的多徑延時(shí)。徑延時(shí)。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)（2）多徑延時(shí)與通信距離的關(guān)系）多徑延時(shí)與通信距離的關(guān)系圖圖2-9示出了多徑延時(shí)與通信距離示出了多徑延時(shí)與通信距離之間的關(guān)系曲線?？梢娫谥g的關(guān)系曲線。可見在200km300km的的HF線路上，由于電離層線路上，由于電離層與地面之間的多次反射，使多徑延時(shí)最嚴(yán)重，可達(dá)與地面之間的多次反射，使多徑延時(shí)最嚴(yán)重

45、，可達(dá)8ms；在在2000km8000km的線路上，可能存在的傳播模式減的線路上，可能存在的傳播模式減少，故多徑延時(shí)只有少，故多徑延時(shí)只有2ms3ms。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性012345678910102103多徑延時(shí)差(ms)通信距離(km)104圖圖2-9 多徑延時(shí)與通信距離的關(guān)系曲線多徑延時(shí)與通信距離的關(guān)系曲線第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)當(dāng)通信距離進(jìn)一步增大時(shí)，由于不再存在單跳模式，多當(dāng)通信距離進(jìn)一步增大時(shí)，由于不再存在單跳模式，多徑延時(shí)又隨之增大，當(dāng)距離為徑延時(shí)又隨之增大，當(dāng)距離為20000km時(shí)，可達(dá)時(shí)，可達(dá)6ms。（3）多徑延時(shí)隨時(shí)

46、間變化）多徑延時(shí)隨時(shí)間變化多徑延時(shí)隨時(shí)間變化的原因是電離層的電子密度隨時(shí)間多徑延時(shí)隨時(shí)間變化的原因是電離層的電子密度隨時(shí)間變化，從而使變化，從而使MUF隨時(shí)間變化。電子密度變化越急劇，隨時(shí)間變化。電子密度變化越急劇，多徑延時(shí)的變化越嚴(yán)重。多徑延時(shí)的變化越嚴(yán)重。多徑延時(shí)嚴(yán)重影響多徑延時(shí)嚴(yán)重影響HF數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量，所以通常要限制數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量，所以通常要限制通報(bào)的速率。通報(bào)的速率。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)4、衰落、衰落在在HF通信中，即使在電離層的平靜時(shí)期，也不可能獲得通信中，即使在電離層的平靜時(shí)期，也不可能獲得穩(wěn)定的信號(hào)

47、。在接收端信號(hào)振幅總是呈現(xiàn)忽大忽小的穩(wěn)定的信號(hào)。在接收端信號(hào)振幅總是呈現(xiàn)忽大忽小的隨機(jī)變化，這種現(xiàn)象稱為隨機(jī)變化，這種現(xiàn)象稱為“衰落衰落”。在在HF通信中，衰落有快衰通信中，衰落有快衰落和慢衰落之分。落和慢衰落之分。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性-50123-40-30-20-100t (m)振幅(dB)0圖圖2-10 接收端信號(hào)折福的隨機(jī)起伏曲線接收端信號(hào)折福的隨機(jī)起伏曲線第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)連續(xù)出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間僅幾分之一秒的信號(hào)起伏稱為快衰落，連續(xù)出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間僅幾分之一秒的信號(hào)起伏稱為快衰落，持續(xù)時(shí)間比較長的衰落（可能長達(dá)一小時(shí)或者更長）持續(xù)時(shí)

48、間比較長的衰落（可能長達(dá)一小時(shí)或者更長）稱為慢衰落。稱為慢衰落。衰落產(chǎn)生的原因衰落產(chǎn)生的原因：（1）干涉衰落）干涉衰落電離層的電子密度、高度均是隨機(jī)變化的，電磁波射線電離層的電子密度、高度均是隨機(jī)變化的，電磁波射線軌跡也隨之變化，這使得同一信號(hào)有多徑傳播到達(dá)接軌跡也隨之變化，這使得同一信號(hào)有多徑傳播到達(dá)接收端的信號(hào)之間不能保持固定的相位差，使合成的信收端的信號(hào)之間不能保持固定的相位差，使合成的信號(hào)振幅隨機(jī)起伏。號(hào)振幅隨機(jī)起伏。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)這種衰落由到達(dá)接收端的若干個(gè)信號(hào)的干涉造成，故稱這種衰落由到達(dá)接收端的

