VHF地空数据通信系统监测方法
VHF地空数据通信系统监测方法
Monitoring Methods of VHF Air-Ground data communication system
目 次
前言...........................................................................
1 范围........................................................................
2 规范性引用文件..............................................................
3 术语和定义..................................................................
4 VHF地空数据通信系统........................................................
4.1 VHF地空数据通信系统设备的基本组成......................................
4.2 VHF地空数据通信系统框图................................................
4.3 VHF地空数据通信系统信号类型及参数特征..................................
4.4 VHF地空数据通信系统通信频率............................................
4.5 VHF地空数据通信系统设备主要性能指标...................................
5 VHF地空数据通信系统监测方法................................................
5.1 VHF地空数据通信系统监测设备配置规范....................................
5.2 监测方式................................................................
5.3 监测地点.................................................................
5.4 参数设置.................................................................
5.5 场强测量.................................................................
5.6 占用度测量及分析.........................................................
5.7 信号监测及分析...........................................................
5.8 VHF地空数据通信系统干扰判定分析.........................................
5.9 VHF地空数据通信系统干扰源定位方法......................................
附录A VHF地空数据通信系统监测表格.............................................
A1 航空无线电监测任务报告表..................................................
A2 VHF地空数据通信系统频点占用度统计表.......................................
前 言
VHF地空数据通信时民航目前重要的通信手段，担负飞机OOOI状态监控，飞机飞行动态监控，飞机发动机运行状态实时监视，飞机运行状态实时监视，空中交通管制与服务等。为了使VHF数据通信正常运行，保证通信质量和畅通，除了要求VHF地空数据通信系统的技术性能和维护工作达到要求以外，还需要对VHF地空数据通信系统进行监测方法制定，来保障VHF地空数据通信系统可靠运行。
本标准是VHF地空通信系统监测方法系列标准之一，该系列标准的名称如下：
1.《VHF地空数据通信系统监测方法》
2.《VHF地空话音通信系统监测方法》
3.《HF地空通信系统监测方法》
本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草
本标准由XXXXXXXXXXXXXXXX提出
本标准由国家无线电监测中心归口
本标准起草单位：
本标准主要起草人：张宁
VHF地空数据通信系统监测方法
1 范围
本标准规定了VHF地空数据通信系统的监测方法。包括VHF地空数据通信系统的定义、实现的功能以及信号类型；VHF地空数据通信系统监测设备的配置；VHF地空数据通信系统的监测方法、VHF地空数据通信系统常见干扰类型及干扰源判定分析以及定位方法。
本标准适用于117.975MHz-137MHz频段VHF地空数据通信系统。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修版单）适用于本文件。
GB/T 14431-1993 无线电业务要求的信号干扰保护比和最小可用场强
GJBz 20093-92 VHF/UHF航空无线电通信台站电磁环境要求
MH 4001.1-1995 甚高频地空通信地面设备通用规范第1部分 甚高频设备技术要求
ITU-R SM.1392-2发展中国家频谱监测系统的基本要求（01/2011）
ITU-R SM 1723-1-2008移动频谱监测设备
ITU-R SM 378-7 监测站的场强测量
《国际民航公约》附件10
频谱监测手册
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本标准：
3.1 最小可用场强 minimum usable field strength
当存在自然和认为噪声但没有来自其他发射机的干扰时，在规定的接收条件下为了达到希望的接收质量所必要的最低场强值。
3.2 地空数据通信 air-ground data communication
航空器和地面站之间的双向数字通信。
3.3 遥控地面站 remote ground station
是VHF地空数据通信系统的地面节点，用于飞机与地面数据通信网的连接，主要功能是将地面采集的维护数据通过地/空数据链发到飞机，并接收空中通过VHF机载数据通信系统发来的监控数据。
