機載無線電設備兼容性內(nèi)場試驗方法*

張丙偉，吳惠明，江志平

(南京長峰航天電子科技有限公司，南京 210003)

機載無線電設備兼容性內(nèi)場試驗方法*

張丙偉**，吳惠明，江志平

(南京長峰航天電子科技有限公司，南京 210003)

機載無線電設備之間的兼容性試驗是飛機研制完成之后進行的一項重要整機性能試驗項目，當前主要通過外場飛行來完成。提出了一種新的試驗方法，即采用內(nèi)場輻射式試驗方案來完成無線電設備裝機之后的兼容性試驗。首先以典型機載無線電設備為基礎，分析整機內(nèi)場兼容性試驗需要完成的試驗項目，進而闡述內(nèi)場輻射式試驗系統(tǒng)的總體方案。該方法具有以下特點：易于構建復雜電磁環(huán)境；可完成機載無線電設備之間的兼容性試驗；可完成整機在復雜電磁環(huán)境下的工作性能評估試驗。這些工作在促進航空工業(yè)的發(fā)展、提升國產(chǎn)新型飛機的技術水平及市場競爭力等方面具有重大工程應用價值。

機載無線電設備；兼容性試驗；復雜電磁環(huán)境；內(nèi)場試驗系統(tǒng)

1 引 言

現(xiàn)代飛機是結(jié)構復雜、技術含量高的產(chǎn)品，在有限空間內(nèi)裝備有大量的無線電設備，它們的工作信號頻帶寬廣、密集甚至交疊，發(fā)射設備功率大，接收設備靈敏度高，天線數(shù)量多且分布集中，常導致飛機內(nèi)部各機載無線電設備的工作信號相互干擾，使得機載無線電設備之間的工作兼容性日趨復雜[1-2]。同時，飛機在飛行過程中，其內(nèi)部機載無線電設備工作時還會受到敵方設備的干擾信號，外部雷達站、導航站、通信基站、廣播電臺等設備發(fā)射的背景高場強信號，以及雷電等自然電磁環(huán)境信號的影響，使得飛機與外部電磁環(huán)境之間的兼容性變得日益嚴峻。此外，現(xiàn)代新型飛機將更多地采用復合材料，勢必加劇飛機整機系統(tǒng)的兼容性問題。目前，主要通過外場飛行對上述兼容性問題進行評估與考核[3-6]。而外場飛行受天氣、保密性、試驗耗資、環(huán)境可控性等因素限制，試驗組織難度大，試驗周期長。為了提高新型飛機的研制效率，縮短研制周期，特別是為了降低飛機飛行試驗的飛行風險，避免不必要的損失，本文提出采用內(nèi)場試驗方案進行兼容性試驗，替代部分外場飛行試驗項目。

國內(nèi)在實驗室環(huán)境下對飛機裝機后無線電設備之間的兼容性試驗技術的研究和應用尚處于初期階段[7-8]，未見公開發(fā)表的文獻。本文擬對該試驗技術做探索性研究，并提出總體實現(xiàn)方案，希望能在促進該技術的發(fā)展、提升飛機整機的兼容性設計與評估水平、完善性能指標符合性驗證技術等方面做好技術準備。

2 需求分析

2.1 典型機載無線電設備

現(xiàn)代飛機上裝備的無線電設備主要包括[2，8-9]：飛行管理設備，如無線電高度表、測距儀(Distance Measuring Equipment，DME)、塔康(Tactical Air Navigation system，TACAN)、導航系統(tǒng)、微波著陸系統(tǒng)(Microwave Landing System，MLS)、儀表著陸系統(tǒng)(Instrument Landing System，ILS)等；監(jiān)視與告警設備，如機載雷達、交通警告和防撞系統(tǒng)(Traffic alert and Collision Avoidance System，TCAS)等；多功能電子系統(tǒng),如電子偵察系統(tǒng)(Electronic Surveillance Measure，ESM)等；數(shù)據(jù)與語音通信設備，如機載通信電臺(UHF/VHF/HF)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等。

2.2 兼容性試驗項目

本文所述兼容性試驗不是成品單機設備的兼容性指標測試，而是通過常規(guī)電磁兼容測試之后的成品單機設備安裝至飛機上的工作兼容性試驗。對于不同類型的飛機，如民用飛機、軍用飛機(戰(zhàn)斗機、預警機、轟炸機等)，由于它們處于不同的生存環(huán)境，故對機載設備之間的兼容性要求是不同的，此時的整機設備兼容性能考核標準由相關飛機總體單位根據(jù)要求量身定制，并裝載到試驗系統(tǒng)中。

