机载通信系统机载通信的历史u 无线电通信是利用无线电波来传输信息，它起源于19世 纪末。u1864年，英国人麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在， 并证明了它在真空中是以光速传播的。u德国人赫兹于1887年用实验方法实现了电磁波的产生和接 收。u1895年，意大利人马可尼和俄国人波波夫分别进行了无线 电通信实验，并研制成功无线电收发信机。u1918年。无经电电报通信进入实用化。此后，无线电通信 就迅速发展起来了。机载通信的历史u 1931年，在英国多佛尔和法国加莱之间建立了世 界上第一条超短波接力通信线路。u20世纪50年代，出现了1GHz以下频段的小容量 微波接力通信系统；u70年代，数字微波接力通信系统逐步完善。u80年代，毫米波波段开始用于接力通信。u1952年，美国贝尔实验室首先提出对流层散射超 视距通信的设想，60年代以后.散射通信得到了很 大的发展。机载通信的历史u早在1945年，英国人克拉克提出了利用地球静止 轨道卫星通信的设想。u1957年10月，苏联成功发射了世界上第一颗人造 地球卫星。u1958年，美国发射了世界上第一颗通信卫星“斯科 尔”，开始了卫星通信的试验阶段。u1965年，美国发射对地静止卫星“国际通信卫星”1 号(又名“晨鸟”)以及苏联发射对地非静止卫星“闪 电”1号的成功，标志着卫星通信进入实用阶段；机载通信的历史u70年代，卫星通信迅速发展，以解决远距离、大 容量为主，主要发展国际卫星通信，少数国家相 继建立了国内卫星通信系统；u80年代，卫星通信向各应用领域扩展，许多国家 陆续建成了国内或区域卫星通信系统；u90年代，卫星通信向着甚小孔径卫星终端(VSAT) 、小容量、专用网通信和移动通信的方向发展。基础知识-射频频谱 u下图是频率范围为10kHz至10GHz的射频(RF)频 谱的简化形式，该频谱的发展历经了60年，覆盖 了多数民用飞机通信系统和导航设备的工作范围 。由于军用飞机还装备了攻击雷达、电子战和红 外传感器，因此，频谱范围更宽。u频谱的宽频覆盖范围和无线电波传播的特点意味 着不同设备的性能随着工作环境的改变而改变。 简化的射频频谱民用射频频段的大致分类 名称简简称频频率甚低频频VLF330kHz低频频LF30300kHz中频频MF3003000kHz (3MHz)高频频HF3 30MHz甚高频频VHF30 300MHz特高频频UHF3003000MHz (3GHz)超高频频SHF330GHz极高频频EHF30300GHz射频频段的大致分类u一些较高的频率被进一步细分，每个频段以一个 字母标识。这种划分方法不是连续的，多个频段 可以交叉重叠的。这种标识系统，是过去的一种 划分方法，它把波段按类似属性进行分类。 高频频段的字母标识字母标识标识频频率范围围/GHz L0.391.55 Ls0. 900. 95 S1. 555. 20 C3. 906. 20 X5. 2010. 90 Xb6. 256. 90 K10. 9017. 25 Ku15. 3517. 25 Ka33. 0036. 00 Q36.0046.00航空通信u 航空通信是现代飞机航空电子系统的重要组成部 分，用于实现飞机与地面、飞机与飞机之间以及 飞机与其他平台之间的通信联络，主要传输语音 和数据信息。 u 航空通信分民用和军用系统。 民用航空通信u一般民用飞机的通信系统用于实现飞机与地面电 台之间、飞机与其他飞机之间的通信联络，也用 于飞机内机组人员之间的通话、广播、话音记录 以及向旅客提供娱乐视听服务等。 民用航空通信u目前，民航飞机装备的通信系统有甚高频通信(Very High Frequency, VHF)、高频通信(High Frequency, HF)、选择呼 叫(Selective Calling, SELCAL)和音频系统四大类。 