机载广播/电视系统试飞技术

陈 宁，肖 妮，孟 超（中国飞行试验研究院，陕西西安，710089）



机载广播/电视系统试飞技术

陈 宁，肖 妮，孟 超
（中国飞行试验研究院，陕西西安，710089）

摘要：结合某机载广播/电视系统的试飞内容，对该试飞领域进行了技术探索，本文着重介绍了测试区域选择方法、测试点布局设计以及场强辅助分析等。

关键词：菲涅尔区；覆盖范围；作用距离

0　引言

顺应现代化信息战的需要，将广播、电视等大功率音视频发射设备装载于高速运动平台上，其试飞技术国内尚属空白。本文通过对机载广播/电视系统的试飞，在该领域探索出一套科学高效的试飞模式，本文就其试飞技术作以介绍。

1　试飞方法

机载广播/电视系统的试飞内容主要有：测试区域选择、测试点布局、系统综合化试飞、场强监测等。

1.1地面测试区域的选择

图1　在平面上菲涅尔区边界示意图

众所周知：在收、发天线之间的电波传播空间，根据惠更斯-菲涅尔原理可将传播路径划分成多个菲涅尔区。以收发天线连线为轴线，与轴线相位差小于的区域为同相区，称为第一菲涅尔区，它是以收、发天线分别为两个焦点的椭圆球，由收、发天线到椭球面上任一点的连线长度与两焦点距离之差为λ/2（λ为波长）。由发射天线经椭球内任一点到接收天线的电波与收发间直达波的相位差≤，为同相相加。紧邻第一菲涅尔椭球区，与其球面的相位差小于的区域也是一个椭球区，称为第二菲涅尔区，依次向外的椭球区称为第三、第四、......菲涅尔区，第一、第三菲涅尔区同相，第二、第四菲涅尔区同相，相邻的反相。工程上常把第一菲涅尔区作为对电波传播起主要作用的区域，称为传播主区，只要在主区内满足自由空间条件，无障碍物，就可认为电波是在自由空间传播。

图1为收发天线在平面YOZ上的菲涅尔区边界示意图。其中发射天线（机上广播/电视天线）距YOZ面高度为Ht，接收天线（测试点）距YOZ面高度为Hr，收、发天线之间距离为R。

由图中得出：发射源和测试点通过地面的最短路径RRO为：

考虑一般情况，对于平面上任一点（不一定在菲涅尔椭球区），设其坐标为（o、y、z），则源天线和接收天线间通过此点的路径RR长度由下式决定：

按RR传播的射线的相位将滞后于按传播的射线的RRO相位，差值应为：

根据菲涅尔椭圆定义，在第N菲涅尔椭圆上任一点（o、y1、z1）：

确定第N个菲涅尔区边界的公式为：

由上式可知，N取1，2，3，...时将得出菲涅尔椭圆与平面的相交线，λ取不同数值也将得到不同大小的椭圆，N越大，λ越大，椭圆就越大。

因此，为了保证能够测试到真实可靠的试飞数据，达到广播/电视信号在自由空间传播的目的，就必须在试飞前期根据信号的频率、功率及方向性系数进行详细计算，并针对测试区域进行细致的地理考察和频谱侦测工作，避免高大障碍物（如山峰）对信号的遮拦以及当地强电磁信号（如信号发射塔）的干扰，甄选出既满足通视要求又满足电磁环境要求的菲涅尔区作为测试区域。

1.2根据机载广播/电视天线的方向图特性进行地面测试点布局

根据其发射天线的方向图特点，针对指标要求的覆盖范围（水平×纵深）和作用距离，首先设计了与航线平行的地面测试点布置方案（见图2），纵深覆盖范围的测试依赖于试飞航线的远近调整，该方案的缺点是不能同时判定水平覆盖范围和纵深覆盖范围，而且试飞周期长。后经过反复计算论证和多种地面布局方案的模拟比较，根据各分系统天线方向图的E面波束宽度和H面波束宽度，制定出在航线中心垂直线上不等距布局的测试点分布方案（见图3），在弱化地势影响和精简地面人员的前提下最大程度地保证了测试指标的科学有效性。