本文涉及到的兼容性試驗主要包括以下兩個方面：飛機內(nèi)部機載無線電設備發(fā)射分機對接收分機的工作兼容性試驗；各無線電設備在復雜電磁環(huán)境下的工作能力試驗。

2.2.1 機載無線電設備之間的工作兼容性試驗

本文主要考慮同頻或鄰頻干擾、多功能電子系統(tǒng)與其他設備之間的相互干擾，試驗項目及參試設備簡述如下：

(1)C頻段功能之間的工作兼容性試驗，參與試驗的設備主要包括無線電高度表、MLS、機載氣象雷達、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等；

(2)L頻段功能之間的工作兼容性試驗，參與試驗的設備主要包括TACAN/DME、衛(wèi)星導航系統(tǒng)、機載預警雷達、TCAS等；

(3)U/V頻段功能之間的工作兼容性試驗，參與試驗的設備主要包括ILS、機載通信電臺等；

(4)機載雷達、TACAN/DME、衛(wèi)星導航系統(tǒng)、TCAS、機載通信電臺等設備工作對ESM系統(tǒng)工作性能影響的兼容性試驗。

以上項目主要考核同頻或鄰頻設備之間的兼容性，例如:L頻段功能設備DME和TCAS同時工作時，其工作信號之間是否存在相互干擾，需要通過試驗進行評估。再如:ESM是寬帶系統(tǒng)，和很多機載分系統(tǒng)設備均有重合的工作頻段，當ESM系統(tǒng)偵察目標時，機載雷達或者TCAS等系統(tǒng)的工作是否會給ESM系統(tǒng)帶來虛假目標而導致誤判，同樣需要通過試驗進行評估。

2.2.2 機載無線電設備在復雜電磁環(huán)境下的工作兼容性試驗

本文所述復雜電磁環(huán)境主要包括：無線電高度表、機載雷達、ESM系統(tǒng)等所需的目標信號環(huán)境；壓制式干擾、欺騙式干擾等干擾信號環(huán)境；地雜波、海雜波、氣象雜波等雜波環(huán)境；通信基站、導航臺站、廣播電臺等產(chǎn)生的背景電磁信號環(huán)境。

這里所說的復雜電磁環(huán)境不包含雷電、靜電放電等自然環(huán)境,例如:目標信號模擬器通過目標陣列向機載雷達輻射目標信號，而干擾信號模擬器通過目標陣列輻射欺騙干擾信號，這種情況可以考核干擾環(huán)境下機載雷達的工作能力。

3 試驗系統(tǒng)總體方案設計

3.1 技術路線

為實現(xiàn)飛機裝機后無線電設備在內(nèi)場試驗環(huán)境下的兼容性試驗，需要通過實物或模擬的方法，為機載無線電設備提供必要的運動特性以及復雜電磁環(huán)境特性效應設備，以模擬機載無線電設備在工作過程中的目標、雜波、外界環(huán)境等電磁信號，然后由被試飛機相關設備或整機系統(tǒng)參與試驗，實現(xiàn)其在各種電磁環(huán)境下的兼容性檢驗與評估，為后續(xù)抗干擾措施有效性驗證提供試驗數(shù)據(jù)。

本方法擬采用以大空間合理配置的電波暗室作為試驗平臺，利用信號模擬器構建人為環(huán)境和背景環(huán)境等外部電磁環(huán)境信號，通過改變各模擬器參數(shù)能夠靈活設置試驗所需要的環(huán)境信號。進行機載無線電設備裝機后兼容性試驗時，被試飛機整機安裝在電波暗室內(nèi)部轉(zhuǎn)臺上，并接收由信號模擬器輻射的目標、干擾、通信、背景雜波等信號形式，實現(xiàn)被試飛機在復雜電磁環(huán)境下的工作兼容性評估。

3.2 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)總體布局如圖1所示，其主要組成如下：

(1)電波暗室

為飛機整機系統(tǒng)或成品單機設備在復雜電磁環(huán)境下的試驗測試提供無回波的電波傳播空間,主要包含電波暗室屏蔽工程和吸波材料工程，還包括供電、通風、照明、消防等輔助配套設施。

(2)控制室

實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺、信號模擬器等設備的控制以及試驗過程的顯示與操控。

(3)轉(zhuǎn)臺

被試飛機(或被試機載無線電設備)安裝在轉(zhuǎn)臺上，可以實現(xiàn)飛機的姿態(tài)模擬功能。

(4)信號收發(fā)陣列及饋電系統(tǒng)