uVHF系统是最重要的飞机无线电通信系统，是视距传输系统 ，用于飞机在起飞着陆期间以及飞机通过管制空域时与地面 交通管制人员之间的双向话音通信。HF系统是一种机载远 程通信系统，利用天波传播，通信距离可达数千千米，用于 在远程飞行时保持飞机与地面电台或与其他飞机之间的通信 联络。SELCAL系统是供地面人员向某一指定的飞机进行呼 叫的机载设备，它不是一种独立的通信系统，是配合VHF和 HF系统工作的。音频系统指机内的通话、广播、录音等系 统。军用航空通信u军用通信与民用不同，它在抗干扰、抗毁、机动 、灵活及保密等方面有更高的要求。 u军用航空通信有多种分类方法:1.地一空通信与空一空通信2.短波通信、超短波通信和微波通信3.常规通信与抗干扰通信地一空通信与空一空通信 u 地一空通信指地面与飞机之间的通信，空一空通 信指飞机与飞机之间的通信。它们是对飞机指挥 引导的最主要的通信手段，也是飞机作战、训练 中的基本通信方式。主要使用甚高频和特高频 (Ultra High Frequency , UHF)频段，进行视距通 信，通信距离一般在350km以内。对于超视距远 程作战飞机、直升机以及低空突防的飞机，也使 用短波通信。预警机、空中指挥机等大型飞机还 装备有卫星通信设备。短波通信、超短波通信和微波通 信 u由于空军通信既有近距离通信又有远距离通信， 既有航空通信又有地面通信，还有卫星通信和与 其他军兵种之间的协同通信。因此，使用的通信 频段十分宽广，有短波、超短波甚至微波的通信 。常规通信与抗干扰通信 u为了对抗现代战争中的电子攻击，先进的空军通 信系统应具有抗千扰能力。抗干扰通信设备一般 同时还具备非抗干扰的常规通信能力，未遭遇敌 方干扰时可不必经常使用抗干扰通信方式工作。 短波通信 u短波通信是指利用频率为3MHz - 30MHz的电磁 波进行的无线电通信。u与其他通信手段相比，短波通信有通信距离远、 机动性好、生存能力强等独特优点，被认为是有 效而经济的远程通信手段。 短波通信 u短波波段主要以天波的方式传播。天波依靠电离层对电波 的反射，可建立上千千米的远距离通信链路。u短波信道除自由空间传播损耗外，还有电离层吸收损耗、 地面反射损耗和系统额外损耗等附加损耗。u在短波通信信道中还存在着干扰，主要有大气噪声、工业 干扰和其他电台的干扰。u这些传播的特性也是短波通信的致命弱点。因为电离层是 时变色散信道，其传输特性随不同的季节和昼夜随机地变 化，衰落严重。系统易受电离层骚扰，并由于传输的方向 性弱而易被敌方窃听和截获等。u因此，当20世纪60年代卫星通信崛起之后，短波通信的研 究和使用曾走入低谷。短波通信u然而，卫星通信也存在易受干扰和攻击的弱点， 不能充分保证在战争中通信设备的生存性。20世 纪80年代以来，伴随着计算机技术、数字信号处 理技术的发展，人们找到了改善短波信道传输可 靠性及扩展短波信道容量的方法，使短波通信技 术进入了复兴时期。短波通信u提高短波通信的质量，自适应技术是关键。实现 自适应需要解决两个方面的问题:第一，准确、实 时地探测和估算短波线路的信道特性，即实时信 道估值技术;第二，实时、最佳地调整系统的参数 以适应信道的变化，即自适应技术。 短波通信u由于系统结构和参数的复杂性，短波自适应的含 义很广，包括自适应选频、自适应调制解调、自 适应跳频、自适应数据速率、自适应功率控制、 自适应零位天线、自适应误差控制等。这些自适 应技术的不断发展和应用，使短波通信逐步克服 自身的弱点，在传输速率、传输可靠性和抗干扰 、抗截获等各方面都获得了较大的提高。短波通信u短波通信系统一般组成，如图所示。短波通信u代表性的机载短波自适应跳频电台有美国的 AN/ARC -190和AN/ARC -217等。AN/ARC - 217 机载短波自适应跳频电台的工作频率2 MHz一 30MHz，频道间隔100Hz，工作方式为上、下边 带话音或数据，慢速跳频，发射机输出功率200 W，总重量17. 3 kg。