電磁兼容性試驗在機載無線網(wǎng)絡改裝中的應用

摘 要：電磁兼容（EMC）是對電子產(chǎn)品在電磁場方面干擾強度（EMI）和抗干擾能力（EMS）的綜合評定。本文旨在從理論上闡述電磁兼容性試驗在機載無線網(wǎng)絡改裝中應用的必要性和可行性。

關鍵詞：電磁兼容；試驗；機載；改裝

0 引言

隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，為了搶占更多的市場，吸引更多的客源，航空公司在大量引進先進飛機的同時也更加關注對現(xiàn)有飛機系統(tǒng)的改裝升級，以便于給乘客提供更舒適的乘坐體驗。在飛機的一系列改裝項目中，對乘客影響最大的就是對客艙的一系列改裝，比如機載無線網(wǎng)絡系統(tǒng)，視頻點播系統(tǒng)等。這些改裝除了要滿足相應的系統(tǒng)和結構規(guī)范外，還必須要滿足局方對電磁干擾的要求。本文以機載無線系統(tǒng)為例，闡述了電磁兼容性測試必要性和可行性，以及需要考慮的其他問題。

1 機載無線網(wǎng)絡系統(tǒng)改裝

機載無線網(wǎng)絡是目前國內(nèi)比較流行的一個客艙改裝項目，它實際是對客艙娛樂系統(tǒng)的一種升級，同時又為今后空地通信或衛(wèi)星通信改裝服務于乘客打下了基礎。此改裝與空地改裝或衛(wèi)星通信改裝相結合就可以實現(xiàn)機上上網(wǎng)的功能，即便不與其他系統(tǒng)結合，通過機載網(wǎng)絡也可以讓乘客使用自帶的移動電子設備（如Ipad等）實現(xiàn)乘客對視頻、音頻、電子書籍以及網(wǎng)絡購物等一系列客艙服務的需求，在提高乘機的舒適性的同時又免除了航空公司改造乘客座椅的大筆投入。

機載無線網(wǎng)絡系統(tǒng)包括了服務器、區(qū)域分配器、控制面板，控制觸摸屏、客艙內(nèi)部天線和移動電子設備六個組成部分。服務器與控制觸摸屏、控制面板集中安裝在客艙內(nèi)部的行李艙內(nèi)。區(qū)域分配器和天線要根據(jù)艙位情況合理布局，以滿足整個客艙內(nèi)信號需求的要求。移動電子設備可能是筆記本、平板電腦或手機，可由航空公司配備或由乘客自帶。

機載無線網(wǎng)絡系統(tǒng)除可以與衛(wèi)星通信或空地系統(tǒng)交聯(lián)之外，還從飛機其他系統(tǒng)中獲取ARINC429高度信號、登機門信號和飛機釋壓信號。高度信號和登機門信號的引入主要用于控制機載無線網(wǎng)絡系統(tǒng)功能的開啟時間，保證在飛機起飛、爬升、下降和進近等主要階段系統(tǒng)被抑制，以免影響飛機的適航安全。飛機釋壓信號的引入主要用于在緊急情況下可以終止客艙娛樂服務，保證機組廣播和應急通知等重要信息可以第一時間被乘客接收。

安裝機載無線網(wǎng)絡系統(tǒng)的飛機，乘客可以使用自帶的ipad等便攜式電子設備接收來自系統(tǒng)天線發(fā)送的無線信號，獲取視頻和音頻信息。乘客自帶的這些便攜式電子設備對于機載敏感設備來說都是潛在的電磁騷擾元，這些設備是否會影響到現(xiàn)有飛機系統(tǒng)的正常工作，飛機其他系統(tǒng)的工作又是否會干擾到無線信號的正常傳輸，通過電磁兼容性測試可以對以上問題進行逐一驗證。

根據(jù)CCAR-21-R3第21.95條的分類，無線網(wǎng)絡改裝由于涉及到重量和載重平衡的更改，且與飛機其他系統(tǒng)有信號交聯(lián)，被歸類為設計大改。