3.4 VHF地空数据通信系统 VHF air-ground data communication system
该系统用于在117.975MHz-137MHz频段飞机机载设备和地空通信网络之间建立飞机与地面计算机系统之间的连接，实现地面系统与飞机之间的双向数据通信。
4 VHF地空数据通信系统
4.1 VHF 地空数据通信系统设备的基本组成
VHF地空数据通信系设备分为机载设备和地面设备两部分。机载设备由VHF机载收发信机、VHF天线和控制盒三部分组成；地面设备由RGS收发信机、VHF天线、调制解调器、数据处理单元、控制单元和网络接口设备组成。
4.1.1 VHF地空数据通信系统机载设备的基本组成
4.1.1.1 VHF机载收发信机
VHF收发信机可对射频信号进行调制和发射、接收和解调，从而实现数据通信。
4.1.1.2 VHF天线
VHF天线可在VHF频段全向发射和接收射频信号；垂直极化，具有50Ω阻抗值，长12英寸，宽8英寸。
4.1.1.3 控制盒
作用为选择频率，调节音量及对系统进行测试。
4.1.2 VHF地空数据通信系统地面设备的基本组成
VHF地空数据通信系统地面设备由VHF RGS收发信机、VHF天线、调制解调器、数据处理单元、控制单元和网络接口设备组成。
4.1.2.1 VHF RGS收发信机
VHF RGS收发信机可对射频信号进行发射和接收，根据近进和航路有50W和25W两种发射功率。
4.1.2.2 VHF 天线
全向单极天线，垂直极化，18英寸长。
4.2 VHF地空数据通信系统框图
图1.VHF地空数据通信系统框图
4.3 VHF地空数据通信系统信号类型及参数特征
VHF地空数据通信系统发射信号为AM-MSK调制的数字信号，信道间隔为25kHz，传输速率为2400bit/s，载波侦听存取（CSMA）协议方式通信。
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VHF地空数据通信系统MSK信号频谱图和瀑布图：
图2.VHF地空数据通信系统MSK信号频谱图和瀑布图
4.4 VHF地空数据通信系统通信频率
VHF地空数据通信系统的技术特性在《国际民航公约》附件10第I卷中做了详细规定。其频率范围为117.975MHz-137MHz（实际指配的范围为118MHz-136.975MHz）；信道间隔为25kHz。其中中国地区（含香港、澳门）使用的VHF数据通信基频频率为131.450MHz。
4.5 VHF地空数据通信系统设备主要性能指标
频率范围：117.975MHz-137MHz
天线阻抗：50Ω
信道间隔：25kHz
天线辐射：垂直极化
工作方式：半双工
频率稳定度：±5ppm
数据接口：RS232或者RS485
收/发转换时间：<=20ms
电源：AC 220±22V，50Hz±5Hz，DC 24±2.4V
5 VHF地空数据通信系统监测方法
在117.975MHz-137MHz频段，航空移动业务系统内部的射频保护比为20dB，地面接收的最小可用场强为26dBuV/m；机载系统接收的最小可用场强为32dBuV/m。
5.1 VHF地空数据通信系统监测设备配置规范
根据实际干扰情况的不同，可采用固定监测站、可搬移/小型监测站、移动监测车或便携式监测测向设备对117.975MHz-137MHz频段范围内信号实施监测和测向定位。
5.1.1 设备要求
本标准中监测测向所用设备为监测接收机、测向接收机、频谱分析仪或场强仪，所有测量设备和附件（包括天线、射频电缆等）必须经过国家计量部门的检定认可。
5.1.2 测量接收机
a） 测量频段覆盖20MHz-200MHz
b）
调谐分辨率
10Hz
c） 场强测量精度±3dB
d） 具有均方根检波方式和峰值检波方式
e） 输入驻波比（天线输入）50欧姆，标定的<2.5
f） 具有对一个或多个频段的快速扫描能力，具有对多个选定信道的快速扫描能力
5.1.3 测向接收机
a) 测量频段覆盖20MHz-200MHz
b) 测向精度：±3º
c) 动态范围：IP2 >60dBm，IP3 >30dBm
d) 响应时间：<10ms
e) 测向误差：1°-5°(rms)
5.1.4 测量天线
测量时天线选用覆盖20-200MHz频段垂直极化全向及定向天线；所选用天线应是具备计量标定的天线。
5. 1. 5 电缆
a) 应选用特性阻抗为50欧姆的同轴电缆
b) 应给出所用电缆在工作频段范围内的衰减值
5.2 监测方式
根据实际干扰情况的不同，可采用固定监测站、可搬移/小型监测站、移动监测车或便携式监测测向设备对VHF地空数据通信系统117.975MHz-137MHz频段范围内信号实施监测和测向定位。
5.2.1 固定监测站
在覆盖VHF地空数据通信系统117.975MHz-137MHz频段范围内，固定监测站应能够完成所有的监测、测量、测向工作，不受工作空间、天线架设和供电的限制。应按“ITU-R SM.1392-2发展中国家频谱监测系统的基本要求（01/2011）”和《频谱监测手册》第2.6节“选址、机房建设及设施”的要求进行固定监测站监测测向系统的配置。
5.2.2 可搬移/小型监测站
在固定监测站的覆盖范围外，能方便接到电源的地方，可架设可搬移式/小型监测站。可搬移式/小型监测站应测向设备应能实现对VHF地空数据通信系统117.975MHz-137MHz频段范围内干扰信号的监测、分析、测向、定位等功能。
5.2.3 移动监测车
拥有在移动中监测测向的能力，应按“ITU-R SM 1723-1-2008移动频谱监测设备”的要求进行移动监测车监测测向系统的配置。满足对VHF地空数据通信系统117.975MHz-137MHz频段范围内干扰信号的监测、分析、测向、定位等功能。
5.2.5 便携式监测测向设备
主要用于干扰源的逼近查找和精确定位。该类设备应能覆盖VHF地空数据通信系统117.975MHz-137MHz频段，配备适合便携的天线、滤波器、放大器、衰减器等。
5.3 监测地点
本标准制定的VHF地空数据通信系统监测方法中，监测地点的选择均认为在航空器飞行航线航路上，所有固定设备和移动设备的架设均在航空器飞行航线航路上。
a) 测试点应选在开阔地段，要尽量避开架空导线、主要交通公路、电气化铁路、电力牵引设备、高压输电线等各种干扰源，降低到达测量点的反射杂波。
b) 测量点周围物体超过测量天线架设高度时，物体与天线间水平距离一般应不小于物体高度；周围物体未超过测量天线架设高度时，物体与天线间水平距离一般不小于测量天线的高度或物体最大高度。
5.4 参数设置
a) 监测频段为 118MHz-137MHz
b) 解调方式为 AM
c) 监测带宽为25kHz
d) 测量带宽略小于信号带宽
5.5 场强测量
