機(jī)載廣播/電視系統(tǒng)試飛技術(shù)

陳 寧，肖 妮，孟 超（中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院，陜西西安，710089）

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機(jī)載廣播/電視系統(tǒng)試飛技術(shù)

陳 寧，肖 妮，孟 超
（中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院，陜西西安，710089）

摘要：結(jié)合某機(jī)載廣播/電視系統(tǒng)的試飛內(nèi)容，對(duì)該試飛領(lǐng)域進(jìn)行了技術(shù)探索，本文著重介紹了測(cè)試區(qū)域選擇方法、測(cè)試點(diǎn)布局設(shè)計(jì)以及場(chǎng)強(qiáng)輔助分析等。

關(guān)鍵詞：菲涅爾區(qū)；覆蓋范圍；作用距離

0　引言

順應(yīng)現(xiàn)代化信息戰(zhàn)的需要，將廣播、電視等大功率音視頻發(fā)射設(shè)備裝載于高速運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，其試飛技術(shù)國(guó)內(nèi)尚屬空白。本文通過(guò)對(duì)機(jī)載廣播/電視系統(tǒng)的試飛，在該領(lǐng)域探索出一套科學(xué)高效的試飛模式，本文就其試飛技術(shù)作以介紹。

1　試飛方法

機(jī)載廣播/電視系統(tǒng)的試飛內(nèi)容主要有：測(cè)試區(qū)域選擇、測(cè)試點(diǎn)布局、系統(tǒng)綜合化試飛、場(chǎng)強(qiáng)監(jiān)測(cè)等。

1.1地面測(cè)試區(qū)域的選擇

圖1　在平面上菲涅爾區(qū)邊界示意圖

眾所周知：在收、發(fā)天線之間的電波傳播空間，根據(jù)惠更斯-菲涅爾原理可將傳播路徑劃分成多個(gè)菲涅爾區(qū)。以收發(fā)天線連線為軸線，與軸線相位差小于的區(qū)域?yàn)橥鄥^(qū)，稱為第一菲涅爾區(qū)，它是以收、發(fā)天線分別為兩個(gè)焦點(diǎn)的橢圓球，由收、發(fā)天線到橢球面上任一點(diǎn)的連線長(zhǎng)度與兩焦點(diǎn)距離之差為λ/2（λ為波長(zhǎng)）。由發(fā)射天線經(jīng)橢球內(nèi)任一點(diǎn)到接收天線的電波與收發(fā)間直達(dá)波的相位差≤，為同相相加。緊鄰第一菲涅爾橢球區(qū)，與其球面的相位差小于的區(qū)域也是一個(gè)橢球區(qū)，稱為第二菲涅爾區(qū)，依次向外的橢球區(qū)稱為第三、第四、......菲涅爾區(qū)，第一、第三菲涅爾區(qū)同相，第二、第四菲涅爾區(qū)同相，相鄰的反相。工程上常把第一菲涅爾區(qū)作為對(duì)電波傳播起主要作用的區(qū)域，稱為傳播主區(qū)，只要在主區(qū)內(nèi)滿足自由空間條件，無(wú)障礙物，就可認(rèn)為電波是在自由空間傳播。

圖1為收發(fā)天線在平面YOZ上的菲涅爾區(qū)邊界示意圖。其中發(fā)射天線（機(jī)上廣播/電視天線）距YOZ面高度為Ht，接收天線（測(cè)試點(diǎn)）距YOZ面高度為Hr，收、發(fā)天線之間距離為R。

由圖中得出：發(fā)射源和測(cè)試點(diǎn)通過(guò)地面的最短路徑RRO為：

考慮一般情況，對(duì)于平面上任一點(diǎn)（不一定在菲涅爾橢球區(qū)），設(shè)其坐標(biāo)為（o、y、z），則源天線和接收天線間通過(guò)此點(diǎn)的路徑RR長(zhǎng)度由下式?jīng)Q定：