图2　试飞示意图a

图3　试飞示意图b

1.3系统综合化试飞

系统综合化试飞的前提是实现机载广播/电视系统全状态工作，这不仅是对载机任务电源系统的考验，更是对整机电磁兼容性的严酷考验。首先要进行前期充分的地面电磁兼容性试验，对暴露出来的各类干扰现象进行了认真分析，根据其干扰机理采取滤波、屏蔽、闭锁、分时、分频等相应合理的抑制措施或有效的隔离措施，并经过地面多次试验并确认干扰消除后，方可在空中实施广播/电视系统全状态工作。

1.4地面场强测试

以往的场强测试，均是在一静一动的条件下进行，既在源或点某一条件相对固定的环境下测试场强的变化趋势。辐射源在动态情况下，它的场强在整个辐射区域是如何分布变化的，我们从来没有相关积累，国内也没有相关资料，机载广播/电视系统试飞为我们探索这一全新领域提供了良好的契机。

在机载广播/电视系统鉴定试飞过程中，各个测试点对所有音视频数据进行完整的采集记录，经过对各点同时段录制的音视频节目质量和相应场强值的比对分析，结果证明音视频节目的收视效果和它的场强大小是趋势一致的，但是，这种结论只能针对单个测试点。经过对大量数据统计分析，发现整个测试区域的场强分布和音视频节目质量之间并没有很规律的关联。经分析，造成这种结果的原因如下：一是环境影响，如环境电平的随机变化、天气对电磁场传播的影响、地球曲率的影响、周围存在不定的电磁干扰、测试系统的架设环境多样、地表引起的漫反射等等；二是人为因素，如标准接收天线的主波束未对准航线、难以避免的数据判读误差等等。虽然统计结果表明场强值不能作为评判机载广播/电视系统试飞效果的主要依据，但它在广谱的电磁环境中作为一种监测有用信号、杂散信号的手段来用于音视频数据分析是非常必要和重要的，是客观评判音视频节目质量的良好辅助。譬如：某地面测试点的电视收视质量一直为4～5级，但某天突然降级为3级左右（信号质量按5级划分，5级为最佳），经对该点电磁环境监测后发现，电视信号变差的原因是由于在电视信号频率附近出现一个强干扰信号，排除了机载电视设备的故障嫌疑。

2　试飞结果分析

该试飞新技术的应用效果良好，具有科学、高效、准确的优特点，一个架次就能够测试出机载广播/电视系统纵深覆盖范围、水平覆盖范围和作用距离的战技指标和极限指标。

3　结束语

当今世界上，信息战的发展是不可逆转的趋势，它已经成为战争中最重要、效率最高的一种作战手段，机载信息化设备的试飞技术也在日新月异地发展，因此，我们要在该方面不断地学习和积累，以适应未来飞行试验的新需求。

参考文献

［1］毛乃宏，俱新德.天线测量手册.国防工业出版社，1987。

［2］陈宁.XX飞机试飞技术总结报告，2008年。

［3］谢处方，邱文杰.天线原理与设计.西北电讯工程学院出版社，1995，2-3，76-85。

Flight test technology for airborne broadcast / television system

Chen Ning，Xiao Ni，Meng Chao
（Chinese Flight Test Establishment，Xi’an Shaanxi，710089）

Abstract：Combined with the test content of airborne radio/television system，on the flight in the field were exploring technology，this paper focuses on the selection methods for test area，test point layout design and field assisted analysis.

Keywords：Fresnel zone；coverage；distance

作者简介

陈宁（1969—），女，陕西大荔人，高级工程师，现主要从事飞机航电系统试飞技术研究。