VHF地空數據通信係統監測方法
VHF地空數據通信係統監測方法
Monitoring Methods of VHF Air-Ground data communication system
目 次
前言...........................................................................
1 範圍........................................................................
2 規範性引用文件..............................................................
3 術語和定義..................................................................
4 VHF地空數據通信係統........................................................
4.1 VHF地空數據通信係統設備的基本組成......................................
4.2 VHF地空數據通信係統框圖................................................
4.3 VHF地空數據通信係統信號類型及參數特征..................................
4.4 VHF地空數據通信係統通信頻率............................................
4.5 VHF地空數據通信係統設備主要性能指標...................................
5 VHF地空數據通信係統監測方法................................................
5.1 VHF地空數據通信係統監測設備配置規範....................................
5.2 監測方式................................................................
5.3 監測地點.................................................................
5.4 參數設置.................................................................
5.5 場強測量.................................................................
5.6 占用度測量及分析.........................................................
5.7 信號監測及分析...........................................................
5.8 VHF地空數據通信係統幹擾判定分析.........................................
5.9 VHF地空數據通信係統幹擾源定位方法......................................
附錄A VHF地空數據通信係統監測表格.............................................
A1 航空無線電監測任務報告表..................................................
A2 VHF地空數據通信係統頻點占用度統計表.......................................
前 言
VHF地空數據通信時民航目前重要的通信手段，擔負飛機OOOI狀態監控，飛機飛行動態監控，飛機發動機運行狀態實時監視，飛機運行狀態實時監視，空中交通管製與服務等。為了使VHF數據通信正常運行，保證通信質量和暢通，除了要求VHF地空數據通信係統的技術性能和維護工作達到要求以外，還需要對VHF地空數據通信係統進行監測方法製定，來保障VHF地空數據通信係統可靠運行。
本標準是VHF地空通信係統監測方法係列標準之一，該係列標準的名稱如下：