另外，根據(jù)CAAC的型號審定要求，對國外設計大改必須要申請補充型號合格證，所有的改裝項目在上報局方進行審查時都需要有審定基礎作為審查依據(jù)。審定基礎是否全面準確充分體現(xiàn)了申請人對規(guī)章的熟悉程度。對于機載無線網(wǎng)絡這類改裝，局方認為規(guī)章的內(nèi)容對改裝項目覆蓋不全面，會額外增加一些特殊的要求作為新增的審定基礎。審定基礎必須能夠覆蓋以上所有的內(nèi)容，并通過不同的驗證方法一一驗證系統(tǒng)的功能以及對飛機或其他系統(tǒng)的影響能滿足所有的要求。

在機載無線電改裝項目的審定基礎中，對于電磁兼容性實驗的要求是比較特殊的。根據(jù)CCAR91.23的要求，在運行中的航空器上不得使用便攜式電子設備，但又對部分種類電子設備的使用進行了豁免，其中就包括了該航空器運營人確定的認為不會干擾航空器航行獲通信系統(tǒng)的其他便攜式電子設備。由于機載無線網(wǎng)絡改裝中系統(tǒng)功能的實現(xiàn)依賴于天線發(fā)出的無線信號由乘客個人攜帶的的便攜式電子設備（PED）進行接收， 天線以及PED都可能會給飛機其他系統(tǒng)或線路造成有意或無意輻射，進而可能會影響到其他系統(tǒng)的工作和信號傳輸?shù)恼_性，對系統(tǒng)電磁兼容性的試驗也就成為了機載無線網(wǎng)絡適航審定的內(nèi)容之一。

2 電磁兼容性測試

我們平時所說的電磁干擾（Interference）是由于一種或多種發(fā)射、輻射、感應或其組合所產(chǎn)生的無用能量對電子設備的接收產(chǎn)生的影響，其表現(xiàn)為性能下降、誤動或信息丟失，嚴重時出現(xiàn)設備損壞。裝置、設備或系統(tǒng)面臨電磁騷擾不降低運行性能的能力即為抗擾度（Immunity）。電磁敏感性（EMS）則是指在存在電磁騷擾的情況下，裝置、設備或系統(tǒng)不能避免性能降低的能力。因此，電磁兼容（EMC）包括兩個方面的要求：一是指設備在正常運行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值；二是指設備對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。

電磁干擾對于航空器運行有一定的危害，由于旅客使用無線電設備（手機，調(diào)頻收音機等）干擾飛機導航或通信系統(tǒng)正常運行的事故時有發(fā)生。2004年3月，一些飛行員的飛行記錄中稱三星SPH-N300型手機影響了機載GPS系統(tǒng)的正常工作，導致飛機與衛(wèi)星失去聯(lián)系。歷史上還有飛行員報告過使用DVD播放器或調(diào)頻收音機時造成導航系統(tǒng)出現(xiàn)大角度偏差的事故記錄。我們在研究便攜式電子設備對機載設備的干擾問題時，主要關心的是有意發(fā)射干擾源，特別是各種制式手機和具有無線局域網(wǎng)功能的乘客最易攜帶等級的便攜式電子設備。

電磁兼容性試驗來源于美國標準RTCA/DO-294和RTCA/DO-307，其中RTCA/DO-294主要應用與改裝項目，對有意發(fā)射便攜式電子設備在飛機上的的使用提供了指導性建議，而RTCA/DO-307則主要針對主機廠，對機載設備的敏感度進行測試，同時也定義了機載無線電設備間干擾路徑損耗的測試方法，并可以用于飛機便攜式電子設備的容限設計與認證。

對于我們現(xiàn)在普遍接觸到便攜式電子設備（PED），按照輻射發(fā)射的特性可以分為無意發(fā)射源和有意發(fā)射源兩類。根據(jù)RTCA/DO-233發(fā)布的研究報告，在相同測試條件下，有意發(fā)射源的輻射強度普遍比無意發(fā)射源的輻射強度高100dB左右。但由于有意發(fā)射源的頻率與機載系統(tǒng)頻率有所不同，其輻射通過接收機天線對敏感設備產(chǎn)生的電磁干擾（IRA）實際上對飛機的影響非常低。無意發(fā)射源輻射也會通過設備天線進行耦合產(chǎn)生電磁干擾（NIRA），這部分干擾可能在某些飛行階段可能或造成嚴重的后果，所以一般來說，機載無線電系統(tǒng)在規(guī)定高度以上才可以開放使用，而在滑行、起飛、進近、著陸等階段都是禁止使用的。endprint