49、若干個(gè)信號(hào)的干涉造成，故稱“干涉衰落干涉衰落”。干涉衰落有下列特征：。干涉衰落有下列特征：1）具有明顯的頻率選擇性，也就是說，干涉衰落只對(duì)某）具有明顯的頻率選擇性，也就是說，干涉衰落只對(duì)某一個(gè)頻率或一個(gè)幾百赫茲的窄頻帶產(chǎn)生影響。一個(gè)頻率或一個(gè)幾百赫茲的窄頻帶產(chǎn)生影響。2）衰落信號(hào)的振幅服從瑞利分布。）衰落信號(hào)的振幅服從瑞利分布。3）干涉衰落的速率大約為）干涉衰落的速率大約為1020次次/分，衰落深度可達(dá)分，衰落深度可達(dá)40dB，偶爾達(dá)，偶爾達(dá)80dB。衰落持續(xù)時(shí)間通常在。衰落持續(xù)時(shí)間通常在4ms20ms。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航

50、空通信系統(tǒng)（2）吸收衰落）吸收衰落產(chǎn)生吸收衰落的原因是產(chǎn)生吸收衰落的原因是D層衰減的慢變化，其時(shí)間最長可層衰減的慢變化，其時(shí)間最長可以持續(xù)一小時(shí)或更長，因此吸收衰落屬于慢衰落。吸以持續(xù)一小時(shí)或更長，因此吸收衰落屬于慢衰落。吸收衰落具有下列特征：收衰落具有下列特征：1）接收點(diǎn)信號(hào)幅度的變化比較慢，其周期從幾分鐘到幾）接收點(diǎn)信號(hào)幅度的變化比較慢，其周期從幾分鐘到幾個(gè)小時(shí)（包括日變化）。個(gè)小時(shí)（包括日變化）。2）對(duì)）對(duì)HF整個(gè)波段的影響程度是相同的。若不考慮磁暴整個(gè)波段的影響程度是相同的。若不考慮磁暴和電離層騷擾，衰落深度有可能跌落到低于中值和電離層騷擾，衰落深度有可能跌落到低于中值10dB。HF空

51、地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)（3）極化衰落）極化衰落電磁波被電離層反射后，其極化已不再和發(fā)射天線輻射電磁波被電離層反射后，其極化已不再和發(fā)射天線輻射時(shí)的相同。發(fā)射到電離層的平面極化射線經(jīng)電離層反時(shí)的相同。發(fā)射到電離層的平面極化射線經(jīng)電離層反射后，由于地磁場(chǎng)的作用，分為兩條橢圓極化射線，射后，由于地磁場(chǎng)的作用，分為兩條橢圓極化射線，經(jīng)合成形成接收地點(diǎn)的橢圓極化波。經(jīng)合成形成接收地點(diǎn)的橢圓極化波。如圖如圖2-11所示。所示。橢圓長軸的大小和相位隨著傳播路徑橢圓長軸的大小和相位隨著傳播路徑上電子密度的隨機(jī)變化而不斷變化。上電子密度的隨

52、機(jī)變化而不斷變化。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性YZNME圖圖2-11 接收地點(diǎn)的橢圓極化波接收地點(diǎn)的橢圓極化波第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)若用垂直天線接收信號(hào)，當(dāng)長軸方向接近垂線時(shí)，信號(hào)若用垂直天線接收信號(hào)，當(dāng)長軸方向接近垂線時(shí)，信號(hào)的強(qiáng)度變得最大；反之，當(dāng)接近水平時(shí)，信號(hào)的強(qiáng)度的強(qiáng)度變得最大；反之，當(dāng)接近水平時(shí)，信號(hào)的強(qiáng)度變得很小。以上就是極化衰落產(chǎn)生的原因。變得很小。以上就是極化衰落產(chǎn)生的原因。5、相位起伏（多普勒頻移）、相位起伏（多普勒頻移）HF中存在的多徑效應(yīng)不僅使接收點(diǎn)的信號(hào)振幅隨機(jī)變化，中存在的多徑效應(yīng)不僅使接收點(diǎn)的信號(hào)振幅隨機(jī)變化，也使