目前，国外已着手解决短波 通信的盲区，将短波电台也用于近距离战术通信 特别是100km以内的地一空通信。超短波通信 u超短波通信的频率覆盖30MHz至几个GHz的VHF 和部分UHF频段。超短波信号主要靠直线方式传 输，称为视距通信。当飞机高度为10000米，地 面天线高度为15m时，受地球曲率影响，视距大 约为400km。这样，超短波地一空最大通信距离 一般为350km左右。超短波通信的工作频带较宽 ，可以传输多路话音和高速率数据信号。超短波通信 u超短波电台的组成如图所示。超短波通信u 发信通道主要由音频信号处理部分、锁相环调频 单元、功放、滤波输出单元电路组成，其作用是 将音频信号放大后送至锁相环对压控振荡器vco调 制，形成调频波，再进行功率放大，滤波后输出 到天线。u接收通道主要由高放、变频(一般为二次变频)组 成，鉴频解调出音频信号，经音频放大推动耳机 或扬声器。超短波通信u频率合成器一般为数字频率合成器，在发射时完 成调频功能，在接收时完成产生两个本振信号的 任务，在逻辑控制单元或跳频保密单元的控制下 改变其中心频率。u逻辑控制部分是由微处理器及一些外设电路组成 的控制电路，根据操作人员指令的需要对整机实 施控制和管理。在跳频状态可以与跳频单元交换 信息，实现跳频通信的工作方式。超短波通信u在现代超短波电台中普遍采用跳频工作方式，有 些电台还实现自适应跳频通信，跳频速度是跳频 通信的重要指标，跳速越高其抗电子干扰、抗截 获、抗窃听的性能越好。u 考虑到“三军”协同通信能力的需要，多频段、多 功能和一机多用已经成了机载电台追求的目标。 为使航空超短波通信频段内能容纳更多的电台工 作，相继出现了频道间隔为50kHz、25kHz的超 短波机载电台。 超短波通信u20世纪80年代，美国研制了4频段VHF/UHF机载电台 (30MHz一88MHz,108MHz一156MHz,156MHz一174MHz 和225MHz -400MHz) AN/ARC一182，4个工作频段覆盖了 空、海、陆“三军”战术电台使用的工作频段，较好地实现了 与陆军、海军的协同通信。 u美军还于20世纪90年代开始了一项名为“易通话”的军事通信 设备研制计划，采用开放式模块结构技术，研制多功能军用 无线电台，波形可与现有的15种电台兼容，能同时与其中 任意4种电台通信，用以取代现有的多种军用电台，解决“三 军”电台多频段、多工作方式的互通问题。 数据通信 u机载数据通信大约始于20世纪50年代。在这之前 ，飞机与飞机之间、飞机与地面之间用话音相互 传递信息。u随着飞机性能的不断提高，战场敌我态势瞬息万 变，战机稍纵即逝，话音通信方式已不能满足实 时掌握战场态势的要求。特别是雷达、各种传感 器高速发展，大量的情报再也无法用话音来传送 ，机载数据链路应运而生。数据链u数据链是为了发送和接收数据而把两点连接起来 的方法。数据链包括发送和接收数据终端，以及 控制数据传输过程的链路协议。u机载数据链路的基本作用是保证编队内各个单元 之间迅速交换情报资料，实时监视战场态势，提 高编队的相互协同能力和作战效能。机载数据链路u机载数据链路从应用角度可大致分为三类:u第一类是以搜集和处理情报、传输战术数据、共 享资源为主的数据链路。如北约的4号数据链路、 11号数据链路等。这种数据链路，通常要求较高 的数据速率和较低的数据误码率，电子侦察机和 预警机等一般选用这种数据链路。 机载数据链路u第二类是以常规通信命令的下达，战情的报告、 请示、勤务通信以及空中战术行动的引导指挥等 为主的数据传输。这种数据链路通常要求的数据 率不高，但一定要数据准确和可靠。歼击机、轰 炸机、武装直升机等一般采用这样的数据链路。 机载数据链路u第三类是综合型机载数据链路。这种数据链路既 具有搜集和处理情报、传输战术数据、共享资源 的作用，同时也具有命令下达、战情报告、请示 、勤务通信以及空中战术行动引导指挥的功能， 甚至能同时实时传送数字话音。如北约的16号数 据链路。这种数据链路不仅传送