航空电子通信系统关键技术问题的浅析

摘要：近年来，中国的航空事业发展迅速，这一发展有力地推动了国家经济的进步，使得人们可以享受更安全、更便捷的出行方式。数字化通信技术、计算机软硬件技术、中国自主研发的导航技术以及5G移动通信技术等高端电子通信技术的运用，极大地增强了中国航空技术的安全性和可靠性。文章对航空通信中的几个主要技术问题进行了深入的剖析与讨论，并提出了几点合理化的意见，希望能对从事航空通信的工作者有所启示。

关键词：航空电子；通信系统；关键技术

在航空系统中，通信系统无疑是非常重要的一环，是确保一架飞机能够顺利运行的最根本保障。由于飞机的各种功能和复杂度的提高，各种性能的持续提高，这就需要借助更先进的电子通信技术，来实现有关的工作，从而保证飞机的运转稳定和飞行安全。

以前的科技水平，只能进行基本的通信，现在的科技水平，已经可以进行高效的影像传输，达到了实时通信的目的。现代航空通信技术的运用，可以极大地提高航空器通信的速度与稳定度，并借助分散式机载通信网络，可以高效地满足航空器多种通信需求。为了改善航空通信的可靠性与效率，必须对其在航空通信中的使用情况进行合理的研究。

一、航空电子通信系统概述

最近几年，伴随着电子和通信技术的迅速发展，它在航空业中的运用也变得更加普遍，数码技术和微电子技术在航空业中的运用促进了飞行器的总体性能的提高。从80年代起，国内就已经将电子通信设备应用于飞行器上，这使得航空科技得到了很大的提升，并且为随后的航空电子设备取得了一定的领先地位奠定了坚实的基础，而飞机航空电子系统的架构也由传统的分立式和联合式向如今的分布式、高集成式的航空电子体系结构发展，在航空电子通信系统的发展历程中，大致可以划分为独立装置、联合式和综合式三个阶段。

独立的装置级，即多个独立的传感器，终端显示操作装置，以及处理器等，它们的电子通信其实也是点对点的电线。其次是一体化航电体系，该体系基于数据处理程序，将控制、导航、通信等多个模块的功能整合起来，多通道之间由总线相连，为多种控制和显示的实现提供了依据。

最后合成组件，其功能就是利用多个可更换的组件，完成对应的信号处理任务。采用模块化设计方法，可以改善系统的集成性和可重构性。纵观航电体系的发展历史，其各个职能在起步阶段是彼此独立的，每个功能之间只有极少数的互动，这种做法的好处就是可以进行单独的开发，而且如果有一些功能出现了问题，也不会对其他的功能产生太大的影响。然而，伴随着飞机的功能变得越来越复杂，这种做法会极大地降低了飞机的工作效率，同时也比较难以进行技术升级。

而后来出现的集成模块化航空基通信技术，则能够很好地克服以上问题，其人机界面更加友好，运行更加方便，使用更少量的硬件就能够实现相关的功能，还可以提高功能的综合水平，同时还可以让数据的处理和共享变得更为方便，这也将会是今后航空子系统发展的主要趋势。

二、航空电子通信技术的发展历程

随着微电子学和数字化科技的发展，航空科技对飞行器起降、飞行控制等各领域的重要性日益凸显。作为飞行器中重要的组成部分，其性能直接关系到飞行器的整体性能，进而提升部队的综合实力，同时也能够提升战机的战斗力与服役年限。当前的空运系统，尤其是在战争时期，采用的是一体化结构。

例如，针对军用飞机的航天电子信息技术，采用相关的技术方法，对一些核心技术进行解决，手机通信技术就是其中之一，作为电子信息科技的主体，在当今的电子通信科技中扮演着重要的角色，并且具备较高的实用性。随着电子和信息科技的迅猛发展，手机通信得到了迅猛的发展。

三、航空电子通信系统关键技术分析

（一）航空电子通信系统拓扑结构

在航空通信系统中，每一种互联的物理架构都是以总线为基础，而每一种互联的子通信架构都是以互联为基础的。从当前的情况来看，一般的航空通信系统拓扑结构主要包括单级总线拓扑结构等，它们已经在实际工作中获得了良好的使用效果，因而具有较强的理论依据和实际意义。一阶总线拓扑，其实就是将各子系统之间的联系，因为这种联系方式比较简单，可以完成的数据交换也比较小，因此，它被广泛地运用在一些具有很小的网络通信负荷的电子通信系统中。

当一个电子通信系统中，子系统数量较多，通信负载较大时，可以使用多个单级总线结构，这种拓扑将各个子系统按某种程度上的要求进行了科学的、理性的划分，然后把它们分别与总线相连，这样就可以完成比较复杂的业务传送工作。另外，采用多层级总线架构，底层总线能够即时接收并执行来自上级总线的命令，使得整体运行更加便捷，该拓扑是一种十分复杂的网络架构，包括很多比较复杂的处理函数以及很多的通信服务。

（二）航空电子通信系统层次架构

航空信息通信的构建离不开分层的架构，一般而言，空天信息通信包含应用层、物理层、传输层、驱动层和数据链路层五个层面，因此能够更好地完成系统的硬件系统组态和软件编程，明晰了层级，可以让整个通信系统的应用更加完整。简单地说，物理层可以将在物理介质中呈现的比特流传递出来，之后，由驱动层与各种程序相连，最后由传输层来传递和分配信息，由应用层来管理和提供相关的应用，最后，在数据链路上调整消息的发送顺序，使它的传输更为理想。