53、信號(hào)的相位起伏不定。這種相位起伏也可以看成也使信號(hào)的相位起伏不定。這種相位起伏也可以看成電離層不規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起的高頻載波的多普勒頻移，此電離層不規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起的高頻載波的多普勒頻移，此時(shí)發(fā)射信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、頻譜畸變。時(shí)發(fā)射信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、頻譜畸變。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)基本特性基本特性第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)無線電干擾分為無線電干擾分為外部干擾外部干擾和和內(nèi)部干擾內(nèi)部干擾。外部干擾是指接收天線從外部接收到的各種噪聲，如大外部干擾是指接收天線從外部接收到的各種噪聲，如大氣噪聲、人為干擾、宇宙噪聲等。氣噪聲、人為干擾、宇宙噪聲等。內(nèi)部干擾是指接收設(shè)

54、備本身產(chǎn)生的噪聲。內(nèi)部干擾是指接收設(shè)備本身產(chǎn)生的噪聲。在在HF通信中，對(duì)信號(hào)傳輸產(chǎn)生影響的主要是外部干擾。通信中，對(duì)信號(hào)傳輸產(chǎn)生影響的主要是外部干擾。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)無線電干擾無線電干擾第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)1、大氣噪聲、大氣噪聲在在HF通信波段中，大氣噪聲主要是天電干擾，其特征為：通信波段中，大氣噪聲主要是天電干擾，其特征為：（1）無線電干擾由大氣放電產(chǎn)生由大氣放電產(chǎn)生（2）每一地區(qū)受天電干擾的程度視該地區(qū)是否接近雷電）每一地區(qū)受天電干擾的程度視該地區(qū)是否接近雷電中心而異。中心而異。（3）無線電干擾與接收地點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度和電波的傳與接收地點(diǎn)產(chǎn)生

55、的電場(chǎng)強(qiáng)度和電波的傳播條件有關(guān)。播條件有關(guān)。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)無線電干擾無線電干擾第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)（4）無線電干擾雖然在整個(gè)電磁頻譜上變化相當(dāng)大，但雖然在整個(gè)電磁頻譜上變化相當(dāng)大，但是在接收不太寬的通頻帶內(nèi)，實(shí)際上具有和白噪聲一是在接收不太寬的通頻帶內(nèi)，實(shí)際上具有和白噪聲一樣的頻譜。樣的頻譜。（5）無線電干擾具有方向性。具有方向性。（6）無線電干擾具有日變化和季節(jié)變化。具有日變化和季節(jié)變化。2、人為噪聲、人為噪聲人為噪聲也稱工業(yè)干擾，是由各種電氣設(shè)備和電力網(wǎng)產(chǎn)人為噪聲也稱工業(yè)干擾，是由各種電氣設(shè)備和電力網(wǎng)產(chǎn)生的。生的。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系

56、統(tǒng)無線電干擾無線電干擾第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)這種干擾的幅度除了和本地噪聲源有密切關(guān)系外，也取這種干擾的幅度除了和本地噪聲源有密切關(guān)系外，也取決于供電系統(tǒng)。這是因?yàn)榇蟛糠秩藶樵肼暤哪芰渴峭Q于供電系統(tǒng)。這是因?yàn)榇蟛糠秩藶樵肼暤哪芰渴峭ㄟ^商業(yè)電力網(wǎng)傳送的。過商業(yè)電力網(wǎng)傳送的。3、電臺(tái)干擾、電臺(tái)干擾電臺(tái)干擾是指和工作頻率相近的其他無線電臺(tái)的干擾，電臺(tái)干擾是指和工作頻率相近的其他無線電臺(tái)的干擾，包括敵人有意識(shí)的干擾。由于包括敵人有意識(shí)的干擾。由于HF、VHF波段的頻帶較波段的頻帶較窄，而且用戶越來越多，因此電臺(tái)干擾成為影響窄，而且用戶越來越多，因此電臺(tái)干擾成為影響HF