1.《VHF地空數據通信係統監測方法》
2.《VHF地空話音通信係統監測方法》
3.《HF地空通信係統監測方法》
本標準按照GB/T1.1-2009給出的規則起草
本標準由XXXXXXXXXXXXXXXX提出
本標準由國家無線電監測中心歸口
本標準起草單位：
本標準主要起草人：張寧
VHF地空數據通信係統監測方法
1 範圍
本標準規定了VHF地空數據通信係統的監測方法。包括VHF地空數據通信係統的定義、實現的功能以及信號類型；VHF地空數據通信係統監測設備的配置；VHF地空數據通信係統的監測方法、VHF地空數據通信係統常見幹擾類型及幹擾源判定分析以及定位方法。
本標準適用於117.975MHz-137MHz頻段VHF地空數據通信係統。
2 規範性引用文件
下列文件對於本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用於本文件。凡不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修版單）適用於本文件。
GB/T 14431-1993 無線電業務要求的信號幹擾保護比和最小可用場強
GJBz 20093-92 VHF/UHF航空無線電通信台站電磁環境要求
MH 4001.1-1995 甚高頻地空通信地麵設備通用規範第1部分 甚高頻設備技術要求
ITU-R SM.1392-2發展中國家頻譜監測係統的基本要求（01/2011）
ITU-R SM 1723-1-2008移動頻譜監測設備
ITU-R SM 378-7 監測站的場強測量
《國際民航公約》附件10
頻譜監測手冊
3 術語和定義
下列術語和定義適用於本標準：
3.1 最小可用場強 minimum usable field strength
當存在自然和認為噪聲但沒有來自其他發射機的幹擾時，在規定的接收條件下為了達到希望的接收質量所必要的最低場強值。
3.2 地空數據通信 air-ground data communication
航空器和地麵站之間的雙向數字通信。
3.3 遙控地麵站 remote ground station
是VHF地空數據通信係統的地麵節點，用於飛機與地麵數據通信網的連接，主要功能是將地麵采集的維護數據通過地/空數據鏈發到飛機，並接收空中通過VHF機載數據通信係統發來的監控數據。
3.4 VHF地空數據通信係統 VHF air-ground data communication system
該係統用於在117.975MHz-137MHz頻段飛機機載設備和地空通信網絡之間建立飛機與地麵計算機係統之間的連接，實現地麵係統與飛機之間的雙向數據通信。
4 VHF地空數據通信係統
4.1 VHF 地空數據通信係統設備的基本組成
VHF地空數據通信係設備分為機載設備和地麵設備兩部分。機載設備由VHF機載收發信機、VHF天線和控製盒三部分組成；地麵設備由RGS收發信機、VHF天線、調製解調器、數據處理單元、控製單元和網絡接口設備組成。
4.1.1 VHF地空數據通信係統機載設備的基本組成
4.1.1.1 VHF機載收發信機
VHF收發信機可對射頻信號進行調製和發射、接收和解調，從而實現數據通信。
4.1.1.2 VHF天線
VHF天線可在VHF頻段全向發射和接收射頻信號；垂直極化，具有50Ω阻抗值，長12英寸，寬8英寸。
4.1.1.3 控製盒
作用為選擇頻率，調節音量及對係統進行測試。
4.1.2 VHF地空數據通信係統地麵設備的基本組成
VHF地空數據通信係統地麵設備由VHF RGS收發信機、VHF天線、調製解調器、數據處理單元、控製單元和網絡接口設備組成。
4.1.2.1 VHF RGS收發信機
VHF RGS收發信機可對射頻信號進行發射和接收，根據近進和航路有50W和25W兩種發射功率。
4.1.2.2 VHF 天線
全向單極天線，垂直極化，18英寸長。
4.2 VHF地空數據通信係統框圖
圖1.VHF地空數據通信係統框圖
4.3 VHF地空數據通信係統信號類型及參數特征
VHF地空數據通信係統發射信號為AM-MSK調製的數字信號，信道間隔為25kHz，傳輸速率為2400bit/s，載波偵聽存取（CSMA）協議方式通信。
|
VHF地空數據通信係統MSK信號頻譜圖和瀑布圖：
圖2.VHF地空數據通信係統MSK信號頻譜圖和瀑布圖
4.4 VHF地空數據通信係統通信頻率
