航管应答机测试仪接收特性校准方法研究

党 鹏

（成都天奥技术发展有限公司，四川 成都）

引言

航管应答机是一种用于飞机通信的机载设备，它能够接收地面雷达发出的询问信号，并自动回复飞机的高度、方位、飞行速度等信息。航管应答机作为空中交通管制雷达信标系统ATCRBS (Air Traffic Control Radar Beacon System)的机载部分[1]，起初是由美国陆军航空部队和英国空军在第二次世界大战中研发的雷达敌我识别系统IFF(Identification Friend or Foe)中演变而来。传统的A/C 模式航管应答机广泛列装在我国军民用飞机上，而且随着国产军民用飞机航电技术的快速发展，效率更高、兼容性更好的S 模式应答机也陆续装备在各种机型上。而航管应答机测试仪目前主要依靠进口厂商（如美国viavi 公司），随着测量和监视设备的国产化趋势，国内不少航空电子厂家也在加大航管应答机测试仪的研发生产。

航管应答机测试仪主要用于校准和测量机载应答机的接收和发射特性。航管应答机测试仪是收发一体的仪器，对于机载设备的测试过程都是以询问应答的形式。在机载应答机测试条件下，航管应答机测试仪模拟地面台向机载设备发射询问信号，信号为固定格式的脉冲调制信号，并接收机载设备的应答信号，同时测量应答信号的射频参数、脉冲参数以及应答延时信号。

1 指标梳理

航管应答机测试仪作为地面设备对飞行安全有着至关重要的作用，为了保证航管应答机测试仪测试数据的准确可靠和量值溯源统一，必须对航管应答机测试仪的计量特性进行检定或校准。目前现行有效的检定规程仅有JJG（民航）0069-2004（ATC-1400A 型应答机/测距机测试仪检定规程）[2]，其检定方法主要参考ATC-1400A 设备出厂验收测试程序[3]，检定项目主要分为两大类：发射特性检定和接收特性检定。发射特性校准机构/实验室可以参考民航检定规程很好的指导校准测试工作。在对航管应答机测试仪接收特性检定时，检定规程使用了应答机专用测试台，该台仪器属于专用测试设备，通用性不强、价格昂贵且依靠进口，并且该规程不支持S 模式应答机的测试，而且国内外目前存在多种型号的航管应答机测试仪，因此有必要对航管应答机测试仪的指标及校准方法作出梳理和研究。

根据梳理涉及民用航空、航空工业的研发、生产、使用、维修相关单位使用航管应答机测试仪的主流型号的技术指标和测试方法[4-6]，基本确定了航管应答机测试仪的三大类指标。

第一部分为发射指标，就是发射源产生的具有航管应答机询问信号特性的脉冲调制信号的指标，用来检测机载应答机的接收性能。其中测试仪发出的信号需要满足国际民用航空标准的要求，因此对发射频率，发射功率、载波频谱纯度以及脉冲特性指标都进行了测试，发射指标包含了载波信号的指标和脉冲信号指标，载波信号指标如输出频率准确，输出功率准确度以及频谱特性等，脉冲信号指标包括脉冲通断比，以及脉冲上升/下降时间，以及满足各种模式下的脉冲间隔，脉冲宽度等。

第二部分为接收指标，用于检测航管应答机的发射性能。需要测试航管应答机发射信号的频率、功率，目前主流的航管应答机测试仪更是具有脉冲参数测试能力。因此需要对这些指标进行校准。

第三部分为信道类指标, 比如应答机模式下的应答延时测量指标，这类指标必须遵循询问- 应答的时序关系才能测量出来。校准这类指标需要借助函数发生器的外触发输出方式，并借助双定向耦合器，使用耦合端将询问/应答信号分离后测量。

2 接收特性

测试仪用于测试航管应答机，航管应答机的信号格式与收发特性机制必须满足《国际民用航空组织附件10 航空电信》的相关规定[7]。航管应答机属于L 波段（962 MHz～1 213 MHz 之间），属于脉冲调制波形，并且为了限制带宽，民航公约对脉冲的上升、下降时间，脉冲频谱等指标都做了相应要求，因此测试仪须具备产生满足要求的脉冲调制信号的能力，同时也要具备测试机载脉冲指标的功能。

一般机载设备发射功率较大（脉冲功率为100 W～2 000 W），而接收功率较小（-100 dBm～0 dBm），因此测试仪需要配备动态范围较高的信号发生器，其频谱纯度要满足民航公约的要求，同时测试仪也要具备测量机载脉冲功率的能力。根据测量仪接收特性的特殊要求，本文简要介绍了航管应答机测试仪应答频率、应答功率、应答脉冲特性的校准原理框图、具体方法及步骤。

3 校准方法研究

3.1 应答频率的校准

（1） 仪器连接如图1 所示。

图1 应答频率测量校准框图

（2） 设置航管应答机测试仪为应答机测量模式（XPDR MODE），询问模式为A 模式，询问速率为100 Hz，输出功率为-90 dBm，航管应答机测试仪输出为开。