（三）航空电子通信系统时钟同步设计技术

在航空电子通信系统中，有许多的子系统，每个子系统都会有各自的运转的定时时钟，由于各种原因，会造成不同程度的定时误差，所以，就必须将这些时钟进行同步，总体的定时应该是平稳的，并且要进行同步的设计，这样才能有效地防止系统的定时误差。在现实生活中，大部分的航空通信系统，都会在总线等子系统上装上一个实时定时器，然后利用航空系统，对定时器进行开机和控制，从而向子系统发出定时信息，让子系统的定时器根据定时信息来调节偏差，从而确保了时钟的同步。钟差同步技术不仅显著提升了航空电子通信系统的运行效率，还通过采用标准化的同步协议和模块化设计，大大简化了系统的架构和操作流程。这不仅降低了长期的维护成本，减少了因系统复杂性带来的潜在故障点，还在整体上降低了实现和维护的费用。标准化协议使得不同制造商的设备间兼容性增强，模块化设计则便于系统的扩展和升级，进一步提升了系统的灵活性和响应速度，最终实现了系统性能和经济效益的双重提升。

（四）航空电子通信系统故障清除技术

在航空电子通信系统中，故障消除技术也是一个十分重要的技术问题，因为在工作的时候，有许多的外界干扰因素，一旦出现问题，就有可能导致整个电子通信系统出现问题，严重的还会导致硬件系统的损伤，造成永久失效。因此，要想办法将之修补好。总线控制器负责全面地检测各子系统的故障情况，并将问题解决，第一个问题就是由总线控制器来解决，一旦问题解决了，就会被认为是暂时的问题，而如果问题持续的话，就会被认为是永久的问题，必须将问题的相关内容记录下来，并将其上传到总线控制器中，以保证相关的问题可以被解决。

（五）航空电子全双工交换式以太网技术

该方法在虚拟链路通信模式下，既能保证最大的通信频宽，又能有效地抑制网络传输的分组丢失率及最大的晃动。目前，基于IEEE802.3和TCP/IP等先进的航电设备交换以太网技术为研究对象，并与特定的强迫实时传送测试方法相互融合，既能保障通信的安全性，又能满足用户的确定性要求。本项目针对空天飞机的特点，提出一种基于多开关接入的航电系统拓扑结构，采用多开关连接的方法，把飞机的物理和运行层有机地融合起来，形成一个标准的人机界面。

（六）卫星通信技术

在当前的通信中，卫星通信技术是最成熟的一种，它具有覆盖范围广、信息传输质量高、组网方便等优点，是航空通信系统的关键技术。在此基础上，提出了一种利用人造地球卫星作为中继节点，利用其发射的电磁波来进行数据传输的新方法。在具体的使用中，我们会看到，针对目前的航天通信技术，其信息处理速度相对较低，难以达到目前的民航通信需求，因此需要大幅度提升卫星通信的处理速度，此时，可用激光传送代替，这样可以降低信号的干扰，改善信息的传送质量。

（七）天线技术

为了达到高效的通信，飞机上会安装大量的电子通信装置，而这一切都需要先天条件，因此，在航天通信领域，天线也是一个不可或缺的关键技术。本文着重讨论了高频段、航线道以及宽带天线.利用该技术可以进行远程语音通信，是航空器与航空器以及航空器与地面站之间通信的一种行之有效的手段。本项目拟采用2.0～29.999MHz的高频通信方式，通过地表及电离层对通信信号进行周期性的反射，实现通信信号的传输。雷达回波的持续时间与航向高度密切相关。该航线的天线由两个单元组成，用于将射频信号送到1号接收器和2号接收器。它的接收频率为108.1～111.52MHz，通信间隔为1/10的1/10波段。RA是一种无线测高仪，通常安装在航空器的下方，作用是接收来自航空器的信号，从而计算航空器与航空器之间的竖直距离。

（八）空时自适应滤波技术

由于航机工作环境比较复杂，各种类型的电磁干扰非常突出，航机通信电子器件普遍使用时空域自适应滤波器（STAP）。STAP使用多个阵元构成天线矩阵，其滤波系统的处理器利用网络化的结构来完成对天线单元的反馈调整，精确调整微波网络中的天线单元幅度、相位以及波束方向等，并产生方向图的零点，进而排除各种干扰的影响。该方法是在每个阵列单元的前端加入一条时域滤波器，用于对接收到的数据进行滤波。该系统利用多个天线阵元及时域延迟，并综合干扰信号的时空特征及能量特征，实现对空域干扰来向零陷值的精确调整，实现各类干扰信号的快速消除及抑制，可高效地应对复杂的电磁环境。此外，STAP滤波器的模块化结构使其具有较大的尺寸和较好的可扩充性。

结语

在飞行器的综合能力得到进一步提升的同时，这就需要不断使用新的科技来提高整个民航通信系统的稳定性、准确性和有效性，从而提高民航通信的可靠性和准确性。重要技术方面的探索力度，使其在各个方面都得到进一步的提升，为此，文章对航空通信技术中的几个重要技术问题做了简单的探讨，希望可以为该技术的发展提供更好的技术支持。

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作者简介：游蕊（1996—），男，汉族，河南信阳人，大专，助教，航空电子；

白雪琪（1996—），男，汉族，安徽亳州人，大专，助教，航空电子。