VHF地空數據通信係統的技術特性在《國際民航公約》附件10第I卷中做了詳細規定。其頻率範圍為117.975MHz-137MHz（實際指配的範圍為118MHz-136.975MHz）；信道間隔為25kHz。其中中國地區（含香港、澳門）使用的VHF數據通信基頻頻率為131.450MHz。
4.5 VHF地空數據通信係統設備主要性能指標
頻率範圍：117.975MHz-137MHz
天線阻抗：50Ω
信道間隔：25kHz
天線輻射：垂直極化
工作方式：半雙工
頻率穩定度：±5ppm
數據接口：RS232或者RS485
收/發轉換時間：<=20ms
電源：AC 220±22V，50Hz±5Hz，DC 24±2.4V
5 VHF地空數據通信係統監測方法
在117.975MHz-137MHz頻段，航空移動業務係統內部的射頻保護比為20dB，地麵接收的最小可用場強為26dBuV/m；機載係統接收的最小可用場強為32dBuV/m。
5.1 VHF地空數據通信係統監測設備配置規範
根據實際幹擾情況的不同，可采用固定監測站、可搬移/小型監測站、移動監測車或便攜式監測測向設備對117.975MHz-137MHz頻段範圍內信號實施監測和測向定位。
5.1.1 設備要求
本標準中監測測向所用設備為監測接收機、測向接收機、頻譜分析儀或場強儀，所有測量設備和附件（包括天線、射頻電纜等）必須經過國家計量部門的檢定認可。
5.1.2 測量接收機
a） 測量頻段覆蓋20MHz-200MHz
b）
調諧分辨率
10Hz
c） 場強測量精度±3dB
d） 具有均方根檢波方式和峰值檢波方式
e） 輸入駐波比（天線輸入）50歐姆，標定的<2.5
f） 具有對一個或多個頻段的快速掃描能力，具有對多個選定信道的快速掃描能力
5.1.3 測向接收機
a) 測量頻段覆蓋20MHz-200MHz
b) 測向精度：±3º
c) 動態範圍：IP2 >60dBm，IP3 >30dBm
d) 響應時間：<10ms
e) 測向誤差：1°-5°(rms)
5.1.4 測量天線
測量時天線選用覆蓋20-200MHz頻段垂直極化全向及定向天線；所選用天線應是具備計量標定的天線。
5. 1. 5 電纜
a) 應選用特性阻抗為50歐姆的同軸電纜
b) 應給出所用電纜在工作頻段範圍內的衰減值
5.2 監測方式
根據實際幹擾情況的不同，可采用固定監測站、可搬移/小型監測站、移動監測車或便攜式監測測向設備對VHF地空數據通信係統117.975MHz-137MHz頻段範圍內信號實施監測和測向定位。
5.2.1 固定監測站
在覆蓋VHF地空數據通信係統117.975MHz-137MHz頻段範圍內，固定監測站應能夠完成所有的監測、測量、測向工作，不受工作空間、天線架設和供電的限製。應按“ITU-R SM.1392-2發展中國家頻譜監測係統的基本要求（01/2011）”和《頻譜監測手冊》第2.6節“選址、機房建設及設施”的要求進行固定監測站監測測向係統的配置。
5.2.2 可搬移/小型監測站
在固定監測站的覆蓋範圍外，能方便接到電源的地方，可架設可搬移式/小型監測站。可搬移式/小型監測站應測向設備應能實現對VHF地空數據通信係統117.975MHz-137MHz頻段範圍內幹擾信號的監測、分析、測向、定位等功能。
5.2.3 移動監測車
擁有在移動中監測測向的能力，應按“ITU-R SM 1723-1-2008移動頻譜監測設備”的要求進行移動監測車監測測向係統的配置。滿足對VHF地空數據通信係統117.975MHz-137MHz頻段範圍內幹擾信號的監測、分析、測向、定位等功能。
5.2.5 便攜式監測測向設備
主要用於幹擾源的逼近查找和精確定位。該類設備應能覆蓋VHF地空數據通信係統117.975MHz-137MHz頻段，配備適合便攜的天線、濾波器、放大器、衰減器等。
5.3 監測地點
本標準製定的VHF地空數據通信係統監測方法中，監測地點的選擇均認為在航空器飛行航線航路上，所有固定設備和移動設備的架設均在航空器飛行航線航路上。
a) 測試點應選在開闊地段，要盡量避開架空導線、主要交通公路、電氣化鐵路、電力牽引設備、高壓輸電線等各種幹擾源，降低到達測量點的反射雜波。
b) 測量點周圍物體超過測量天線架設高度時，物體與天線間水平距離一般應不小於物體高度；周圍物體未超過測量天線架設高度時，物體與天線間水平距離一般不小於測量天線的高度或物體最大高度。
5.4 參數設置
a) 監測頻段為 118MHz-137MHz
b) 解調方式為 AM