使用频谱分析仪测量，需要连接标准测试天线。如果该频谱分析仪具有天线系数存储功能，则可以在测试前将天线系数存在机内，再在测量时使用Marker功能，标记所测AM-MSK信号，可以直接显示出场强数值E（dBµV/m）。如果该频谱分析仪不具有天线系数存储功能，则可先使用Marker功能，记录下所测信号的电平值Er（dBµV或dBm），而后通过公式（1）或公式（2）计算出场强值E（dBµV/m）。
------------------------(1)
-------------------(2)
使用其他监测测向设备进行场强测量，记录峰值电平值Er（dBµV或dBm），而后通过公式（1）或公式（2）计算出场强值E（dBµV/m）。
5.6 占用度测量及分析
5.6.1 占用度测量
a) 设置测试频率，监测带宽等测量参数
b) 设置测试频率的测量门限电平
c) 完成待测频率的参数设置
d) 根据系统提供的功能，设置好起始/结束时间、存储时间间隔等相关数据，启动测量
5.6.2 占用度分析
有条件的情况下，应进行周、月、年的连续测量，根据《VHF地空数据通信系统频点占用度统计表》，录入占用度统计值。
a) 掌握频点在一个较长时间内的信号发射规律
b) 掌握频点的背景噪声状况，确保频点不受大的噪声源影响
c) 掌握频点的干扰信号情况
d) 掌握118MHz-137MHz全频段或某一特定频段的宏观频谱资源利用状况
5.7 信号监测及分析
a) 对118MHz-137MHz频段内频点进行监测，记录场强、带宽、示向度、信号调制、频率占用度等参数
b) 建立118MHz-137MHz频段内VHF地空数据通信系统AM-MSK调制信号标准样本
c) 对测得信号进行分析解调，并与VHF地空数据通信系统MSK调制信号样本进行比对
d) 如果为正常信号，则重复步骤a,c
e) 如果与比对信号不符，根据本标准5.8要求,对干扰信号进行分析
f) 按照本标准5.9要求，进行干扰查找
g) 完成监测定位结果记录，并填写《航空无线电监测任务报告表》
h) 重复上述步骤
5.8 VHF地空数据通信系统干扰判定分析
5.8.1 干扰现象
a) 波形或频谱异常:接收到的无线电信号波形和频谱与正常AM-MSK调制波形频谱不一致；
b) 数据异常:对接收到的无线电信号解调分析，分析结果与正常结果不一致；
5.8.2 干扰判定
以下干扰判定均以排除设备异常情况为前提进行。
5.8.2.1 频谱特性判定
当监测频谱出现异常时，出现以下几种情况时，应视为出现干扰：
a) 正常信号频谱中间有其他频谱分量；
b) 正常信号频谱附近噪声提高；
5.8.2.2 时域特性判定
对调制信号进行时域特性分析，当信号的时长、出现间隔等变化规律与正常AM-MSK调制信号不一致时，应视为出现干扰；
5.8.2.3 调制域特性判定
对调制信号进行分析，当调制方式、符号速率、载波频率、载噪比、误码率等调制域特性与正常AM-MSK调制信号不一致时，应视为出现干扰；
5.8.3 VHF地空数据通信系统干扰类别分析
5.8.3.1无线电台产生的干扰
无线电台的干扰包括同频干扰、互调干扰、带外干扰、邻频干扰、阻塞干扰等。
5.8.3.2 ISM所用设备产生的干扰
ISM所用设备产生的干扰信号形式多样，主要表现为噪底抬高，出现不规则脉冲或噪声尖峰等。
5.8.3.3 其他任何种类电器设备和装置（除ISM所用设备）产生的干扰
电器设备和装置一般有较高的本振频率，该类设备工作时，其本地振荡器会产生微量辐射。
5.8.3.4 干扰源与电台距离产生的干扰
干扰源与电台距离达不到规定防护距离产生的干扰。VHF地空数据通信系统电台对各类干扰源的防护距离要求见表1。
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干扰源 |
防护间距 m |
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调频广播 |
1kW（含）以下 |
10000 |
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1kW以上 |
6000 |
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电气化铁路 |
300 |
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干线公路 |
二级及以上公路 |
300 |
|
高压输电线 |
100 kV -220 kV |
200 |
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220 kV -330 kV |
250 |
|
|
500 kV |
300 |
|
|
工、科、医射频设备 |
允许值符合要求时 |
800 |
表一.VHF地空数据通信系统电台与干扰源防护距离
5.9 VHF地空数据通信系统干扰源定位方法
5.9.1 无线电干扰源定位查找流程
可按图3所示流程进行无线电干扰源的定位查找，具体步骤如下：
a) 分析干扰申诉单中航空无线电干扰信号的情况，利用固定监测站进行初期监测，确定干扰信号是否存在；
b) 未监测到干扰信号的情况下，到受干扰现场进行测量。若现场测量为VHF地空数据通信台、天馈系统等设备自身造成的干扰，按7.3所述确定干扰的具体类别，并完成航空无线电监测测向报告表；否则应采用移动监测手段沿干扰信号来波方向进行测向和场强逼近查找；
c) 固定监测站能监测到干扰信号的情况下，应根据分析和监测情况确定可用的监测测向设备及天馈系统等，分别按照5.8.1和5.8.2所述方法完成干扰的判定和类别分析，填写《航空无线电监测任务报告表》；
d) 组织监测人员进行干扰信号的测向和定位；
e) 固定监测站无法确定干扰源大致位置的情况下，可利用移动监测进行补点测向，多站交会确定干扰源的大致位置；
f) 确定干扰源大致位置后，利用移动监测手段实施测向和场强逼近查找；
g) 最终查找到干扰源，完成航空无线电监测任务报告表并将资料整理归档；
h) 若仍无法定位干扰源位置，则应重复步骤c；
图3.VHF地空数据通信系统无线电干扰源定位查找流程框图
组织固定监测站进行干扰源定位，宜采取如下步骤：
a) 确定参与交汇定位的测向系统
b) 测向及交汇定位
c) TDOA定位方法：对于配备有TDOA定位设备的固定监测站，可采用TDOA定位方法得到干扰源所处的大致区域。TDOA定位宜用于较弱的宽带干扰信号的定位。
5.9.3 可搬移式/小型监测站干扰源定位过程
利用可搬移式/小型监测站进行干扰源的监测测向过程宜采用如下步骤：
a) 架设可搬移式/小型监测站
b) 测向及交汇定位
