波音737—NG飞机卫星通讯系统原理及故障分析

朱圣伟 赵树成

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.22.019

摘 要：介绍了中国民航飞机选装卫星通讯系统的实际运行需要和局方政策背景，重点阐述机载卫星通讯系统的各组成部件及其功用、机载卫星通讯系统的工作原理以及使用机载卫星通讯系统空中呼叫地面和地面呼叫空中的操作方法，最后对飞机卫星通讯系统常见故障进行分析，给出了比较实用的一般排故思路和处理方法。

关键词：波音737-NG 卫星通讯 工作原理 操作方法 故障分析 处理方法

中图分类号：V26 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）08（a）-0019-08

现在飞机上普遍装载甚高频通讯和高频通讯系统。甚高频通讯频段在118.00～136.975 MHz，主要用于飞机和飞机之间以及飞机和地面通讯站之间的双向短距离语音、数据传输，距离一般不超过500 km。高频通讯频段在2～29.9 MHz，主要用于飞机和飞机之间以及飞机和地面之间的长距离通讯，通过电波在电离层的反射实现通讯的远距离传播，可达数千公里，但是容易受到干扰。例如：飞机在跨海飞行（如太平洋）或者在偏远地区（如极地）飞行时，都可能因为地面基站覆盖不到，而无法被地面运行控制中心掌控精确位置和实际运行状态，一旦发生意外情况，定位和搜救将十分困难。

近年来，随着我国航空运输业的快速发展，机队规模和运输量快速增长，航班运行的不利因素也随之增多，安全运行压力越来越大。为了有效解决航空公司运行控制中心与飞机之间实时监控和语音通讯联系问题，民航局于2012年12月出台了《航空公司运行控制卫星通信实施方案》，要求2017年底前我国航空公司的飞机应当通过机载卫星通信系统，实现运行控制中心与每架飞机之间能够在4 min内建立及时、可靠的语音通讯联系目标，以保证飞机与地面之间的不间断联系，确保飞机的运行安全。

波音737-NG飞机一般选装由罗克韦尔·柯林斯（Rockwell Collins）公司研发生产的机载卫星设备来满足机组成员以及旅客的通讯、娱乐需求。实践证明，机载卫星通讯系统确实能够为航班的安全运行发挥重要的保障作用。

1 机载卫星通讯系统的组成

飞机卫星通讯系统主要用于飞机和地面之间的远距离语音和数据传输，它由3部分组成：全球卫星通讯网络（SATCOM）、航空器机载设备（AES）和地面通讯网络（GES）（如图1所示）。

1.1 全球卫星通讯网络SATCOM

全球卫星通讯网络指的是由停留在地球静止轨道上的24颗卫星组成的系统。卫星网络用于飞机和地面基站的连接，这些卫星目前所属国际海事卫星组织，提供卫星网络的操作和维护。

根据卫星发展的代数，目前运用较广泛的是第三代卫星海事-3，主要提供航空器网络及海事卫星通讯服务，其主基站要分布为以下4个区域：西大西洋、东大西洋、印度洋和太平洋。

能提供宽带上网服务（SwiftBroadband，SBB）的卫星称为第四代卫星，简称海事-4。海事-4卫星能够提供世界范围内的语音通讯、视频传输、邮件、电话以及高速度的局域网。海事-4主要分布以下区域：美洲（AMERICAS）、欧洲、中东、非洲（EMEA：Europe， Middle East， and Africa）、亚太（APAC：Asia-Pacific）。

1.2 航空器机载设备AES

航空器机载设备（AES）主要由四大部件组成，分别是：卫星数据组件（SDU）、卫星数据组件构型组件（SCM）、低噪放大器和天线双工器（LNA/DIP）、高增益天线（HGA）。

卫星数据组件和卫星数据构型组件都位于后货舱支架（E6-1）上。卫星数据组件是机载卫星系统的中央控制器，用于卫星通讯的交互界面和控制。卫星数据构型组件主要为飞机卫星通讯系统存储全球用户识别卡和客户化要求清单。卫星数据构型组件协同卫星数据组件工作，当需要更换卫星数据组件时，如果不更换卫星构型组件，则不必重新更换全球用户识别卡和客户化要求清单。

低噪放大器和天线双工器位于机身客舱后顶部，用于卫星通讯系统在同一时间发射和接收卫星信号，同时放大接收的低电平的卫星通讯信号。

高增益天线位于机身后顶部、垂直尾翼前面，用于接收和发射语音和通讯数据的射频信号，它是电子式可变相位矩阵天线。飞机其他系统通过机载卫星系统提供的接口与之相连（见图2）。

1.3 地面通讯网络GES

地面通讯网络是卫星通讯系统在地面上的通讯网络，负责响应航空器机载设备在全球范围内的语音和数据需求。地面通讯网络也和地面飞机通讯与寻址报告系统基站及电信网络相连。

卫星通讯系统主要使用以下频道：飞行通讯的传统航空器网络语音频道、宽带网络语音频道和飞机通讯与寻址报告系统通讯的数据频道。

2 机载卫星通讯工作原理

2.1 设备供电

115 V交流转换汇流条1给卫星通讯系统系统提供115 V交流电源。该系统有如下跳开关：通过“卫星通讯数据组件”跳开关给卫星数据组件提供电源，卫星数据构型组件从卫星数据组件得到+8 V到+15 V直流电源；通过“卫星通讯系统-高”跳开关给高增益天线和低噪放大器和天线双工器提供电源。