涉及電磁兼容問題的系統(tǒng)需要獲得局方許可方可使用，具體的許可流程可歸納為以下幾個步驟：（1）獲得初步的系統(tǒng)信息；（2）制定符合性計劃文件并與局方協(xié)調(diào)獲得局方批準；（3）實施電磁兼容性分析和試驗，同時要實施風險安全評估并采取緩解措施；

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（4）評估人為因素；（5）編寫T-PED技術報告并與局方協(xié)商獲得局方批準；（6）建立“允許”和“禁止”政策；（7）保持長期的信息收集和過程改進。

系統(tǒng)裝機后要對處于電磁環(huán)境下的飛機功能進行測試。測試前，要使用合適的電源給飛機電氣系統(tǒng)供電，并用專用的地面電源給測試設備供電。理想的測試環(huán)境是飛機和任意障礙物（例如建筑物、金屬結構或其他飛機）之間的距離不能小于200米，關閉所有接近門，安裝接近飛機的舷梯，記錄天線增益、測試設備的制造商、件號和其他相關信息。同時應及早和國家電信關系部門和頻譜管理部門溝通，并對被測試系統(tǒng)先按照維修手冊進行功能測試。

測試設備中最主要的一部分就是天線。試驗用天線的安裝數(shù)量以及位置都有明確的要求：（1）駕駛艙（離中央儀表盤1米和地板上1米）；（2）電子艙（在中央的地板滑軌上1米，需要3個天線）；（3）飛機無線系統(tǒng)的位置和天線；（4）典型的乘客為之（客艙地板上1.1米）；（5）窗戶區(qū)域；（6）門區(qū)域；（7）機組休息區(qū)；（8）其他區(qū)域。

測試時，首先將信號頻率設為最低值并再次降低10db，然后增加信號發(fā)生器直到達到最大值。如果發(fā)生干擾，以每步1db減小測試值直到干擾消失。按照1%的規(guī)則增加測試頻率，重復上述過程直到達到最高頻率。如果干擾發(fā)生，降低測試值直到干擾消失。對每個測試點至少保持10秒。

實際上，上述電磁干擾性測試是對機載無線網(wǎng)絡系統(tǒng)是否會對飛機上其他系統(tǒng)造成干擾的驗證，所以測試應該在改裝之前，也就是系統(tǒng)功能驗證的過程中就已經(jīng)完成并形成報告作為審定依據(jù)。根據(jù)測試的結論，改裝設計單位還應該就系統(tǒng)在今后運行中的一些使用注意事項給航空公司做出一定的建議，并由航空公司形成政策性文件在日常運行中進行實施。

3 總結

目前，航空公司對于PED的政策都是要求在飛行的關鍵階段禁止乘客使用任何PED設備。在滑行、起飛、進近、著陸和在非正常以及應急情況下，所有非有意發(fā)射的PED均應處于完全關閉裝套。而在飛機的所有階段都禁止乘客使用任何有意發(fā)射的PED設備。所有的PED政策都應該包含在運行手冊和機組手冊中（如AFM，F(xiàn)COM），且需要獲得局方批準。

電磁干擾性測試是一個比較復雜的測試項目。在系統(tǒng)的設計階段，通過電磁干擾測試可以獲得大量的分析數(shù)據(jù)，并據(jù)此對系統(tǒng)部件進行相應的調(diào)整，使其滿足裝機的要求，并為后續(xù)的適航審定提供可靠的數(shù)據(jù)報告作為符合性依據(jù)。但由于該測試內(nèi)容比較多，對測試設備的設置要求比較高，準確完成的完成整個測試還很難實現(xiàn)。目前，該項測試技術正處于研究和發(fā)展階段，需要我們進一步探索和驗證。

參考資料：

[1]RTCA/DO-294C Guidance on Allowing Transmitting Portable Electronic Devices （T-PEDS） on Aircraft.

[2]RTCA/DO-307 Aircraft Design and Certification for Portable Electronic Device （PED） Tolerance.

[3]CCAR-21 R3 民用航空器和零部件合格審定規(guī)定[S].

作者簡介：宋青（1979-），女，山東濟南人，工程師，主要從事：飛機航電系統(tǒng)維修、改裝以及設計工作。endprint