c) 監測帶寬為25kHz
d) 測量帶寬略小於信號帶寬
5.5 場強測量
使用頻譜分析儀測量，需要連接標準測試天線。如果該頻譜分析儀具有天線係數存儲功能，則可以在測試前將天線係數存在機內，再在測量時使用Marker功能，標記所測AM-MSK信號，可以直接顯示出場強數值E（dBµV/m）。如果該頻譜分析儀不具有天線係數存儲功能，則可先使用Marker功能，記錄下所測信號的電平值Er（dBµV或dBm），而後通過公式（1）或公式（2）計算出場強值E（dBµV/m）。
------------------------(1)
-------------------(2)
使用其他監測測向設備進行場強測量，記錄峰值電平值Er（dBµV或dBm），而後通過公式（1）或公式（2）計算出場強值E（dBµV/m）。
5.6 占用度測量及分析
5.6.1 占用度測量
a) 設置測試頻率，監測帶寬等測量參數
b) 設置測試頻率的測量門限電平
c) 完成待測頻率的參數設置
d) 根據係統提供的功能，設置好起始/結束時間、存儲時間間隔等相關數據，啟動測量
5.6.2 占用度分析
有條件的情況下，應進行周、月、年的連續測量，根據《VHF地空數據通信係統頻點占用度統計表》，錄入占用度統計值。
a) 掌握頻點在一個較長時間內的信號發射規律
b) 掌握頻點的背景噪聲狀況，確保頻點不受大的噪聲源影響
c) 掌握頻點的幹擾信號情況
d) 掌握118MHz-137MHz全頻段或某一特定頻段的宏觀頻譜資源利用狀況
5.7 信號監測及分析
a) 對118MHz-137MHz頻段內頻點進行監測，記錄場強、帶寬、示向度、信號調製、頻率占用度等參數
b) 建立118MHz-137MHz頻段內VHF地空數據通信係統AM-MSK調製信號標準樣本
c) 對測得信號進行分析解調，並與VHF地空數據通信係統MSK調製信號樣本進行比對
d) 如果為正常信號，則重複步驟a,c
e) 如果與比對信號不符，根據本標準5.8要求,對幹擾信號進行分析
f) 按照本標準5.9要求，進行幹擾查找
g) 完成監測定位結果記錄，並填寫《航空無線電監測任務報告表》
h) 重複上述步驟
5.8 VHF地空數據通信係統幹擾判定分析
5.8.1 幹擾現象
a) 波形或頻譜異常:接收到的無線電信號波形和頻譜與正常AM-MSK調製波形頻譜不一致；
b) 數據異常:對接收到的無線電信號解調分析，分析結果與正常結果不一致；
5.8.2 幹擾判定
以下幹擾判定均以排除設備異常情況為前提進行。
5.8.2.1 頻譜特性判定
當監測頻譜出現異常時，出現以下幾種情況時，應視為出現幹擾：
a) 正常信號頻譜中間有其他頻譜分量；
b) 正常信號頻譜附近噪聲提高；
5.8.2.2 時域特性判定
對調製信號進行時域特性分析，當信號的時長、出現間隔等變化規律與正常AM-MSK調製信號不一致時，應視為出現幹擾；
5.8.2.3 調製域特性判定
對調製信號進行分析，當調製方式、符號速率、載波頻率、載噪比、誤碼率等調製域特性與正常AM-MSK調製信號不一致時，應視為出現幹擾；
5.8.3 VHF地空數據通信係統幹擾類別分析
5.8.3.1無線電台產生的幹擾
無線電台的幹擾包括同頻幹擾、互調幹擾、帶外幹擾、鄰頻幹擾、阻塞幹擾等。
5.8.3.2 ISM所用設備產生的幹擾
ISM所用設備產生的幹擾信號形式多樣，主要表現為噪底抬高，出現不規則脈衝或噪聲尖峰等。
5.8.3.3 其他任何種類電器設備和裝置（除ISM所用設備）產生的幹擾
電器設備和裝置一般有較高的本振頻率，該類設備工作時，其本地振蕩器會產生微量輻射。
5.8.3.4 幹擾源與電台距離產生的幹擾
幹擾源與電台距離達不到規定防護距離產生的幹擾。VHF地空數據通信係統電台對各類幹擾源的防護距離要求見表1。
|
幹擾源 |
防護間距 m |
|
|
調頻廣播 |
1kW（含）以下 |
10000 |
|
1kW以上 |
6000 |
|
|
電氣化鐵路 |
300 |
|
|
幹線公路 |
二級及以上公路 |
300 |
|
高壓輸電線 |
100 kV -220 kV |
200 |
|
220 kV -330 kV |
250 |
|
|
500 kV |
300 |
|
|
工、科、醫射頻設備 |
允許值符合要求時 |
800 |
表一.VHF地空數據通信係統電台與幹擾源防護距離
5.9 VHF地空數據通信係統幹擾源定位方法
5.9.1 無線電幹擾源定位查找流程