28 V直流汇流条1通过卫星语音警告跳开关和R630卫星通讯语音警告继电器给卫星通讯语音警告系统提供电源（见图3）。

2.2 信号接收

高增益天线接收来自于卫星的L波段射频信号，并将信号送给低噪放大器和天线双工器。天线双工器耦合器耦合接收信号并将信号送给低噪放大器放大，再将放大后的信号送给卫星数据组件，卫星数据组件解调信号后送给遥控电子组件（REU）和飞机通讯与寻址报告系统管理组件（ACARS MU）。对于航空宽带操作，卫星数据组件接收来自于低噪放大器和天线双工器的以太网信号，并送给飞机接口组件（见图4）。

2.3 信号发射

卫星数据组件将来自于遥控电子组件和飞机通讯与寻址报告系统管理组件的信号调制成L波段射频信号，该信号送给卫星数据组件内部高功率放大器。对于航空器宽带网络操作，卫星数据组件把来自于飞机接口组件的信号调制成L波段射频信号，并送给卫星数据组件内部高功率放大器。调制好的射频信号通过低噪放大器和天线双工器送给高增益天线内部的波控组件（the beam steering unit，BSU），波控组件在天线的不同相位角度将射频信号发射出去，高增益天线发送一个窄波束给卫星（见图5）。

当卫星通讯系统通电时系统会自动登录。卫星数据组件利用已经存储的卫星频率找到卫星发射的信号，若该频率被激活，卫星数据组件会锁定该频率，卫星数据组件会使用卫星作为一个延迟来连接地面通讯网络系统（见图6）。

3 机载卫星通讯设备使用

3.1 操作界面进入

控制显示组件（CDU）提供飞机卫星通讯系统的操作界面：首先按压控制显示组件上MENU（主菜单）键可显示SAT-PHONE（卫星电话）菜单，再按压卫星通讯界面分两页，第一页显示内容包括：卫星通讯的两个频道及其状态、呼叫控制、呼叫优先权选择、电话本（或称通讯录，DIRECTORY），第二页显示内容包括：登录（LOG）、通讯录编辑（DIRDETAILS）、系统自检（BITE）、系统构型（CONFIG）、SWIFT状态等内容。

当航空器机载卫星通讯设备、卫星通讯网络、地面通讯网络三部分连接后卫星通讯系统便可实现通讯功能，机载卫星通信设备和地面通讯网络连接的过程称为登录（LOG ON）。注意：在机载卫星通信设备登录前，惯导（IRS）必须已经被校准。

机组使用控制显示组件（CDU）和音频控制面板（ACP）来实现卫星通讯系统的语音通讯（见图9）。

3.2 空中呼叫地面

按照3.1步骤进入卫星通讯界面后，按压行选键DIRECTORY>（电话本）进入SAT DIRECTORY INDEX（卫星电话本索引）页面，然后选择一个类别进入SAT DIRECTORY（卫星电话本）页面，选择一个地面站或电话号码。可以使用左侧行选键选择传统频道，如果使用右侧行选键则选择宽网络频道，要确保所选择的通讯录出现在SAT-PHONE（卫星电话）页面。最后按压

4.2.2 在卫星数据组件前面板上做测试

卫星数据组件具备自测试功能，包括通电自测试（POST）、激活自测试（PAST）、持续监视。

POWER（电源）灯指示绿色，FAULT（故障）灯指示红色，按压TEST（测试）按钮，开始自测试，绿色的电源灯和红色的故障灯会交替闪烁60 s，然后熄灭。

卫星数据组件通电后自动激活通电测试，按压测试按钮后开始激活自测试，通电测试和激活自测是进行机载卫星通讯系统的功能测试，两个测试显示现象一致。卫星数据组件自测试期间，卫星通讯系统其他部件也进行测试，并将测试结果反馈给卫星数据组件。

如果在测试时或者卫星数据组件持续监控的参数有问题，红色故障灯将始终点亮（见图16、表2）。

如果存在故障，则需要针对故障提示，按照波音故障隔离手册进行排故。

4.2.3 过站放行的快速处理方法

当飞机过站出现卫星通讯故障时，以山航运行要求为例，可依据最低设备清单MEL23-18章节放行，并通知机组该系统不工作。另外，为满足CCAR121.97要求，需要保证高频或卫星通信系统至少有一套工作正常；为满足CCAR121.351要求，进行延伸跨水运行时，需要有两套远程通信系统（两部高频系统或者一部高频和一部卫星通讯系统）工作正常。所飞航线是否属于延伸跨水运行应由航空公司签派人员确认。

4.2.4 一种异常情况的处理

山航青岛维修基地排故曾多次遇到GPS信号不稳定、容易丢失信号，结果导致逻辑错误的情况，尤其以青岛机场几个廊桥位置和特殊远机位停放的飞机最为明显，GPS信号容易被屏蔽干扰。如果遇到这种类似情况，可以通过与机组沟通，建议飞机推出以后再进行观察的方法来消除这种“故障”现象。

参考文献

[1] 波音公司.B737-700/800飞机维护手册（AMM）[Z].2016.

[2] 波音公司.B737-700/800飞机系统原理图手册（SSM）[Z].2016.

[3] 波音公司.B737-700/800飞机故障隔离手册（FIM）[Z].2016.

[4] 山东航空股份有限公司.B737-700/800飞机最低设备清单（MEL）[Z].2016.