按RR傳播的射線的相位將滯后于按傳播的射線的RRO相位，差值應(yīng)為：

根據(jù)菲涅爾橢圓定義，在第N菲涅爾橢圓上任一點(diǎn)（o、y1、z1）：

確定第N個(gè)菲涅爾區(qū)邊界的公式為：

由上式可知，N取1，2，3，...時(shí)將得出菲涅爾橢圓與平面的相交線，λ取不同數(shù)值也將得到不同大小的橢圓，N越大，λ越大，橢圓就越大。

因此，為了保證能夠測(cè)試到真實(shí)可靠的試飛數(shù)據(jù)，達(dá)到廣播/電視信號(hào)在自由空間傳播的目的，就必須在試飛前期根據(jù)信號(hào)的頻率、功率及方向性系數(shù)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，并針對(duì)測(cè)試區(qū)域進(jìn)行細(xì)致的地理考察和頻譜偵測(cè)工作，避免高大障礙物（如山峰）對(duì)信號(hào)的遮攔以及當(dāng)?shù)貜?qiáng)電磁信號(hào)（如信號(hào)發(fā)射塔）的干擾，甄選出既滿足通視要求又滿足電磁環(huán)境要求的菲涅爾區(qū)作為測(cè)試區(qū)域。

1.2根據(jù)機(jī)載廣播/電視天線的方向圖特性進(jìn)行地面測(cè)試點(diǎn)布局

根據(jù)其發(fā)射天線的方向圖特點(diǎn)，針對(duì)指標(biāo)要求的覆蓋范圍（水平×縱深）和作用距離，首先設(shè)計(jì)了與航線平行的地面測(cè)試點(diǎn)布置方案（見(jiàn)圖2），縱深覆蓋范圍的測(cè)試依賴于試飛航線的遠(yuǎn)近調(diào)整，該方案的缺點(diǎn)是不能同時(shí)判定水平覆蓋范圍和縱深覆蓋范圍，而且試飛周期長(zhǎng)。后經(jīng)過(guò)反復(fù)計(jì)算論證和多種地面布局方案的模擬比較，根據(jù)各分系統(tǒng)天線方向圖的E面波束寬度和H面波束寬度，制定出在航線中心垂直線上不等距布局的測(cè)試點(diǎn)分布方案（見(jiàn)圖3），在弱化地勢(shì)影響和精簡(jiǎn)地面人員的前提下最大程度地保證了測(cè)試指標(biāo)的科學(xué)有效性。

圖2　試飛示意圖a

圖3　試飛示意圖b

1.3系統(tǒng)綜合化試飛

系統(tǒng)綜合化試飛的前提是實(shí)現(xiàn)機(jī)載廣播/電視系統(tǒng)全狀態(tài)工作，這不僅是對(duì)載機(jī)任務(wù)電源系統(tǒng)的考驗(yàn)，更是對(duì)整機(jī)電磁兼容性的嚴(yán)酷考驗(yàn)。首先要進(jìn)行前期充分的地面電磁兼容性試驗(yàn)，對(duì)暴露出來(lái)的各類干擾現(xiàn)象進(jìn)行了認(rèn)真分析，根據(jù)其干擾機(jī)理采取濾波、屏蔽、閉鎖、分時(shí)、分頻等相應(yīng)合理的抑制措施或有效的隔離措施，并經(jīng)過(guò)地面多次試驗(yàn)并確認(rèn)干擾消除后，方可在空中實(shí)施廣播/電視系統(tǒng)全狀態(tài)工作。

1.4地面場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試

以往的場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試，均是在一靜一動(dòng)的條件下進(jìn)行，既在源或點(diǎn)某一條件相對(duì)固定的環(huán)境下測(cè)試場(chǎng)強(qiáng)的變化趨勢(shì)。輻射源在動(dòng)態(tài)情況下，它的場(chǎng)強(qiáng)在整個(gè)輻射區(qū)域是如何分布變化的，我們從來(lái)沒(méi)有相關(guān)積累，國(guó)內(nèi)也沒(méi)有相關(guān)資料，機(jī)載廣播/電視系統(tǒng)試飛為我們探索這一全新領(lǐng)域提供了良好的契機(jī)。