57、、VHF波段通信的主要干擾源。波段通信的主要干擾源。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)無線電干擾無線電干擾第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)在在HF通信系統(tǒng)中抗電臺(tái)干擾的主要途徑：通信系統(tǒng)中抗電臺(tái)干擾的主要途徑：1）采用實(shí)時(shí)選頻系統(tǒng)）采用實(shí)時(shí)選頻系統(tǒng)2）盡可能提高系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定度，以壓縮接收機(jī)通頻帶。）盡可能提高系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定度，以壓縮接收機(jī)通頻帶。3）采用定向天線，或自適應(yīng)調(diào)零天線）采用定向天線，或自適應(yīng)調(diào)零天線4）采用抗電臺(tái)干擾能力強(qiáng)的調(diào)制方式）采用抗電臺(tái)干擾能力強(qiáng)的調(diào)制方式5）采用）采用“跳頻跳頻”和和“突發(fā)傳輸突發(fā)傳輸”技術(shù)技術(shù)HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)無線電干擾無線

58、電干擾第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)調(diào)幅波所傳送的信息是包含在兩個(gè)邊帶內(nèi)的，載波本身調(diào)幅波所傳送的信息是包含在兩個(gè)邊帶內(nèi)的，載波本身不包含任何信息。不包含任何信息。因此可以將載波抑制，并進(jìn)一步在抑制一個(gè)邊帶，只讓因此可以將載波抑制，并進(jìn)一步在抑制一個(gè)邊帶，只讓另一個(gè)邊帶發(fā)送出去。如此仍具有傳遞信息的功能，另一個(gè)邊帶發(fā)送出去。如此仍具有傳遞信息的功能，但是頻帶卻大幅度減小。這就是所謂的單邊帶發(fā)送。但是頻帶卻大幅度減小。這就是所謂的單邊帶發(fā)送。單邊帶（單邊帶（SSB）制在載波電話和短波通信中占有重要的地）制在載波電話和短波通信中占有重要的地位，獲得了廣泛的應(yīng)用。位，獲得了

59、廣泛的應(yīng)用。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)SSB系統(tǒng)系統(tǒng)第第1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)單邊帶通信的優(yōu)缺點(diǎn)單邊帶通信的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：a）節(jié)省頻帶）節(jié)省頻帶50%；只發(fā)送單個(gè)頻帶信號(hào)；只發(fā)送單個(gè)頻帶信號(hào)b）節(jié)省發(fā)射功率；理論上單個(gè)頻帶可獲得）節(jié)省發(fā)射功率；理論上單個(gè)頻帶可獲得全部發(fā)射功率全部發(fā)射功率c）減輕選擇性衰落現(xiàn)象。載波的選擇性衰落現(xiàn)象嚴(yán)重）減輕選擇性衰落現(xiàn)象。載波的選擇性衰落現(xiàn)象嚴(yán)重缺點(diǎn)：收、發(fā)設(shè)備比較復(fù)雜。要恢復(fù)載波，頻率穩(wěn)定度缺點(diǎn)：收、發(fā)設(shè)備比較復(fù)雜。要恢復(fù)載波，頻率穩(wěn)定度要求高要求高HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)SSB系統(tǒng)系統(tǒng)TaPmP02)(410 第第

60、1 1章章 現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)現(xiàn)行民用航空通信系統(tǒng)產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的方法產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的方法：要獲得單邊帶信號(hào)，首先就要產(chǎn)生載波抑制的雙邊帶信要獲得單邊帶信號(hào)，首先就要產(chǎn)生載波抑制的雙邊帶信號(hào)，然后再設(shè)法去除一個(gè)邊帶，只讓另一個(gè)邊帶發(fā)射號(hào)，然后再設(shè)法去除一個(gè)邊帶，只讓另一個(gè)邊帶發(fā)射出去。出去。平衡調(diào)幅器、差分對(duì)調(diào)幅器、斬波調(diào)幅器等，都可以獲平衡調(diào)幅器、差分對(duì)調(diào)幅器、斬波調(diào)幅器等，都可以獲得載波被抑制的雙邊帶信號(hào)。得載波被抑制的雙邊帶信號(hào)。單邊帶信號(hào)的產(chǎn)生方法有三種：濾波法、相移法和修正單邊帶信號(hào)的產(chǎn)生方法有三種：濾波法、相移法和修正的相移濾波法。的相移濾波法。HF空地通信系統(tǒng)空地通信系統(tǒng)SSB