c) 利用覆盖范围辅助定位
移动干扰定位主要是出动移动监测车或徒步手持便携式监测测向设备，在移动过程中展开监测和测向工作，并利用场强逼近方法精确定位干扰源。宜采取如下步骤：
a) 远距离干扰源监测和测向
在固定监测站或可搬移式/小型监测站无法测得干扰源大致位置时，应出动移动监测车。选择监测场强增强或示向度趋于稳定的方向为干扰源的来波方向，沿此方向进行沿途监测和测向。
b) 近距离场强逼近，干扰源定位
按照5.9.2、5.9.3节定位过程或远距离干扰源测向得到干扰信号大致方位后，应手持便携设备前往干扰源附近区域进行搜索，转动方向性天线，统计并分析不同地点和方向的场强值，通过场强值的变化趋势来判定干扰源位置。
c) 确定干扰源位置
附录A.1
航空无线电监测任务报告表
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需求单位 |
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任务编号 |
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开始日期 |
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结束日期 |
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监测频率或频段 |
频率（MHz） |
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频段（MHz） |
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监测区域 |
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监测分析 |
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干扰源频谱分析 |
干扰源测向定位 |
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占用带宽(kHz) |
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干扰源定位经纬度 |
E: |
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信号强度(dBm) |
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N: |
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干扰频率(MHz) |
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发射类别 |
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调制方式 |
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电台种类 |
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监测分析 |
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备注 |
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填表人： 审核人： 填表时间：
附录A.2
VHF地空数据通信系统频点占用度统计表
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监测站名称 |
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任务编号 |
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开始时间 |
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监测站坐标 |
E: |
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结束时间 |
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N: |
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接收机型号 |
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天线类型 |
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中频带宽（kHz） |
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门限电平（dBμV） |
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时间 频率 |
131.450 |
126.475 |
....... |
....... |
....... |
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00:00-01:00 |
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01:00-02:00 |
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|
....... |
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11:00-00:00 |
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日占用度（%） |
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占用度分析 |
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备注 |
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填表人： 审核人： 填表时间：