在機(jī)載廣播/電視系統(tǒng)鑒定試飛過(guò)程中，各個(gè)測(cè)試點(diǎn)對(duì)所有音視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行完整的采集記錄，經(jīng)過(guò)對(duì)各點(diǎn)同時(shí)段錄制的音視頻節(jié)目質(zhì)量和相應(yīng)場(chǎng)強(qiáng)值的比對(duì)分析，結(jié)果證明音視頻節(jié)目的收視效果和它的場(chǎng)強(qiáng)大小是趨勢(shì)一致的，但是，這種結(jié)論只能針對(duì)單個(gè)測(cè)試點(diǎn)。經(jīng)過(guò)對(duì)大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)整個(gè)測(cè)試區(qū)域的場(chǎng)強(qiáng)分布和音視頻節(jié)目質(zhì)量之間并沒(méi)有很規(guī)律的關(guān)聯(lián)。經(jīng)分析，造成這種結(jié)果的原因如下：一是環(huán)境影響，如環(huán)境電平的隨機(jī)變化、天氣對(duì)電磁場(chǎng)傳播的影響、地球曲率的影響、周圍存在不定的電磁干擾、測(cè)試系統(tǒng)的架設(shè)環(huán)境多樣、地表引起的漫反射等等；二是人為因素，如標(biāo)準(zhǔn)接收天線的主波束未對(duì)準(zhǔn)航線、難以避免的數(shù)據(jù)判讀誤差等等。雖然統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明場(chǎng)強(qiáng)值不能作為評(píng)判機(jī)載廣播/電視系統(tǒng)試飛效果的主要依據(jù)，但它在廣譜的電磁環(huán)境中作為一種監(jiān)測(cè)有用信號(hào)、雜散信號(hào)的手段來(lái)用于音視頻數(shù)據(jù)分析是非常必要和重要的，是客觀評(píng)判音視頻節(jié)目質(zhì)量的良好輔助。譬如：某地面測(cè)試點(diǎn)的電視收視質(zhì)量一直為4～5級(jí)，但某天突然降級(jí)為3級(jí)左右（信號(hào)質(zhì)量按5級(jí)劃分，5級(jí)為最佳），經(jīng)對(duì)該點(diǎn)電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)后發(fā)現(xiàn)，電視信號(hào)變差的原因是由于在電視信號(hào)頻率附近出現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)干擾信號(hào)，排除了機(jī)載電視設(shè)備的故障嫌疑。

2　試飛結(jié)果分析

該試飛新技術(shù)的應(yīng)用效果良好，具有科學(xué)、高效、準(zhǔn)確的優(yōu)特點(diǎn)，一個(gè)架次就能夠測(cè)試出機(jī)載廣播/電視系統(tǒng)縱深覆蓋范圍、水平覆蓋范圍和作用距離的戰(zhàn)技指標(biāo)和極限指標(biāo)。

3　結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)今世界上，信息戰(zhàn)的發(fā)展是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，它已經(jīng)成為戰(zhàn)爭(zhēng)中最重要、效率最高的一種作戰(zhàn)手段，機(jī)載信息化設(shè)備的試飛技術(shù)也在日新月異地發(fā)展，因此，我們要在該方面不斷地學(xué)習(xí)和積累，以適應(yīng)未來(lái)飛行試驗(yàn)的新需求。

參考文獻(xiàn)

［1］毛乃宏，俱新德.天線測(cè)量手冊(cè).國(guó)防工業(yè)出版社，1987。

［2］陳寧.XX飛機(jī)試飛技術(shù)總結(jié)報(bào)告，2008年。

［3］謝處方，邱文杰.天線原理與設(shè)計(jì).西北電訊工程學(xué)院出版社，1995，2-3，76-85。

Flight test technology for airborne broadcast / television system

Chen Ning，Xiao Ni，Meng Chao
（Chinese Flight Test Establishment，Xi’an Shaanxi，710089）

Abstract：Combined with the test content of airborne radio/television system，on the flight in the field were exploring technology，this paper focuses on the selection methods for test area，test point layout design and field assisted analysis.

Keywords：Fresnel zone；coverage；distance

作者簡(jiǎn)介

陳寧（1969—），女，陜西大荔人，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事飛機(jī)航電系統(tǒng)試飛技術(shù)研究。