（3） 函数发生器1 提供应答延时，设置函数发生器为脉冲波形模式，输出幅度为5 V，脉冲宽度为11 μs，输入方式为外触发方式，上升沿触发，触发后输出一个周期波形。

（4） 使用任意波发生器生成应答脉冲信号，也可以使用函数发生器的任意波发生器编辑模式进行波形生成。按照国际民航组织规定的应答脉冲的波形格式编辑并生成A 模式应答脉冲（波形只需要保留框架脉冲F1,F2 即可，中间数据为可设置为0），设置任意波发生器为正常输出模式，输出电压为1 V 峰值。

（5） 设置信号发生器载波频率为1 090 MHz，输出功率为0 dBm，外脉冲调制方式，打开调制开关和输出开关。

（6） 打开脉冲功率放大器1 开关。

（7） 读取并记录航管应答机测试仪频率测量值。

（8） 按航管应答机应答频率测试要求重复（2）～（7）步骤，读取并记录测试仪频率测量值。

（9） 关闭脉冲功率放大器1 开关，关闭函数发生器、信号发生器以及测试仪输出开关。

3.2 应答功率测量

（1） 仪器连接如图2 所示。

图2 应答功率测量校准框图

（2） 设置测试仪为应答机测量模式，询问模式为A 模式，询问速率为100 Hz，输出功率为-90 dBm，同步脉冲为与询问信号同步。

（3） 函数发生器1 提供应答延时，设置函数发生器为脉冲波形模式，输出幅度为5 V，脉冲宽度为11 μs，输入方式为外触发方式，上升沿触发，触发后输出一个周期波形。

（4） 使用任意波发生器生成应答脉冲信号，也可以使用函数发生器的任意波发生器编辑模式进行波形生成。按照国际民航组织规定的应答脉冲的波形格式编辑并生成A 模式应答脉冲（波形只需要保留框架脉冲F1,F2 即可，中间数据可设置为0），设置任意波发生器为正常输出模式，输出电压为1 V 峰值。

（5） 设置信号发生器载波频率为1 090 MHz，输出功率为0 dBm，外脉冲调制方式，打开调制开关和输出开关。打开函数发生器和任意波发生器输出开关。

（6） 打开脉冲功率放大器2 开关。

（7） 读取并记录测试仪测得的脉冲功率P0和脉冲功率计测得的脉冲功率P1，则由公式计算出功率标称值P0。

式中：A1表示衰减器的衰减量标准值；

C1表示双定向耦合器耦合度标准值。

（8） 关闭脉冲功率放大器2 开关，关闭函数发生器、信号发生器以及测试仪射频输出。

3.3 应答脉冲特性测量

（1） 仪器连接如图3 所示。

图3 应答脉冲特性测量校准框图

（2） 设置测试仪为应答机测量模式，询问模式为A 模式，询问速率为100 Hz，输出功率为-90 dBm，同步脉冲为与询问信号同步。

（3） 函数发生器1 提供应答延时。设置函数发生器1 为脉冲模式，输出方式为外触发方式，上升沿触发，触发后输出一个周期波形，输出幅度为5 V。设置脉冲宽度为11 μs。

（4） 任意波发生器生成应答脉冲信号，也可以使用函数发生器2 的任意波发生器模式进行波形生成。按照国际民航组织规定的应答脉冲的波形格式编辑并生成A 模式应答脉冲（波形只需要保留框架脉冲F1,F2 即可，中间数据可设置为0），设置任意波发生器为正常输出模式，输出电压为1 V峰值。

（5） 设置信号发生器载波频率为1 090 MHz，输出功率为0 dBm，外脉冲调制方式开。

（6） 打开信号发生器输出开关和调制开关，打开脉冲功率放大器1 开关。

（7） 使用示波器中自动测量功能测量的应答脉冲中指定脉冲的脉冲宽度、上升下降时间，脉冲间隔。

（8） 读取并记录测试仪测得的应答脉冲中指定脉冲的脉冲宽度，上升下降时间，脉冲间隔。

（9） 改变测试仪询问模式，重复（3）～（8）步骤进行测量。

（10） 关闭脉冲功率放大器1 开关，关闭任意波发生器、信号发生器以及测试仪射频输出。

4 校准方法验证

以VIAVI 公司ATC-5000NG 航管应答机测试仪为实验对象，验证上述校准方法的可行性，具体测试数据见表1- 表3。

表2 应答功率校准方法测试验证结果

表3 应答脉冲特性校准方法测试验证结果

结束语

利用通用仪器搭建校准平台实现了航管接收机测试仪接收特性的校准，满足军民用航空标准规范的计量要求，替代了进口专用仪器的限制，为相关计量机构校准航管应答机测试仪提供了具体方法，解决了该类仪器设备量值溯源的问题。