用于實現(xiàn)試驗信號的角位置軌跡模擬，并接收被試設備的發(fā)射信號，其結(jié)構形式能夠適應兼容性試驗的要求。

(5)信號模擬器

用于產(chǎn)生目標回波、電子干擾、雜波、背景環(huán)境等試驗信號。

(6)離散收發(fā)單元

實現(xiàn)離散信號的輻射和接收，根據(jù)試驗安排布置在暗室內(nèi)部墻面上。

(7)計算機及控制系統(tǒng)

實現(xiàn)試驗系統(tǒng)電子設備的操控、設備工作狀態(tài)及試驗態(tài)勢的顯示，以及暗室內(nèi)有關設備的視頻監(jiān)控顯示和操控等。在控制臺上安裝的主控計算機實現(xiàn)試驗規(guī)劃、實時控制、試驗顯示、數(shù)據(jù)錄取、有關模型的解算、數(shù)據(jù)處理等功能，是整個試驗系統(tǒng)的控制中心。

(8)校準裝置

是實驗室為實現(xiàn)對其自身信號幅相特性、到達角度等信號的測試和校準的工具。

(9)附屬設施

試驗系統(tǒng)所必要的運輸、視頻監(jiān)控、揚聲調(diào)度等設備，雖然不直接參與試驗，但是整個試驗系統(tǒng)所必要的系統(tǒng)維護、保障、調(diào)試工具。

圖1 兼容性試驗態(tài)勢及工作原理示意圖

Fig.1 Compatibility test situation and working principle diagram

3.3 試驗態(tài)勢及工作原理

在進行機載無線電設備裝機后兼容性評估試驗時，被試飛機整機安裝在電波暗室內(nèi)部的轉(zhuǎn)臺上，并接收由信號模擬器通過暗室內(nèi)部布設的天線輻射的目標、干擾、雜波、背景環(huán)境等信號形式，實現(xiàn)被試飛機在復雜電磁環(huán)境下的兼容性評估試驗。試驗態(tài)勢及工作原理見圖1。

機載無線電設備裝機后的兼容性試驗過程可以分兩步來實現(xiàn)：第一步為機載無線電設備之間的工作兼容性試驗，第二步為在復雜電磁環(huán)境下各機載設備之間的工作兼容性試驗，試驗流程如圖2～4所示。

圖2 試驗前的準備和試驗規(guī)劃流程圖

Fig.2 Flow chart of preparation and test plan

圖3 機載無線電設備之間的兼容性試驗流程圖

Fig.3 Flow chart of compatibility test between airborne radio equipment

圖4 機載設備在復雜電磁環(huán)境下的工作兼容性試驗流程圖

Fig.4 Flow chart of working compatibility test of airborne radio equipment in complex electromagnetic environment

試驗過程中錄取的數(shù)據(jù)作為后續(xù)分析的依據(jù)，通過以上試驗的飛機可以進行下一步工作。

3.4 幾點說明

(1)本文主要提出了一種新的整機無線電設備的兼容性測試方法，以及實現(xiàn)該方法的測試系統(tǒng)總體方案。

(2)本文所述的兼容性試驗是成品單機設備通過常規(guī)電磁兼容測試之后安裝至飛機上的工作兼容性試驗，對于不同類型的飛機，如民用飛機、軍用飛機(戰(zhàn)斗機、預警機、轟炸機等)，由于它們處于不同的生存環(huán)境，故對機載設備之間的兼容性要求是不同的，此時的整機設備兼容性能考核標準由相關飛機總體單位根據(jù)要求量身定制，并裝載到試驗系統(tǒng)中。

(3)當前國內(nèi)還沒有建成一座整機兼容性實驗室(僅有一座整機暗室，但無法實現(xiàn)復雜環(huán)境下的動態(tài)性能測試)，故無法開展試驗，導致暫時沒有測試數(shù)據(jù)。下一階段建造完成實驗室后則可展開試驗，而本文的工作是下一階段工作的重要基礎。

(4)機載無線電設備的兼容性試驗系統(tǒng)涉及領域廣,專業(yè)性強，工程研制和實施過程中，技術協(xié)調(diào)難度大，對系統(tǒng)一體化建設能力要求高，為確保試驗測試系統(tǒng)能發(fā)揮最大效益，研制中建議以交鑰匙工程的原則對試驗系統(tǒng)進行設計、建設、施工和服務，從而可有效避免系統(tǒng)研制和使用風險。