可按圖3所示流程進行無線電幹擾源的定位查找，具體步驟如下：
a) 分析幹擾申訴單中航空無線電幹擾信號的情況，利用固定監測站進行初期監測，確定幹擾信號是否存在；
b) 未監測到幹擾信號的情況下，到受幹擾現場進行測量。若現場測量為VHF地空數據通信台、天饋係統等設備自身造成的幹擾，按7.3所述確定幹擾的具體類別，並完成航空無線電監測測向報告表；否則應采用移動監測手段沿幹擾信號來波方向進行測向和場強逼近查找；
c) 固定監測站能監測到幹擾信號的情況下，應根據分析和監測情況確定可用的監測測向設備及天饋係統等，分別按照5.8.1和5.8.2所述方法完成幹擾的判定和類別分析，填寫《航空無線電監測任務報告表》；
d) 組織監測人員進行幹擾信號的測向和定位；
e) 固定監測站無法確定幹擾源大致位置的情況下，可利用移動監測進行補點測向，多站交會確定幹擾源的大致位置；
f) 確定幹擾源大致位置後，利用移動監測手段實施測向和場強逼近查找；
g) 最終查找到幹擾源，完成航空無線電監測任務報告表並將資料整理歸檔；
h) 若仍無法定位幹擾源位置，則應重複步驟c；
圖3.VHF地空數據通信係統無線電幹擾源定位查找流程框圖
組織固定監測站進行幹擾源定位，宜采取如下步驟：
a) 確定參與交匯定位的測向係統
b) 測向及交匯定位
c) TDOA定位方法：對於配備有TDOA定位設備的固定監測站，可采用TDOA定位方法得到幹擾源所處的大致區域。TDOA定位宜用於較弱的寬帶幹擾信號的定位。
5.9.3 可搬移式/小型監測站幹擾源定位過程
利用可搬移式/小型監測站進行幹擾源的監測測向過程宜采用如下步驟：
a) 架設可搬移式/小型監測站
b) 測向及交匯定位
c) 利用覆蓋範圍輔助定位
移動幹擾定位主要是出動移動監測車或徒步手持便攜式監測測向設備，在移動過程中展開監測和測向工作，並利用場強逼近方法精確定位幹擾源。宜采取如下步驟：
a) 遠距離幹擾源監測和測向
在固定監測站或可搬移式/小型監測站無法測得幹擾源大致位置時，應出動移動監測車。選擇監測場強增強或示向度趨於穩定的方向為幹擾源的來波方向，沿此方向進行沿途監測和測向。
b) 近距離場強逼近，幹擾源定位
按照5.9.2、5.9.3節定位過程或遠距離幹擾源測向得到幹擾信號大致方位後，應手持便攜設備前往幹擾源附近區域進行搜索，轉動方向性天線，統計並分析不同地點和方向的場強值，通過場強值的變化趨勢來判定幹擾源位置。
c) 確定幹擾源位置
附錄A.1
航空無線電監測任務報告表
|
需求單位 |
|
任務編號 |
|
|||||
|
開始日期 |
|
結束日期 |
|
|||||
|
監測頻率或頻段 |
頻率（MHz） |
|
||||||
|
頻段（MHz） |
|
|||||||
|
監測區域 |
|
|||||||
|
監測分析 |
||||||||
|
幹擾源頻譜分析 |
幹擾源測向定位 |
|||||||
|
占用帶寬(kHz) |
|
幹擾源定位經緯度 |
E: |
|||||
|
信號強度(dBm) |
|
N: |
||||||
|
幹擾頻率(MHz) |
|
發射類別 |
|
|||||
|
調製方式 |
|
電台種類 |
|
|||||
|
監測分析 |
|
|||||||
|
備注 |
|
|||||||
填表人： 審核人： 填表時間：
附錄A.2
VHF地空數據通信係統頻點占用度統計表
|
監測站名稱 |
|
任務編號 |
|
||||
|
開始時間 |
|
監測站坐標 |
E: |
||||
|
結束時間 |
|
N: |
|||||
|
接收機型號 |
|
天線類型 |
|
||||
|
|
|
|
|
||||
|
中頻帶寬（kHz） |
|
門限電平（dBμV） |
|
||||
|
時間 頻率 |
131.450 |
126.475 |
....... |
....... |
....... |
||
|
00:00-01:00 |
|
|
|
|
|
||
|
01:00-02:00 |
|
|
|
|
|
||
|
....... |
|
|
|
|
|
||
|
11:00-00:00 |
|
|
|
|
|
||
|
日占用度（%） |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
占用度分析 |
|
||||||
|
備注 |
|
||||||
填表人： 審核人： 填表時間：