3.5 本方法創(chuàng)新點

本文方法主要有以下5點創(chuàng)新：

(1)可完成整機裝機后機載無線電設備之間的工作兼容性評估；

(2)可完成整機系統(tǒng)在外界復雜電磁環(huán)境下的工作能力評估；

(3)可適應多種類型飛機的兼容性試驗；

(4)復雜電磁環(huán)境構建全面，能夠逼真再現(xiàn)真實環(huán)境信號；

(5)能夠自主設置目標與環(huán)境。

4 結(jié)束語

本文提出的內(nèi)場輻射式兼容性試驗方法是一種高效、可靠、可重復、高性價比的技術手段，目前國內(nèi)在實驗室環(huán)境下對該試驗技術的研究和應用尚處于初期階段，未見公開發(fā)表的文獻。該方法能夠為飛機自身設備兼容性以及飛機與環(huán)境兼容性措施的實施效果提供解決方案，下一階段將以此為基礎進行整機兼容性實驗室的建設。本文是半實物仿真技術在整機兼容性試驗、系統(tǒng)兼容性測試以及復雜電磁環(huán)境下機載設備工作能力考核等領域的推廣應用，具有重要研究和工程應用價值。希望本文的工作能對相關試驗測試提供有益的幫助和參考。

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ZHANG Bingwei was born in Peixian,Jiangsu Province,in 1980. He received the Ph.D. degree from Southeast University in 2011. He is now an engineer. His research concerns construction of complex electromagnetic environment,RF simulation system,and indoor test technique.

Email:willaa@126.com

吳惠明(1971—)，男，浙江人，2004年于東南大學獲工學碩士學位，現(xiàn)為高級工程師，長期從事射頻仿真、電子對抗及電子系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估系統(tǒng)的研制工作；

WU Huiming was born in Zhejiang Province,in 1971. He received the M.S. degree from Southeast University in 2004. He is now a senior engineer. He is engaged in the development of RF simulation system,electronic countermeasure and electronic system operational effectiveness evaluation system.

江志平(1963—)，男，湖南湘陰人，1987年于東南大學獲工學碩士學位，現(xiàn)為高級工程師，長期從事雷達系統(tǒng)總體設計、雷達系統(tǒng)內(nèi)場測試和外場試驗系統(tǒng)、雷達電子對抗系統(tǒng)的研究。

JIANG Zhiping was born in Xiangyin,Hunan Province,in 1963. He received the M.S. degree from Southeast University in 1987. He is now a senior engineer. His research concerns general design of radar system,indoor and outdoor test system for radar system,and electronic countermeasure system for radar.

Indoor Compatibility Test Method for Airborne Radio Equipment

ZHANG Bingwei,WU Huiming,JIANG Zhiping

(Nanjing Changfeng Aerospace Electronic Technology Co.,Ltd.，Nanjing 210003,China)

Compatibility test for airborne radio installations is one of the important items for whole aircraft performance test after the aircraft is developed. A new test method called indoor radiation test scheme is proposed to complete the compatibility test by replacing parts of the outdoor flight test items. The test items needed to finish are analyzed on the basis of the typical airborne radio equipment. Then the general solution for the indoor radiation test is described.With this indoor test method,complex electromagnetic environment can be built easily,the compatibility test between airborne radio equipment and performance evaluation test of the whole aircraft in complex electromagnetic environment can also be implemented. The work has significant engineering application value for promoting the development of aviation industry and enhancing the technical level and market competitiveness of new types of domestic aircraft.Key words：airborne radio equipment;compatibility test;complex electromagnetic environment;indoor test system

10.3969/j.issn.1001-893x.2016.12.017

張丙偉，吳惠明，江志平.機載無線電設備兼容性內(nèi)場試驗方法[J].電訊技術，2016,56(12):1400-1404.[ZHANG Bingwei,WU Huiming,JIANG Zhiping.Indoor compatibility test method for airborne radio equipment[J].Telecommunication Engineering,2016,56(12):1400-1404.]

2016-06-08；

2016-08-23 Received date:2016-06-08；Revised date：2016-08-23

江蘇省自然科學基金-青年基金資助項目(BK20130108)

Foundation Item:The Natural Science Foundation of Jiangsu Province(BK20130108)

TN03；TN806

A

1001-893X(2016)12-1400-05

張丙偉(1980—)，男，江蘇沛縣人，2011年于東南大學獲工學博士學位，現(xiàn)為工程師，主要從事復雜電磁環(huán)境構建、射頻仿真及內(nèi)場試驗技術的研究;

**通信作者：willaa@126.com Corresponding author：willaa@126.com