空对地和空对空数据链通信 留言
载人航空的空对地通信
一次监视雷达
二次监视雷达
用于精确定位的仪表着陆系统
低空语音通信
原文始发于微信公众号（雷达通信电子战）：射频易商城
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为了确保对飞机和空域的地面控制，即使在载人航空领域，无线通信一直是必不可少的。除了无线通信，在各种无线电波段上运行的雷达一直是任何飞行控制系统的重要组成部分，因为它们可以提供关于飞机位置的准确信息。
考虑到近几十年来无线通信的巨大进步，首先从模拟到数字系统，然后通过摩尔定律实现数字化，我们今天看到了大量不同的技术在使用和共享相同的航空频谱。我们将从介绍早期用于载人航空的无线通信的背景开始，这包括雷达以及早期的数字通信。
我们将讨论两种用于l波段数字航空通信的新技术。最后，我们将总结一些基本的见解，从先进的地面移动宽带通信的经验中推断出与无人机和小型无人机上的航空通信相关的航空案例。
随着技术规模的扩大，越来越多的处理能力可以在越来越小的芯片上获得，然而为了保证良好的链路预算和长距离通信，我们还必须依靠电磁波和无线信道的基本特性。我们分析了多天线技术的使用，这是近十年来在所有地面移动宽带技术中提高通信距离和速率的突破性技术，并对其在小型无人机上的可用性进行了评价。
无线技术通常用于载人航空。本节概述了载人航空的雷达和通信解决方案。无人机系统可以被视为这些系统的一场革命，将传统的载人通信技术作为基础，与移动宽带通信领域的颠覆性创新相结合。
用于地基飞机识别的雷达
在管制空域，准确知道所有参与交通的位置是非常重要的。这是由两种类型的雷达完成的，即一次监视雷达和二次监视雷达。我们将首先介绍这两种雷达系统，然后将重点关注于这类系统的天线。
该系统是一种传统的雷达，使用大型定向天线来发射信号。该设备监听接收到的回波，这些回波可以看做是飞行时间的函数。如果考虑天线尺寸和重量约束系统，这样可以避免在飞机上也安装天线，这是一个巨大的优势。
然而，缺点是任何引起强反射的物体都将被检测到。这就会产生由鸟，云以及地形造成的杂波信号。除此之外，雷达的一个主要缺点是它只能探测而不能识别物体。
另一个受限的方面是几乎所有的一次监视雷达(PSR)系统都无法确定飞机的高度。这是由于系统只能将天线平移到水平面上造成的。垂直波束模式已经由天线的物理形状确定了。事实上，水平光束非常窄，也就水平分辨率很高，但垂直波束是宽波束，为了在空中扫描并探测尽可能多的物体。
设计能够测量高度的一次雷达的最可行的方法是使用带波束控制的相控阵。但相控阵雷达比机械控制的雷达要昂贵得多，因为相控阵中的每个天线阵元都有一个模拟前端，而且前端设计具有良好的相位一致性。或者，你可以提议将天线安装在移动平台定位装置上，并以这种方式扫描整个3D空间。
很不幸地是雷达图像是实时性很高的，经常要求5~15秒的更新速度。天线也是质量比较大，无法实现在实际中以高速和高加速度移动。一些现存的雷达系统，主要用于防御目的，使用多个馈电或单一馈电与一个移动的二次反射器。
气象雷达通常使用双轴定位的天线，但是他们每隔几分钟就需要发送一幅图像。下图为比利时Bertem的雷达站，由Belgocontrol负责操作。大型天线是一次监视雷达。顶部较小的天线用于二次监视雷达。
二次监视雷达(SSR)的主要目标是确定高度和识别飞机。因为它依赖于安装在飞机上的一个应答器，它不能用于探测和跟踪非合作目标。
应答器接收地面站发送的询问请求，地面站根据应答器模式给出应答。下面的表2.1详细列出了民用飞机常用的应答器模式。
注意，模式A和模式C几乎总是一起使用，因此高度和ID码都被发回。基本模式A和C的一个问题是，它们不支持选择性询问。如果一个区域被许多雷达覆盖，应答器将发送大量的应答回复，从而增加拥塞和干扰。甚至，如果两架飞机靠得很近，它们的询问应答可能会发生碰撞，降低雷达系统的效能。
为了解决这些问题，引入了S模式。所有应答器都有全球唯一的24位ID码，可用于特定的询问以及地面站和航空站之间的数据通信。询问请求使用1030MHz，而回复使用1090MHz。
雷达之外的距离和方向测量
距离测量设备(DME)可以测量从飞机到地面应答站的斜距。虽然其目的与雷达相似，但它是通过双向数据包交换来实现的。请求询问的飞机将向地面基站发送一个脉冲编码信息，地面站在固定的延迟后以应答信息进行应答。飞机上的测量单元然后可以通过测量往返时间确定到DME信标的距离。注意，测得的距离是斜距。事实上，如果一个在DME上方1公里处，距离读数将指示1公里。
DME系统使用126个不同的信道，信道间距为1MHz。下行的频率范围是1025MHz到1150MHz。上行频带是962MHz到1213MHz。典型的峰值发射机输出功率约为1kW，与Wi-Fi等移动宽带系统相比，这是一个非常高的功率，并且会给共存带来挑战。我们之后会讨论到。
DME基站常与VHF全向距离(VOR)基站同时使用。VOR是一种固定的陆基发射机。它发送一个信号，让飞机计算进出现场的方位。这通常与DME一起用于计算飞机的位置。或者，可以采用两个VOR的方位角，与这些方位角相交将产生飞机的位置。
VOR系统的工作原理是在108MHz到118MHz的频率范围内发射VHF信号。这个信号有三个部分。首先，有一个全方位的组件。第二部分是高度方向性的。它是通过30Hz的相控阵天线旋转发送的。通过比较定向分量和全向分量，可以计算出方位。第三个信号是用于电台识别的莫尔斯码信号。一些VORs也可以广播语音信息。
除此之外，还有非常低频率的无方向性信标，频率在190kHz到1750kHz之间。他们的信号是一个载波调制与莫尔斯电码ID和语音信息。它们由飞机上的测向接收器接收。
仪表着陆系统是一个地面无线电系统。它帮助飞机进行精确的着陆。该系统由定位系统和滑降系统两部分组成。定位器是安装在跑道末端的天线阵列。通过正确地向天线发送信号，两个信号被传送。一个在90Hz向右调制，另一个在150Hz向左调制。飞机上的接收器将测量150Hz和90Hz组件的相对强度。对于正确的进近在跑道的中心，力量应该是相等的。
定位系统只提供水平引导。为了垂直引导飞机，使用一个单独的系统，即滑翔系统。原理是一样的。90Hz调制信号向上辐射，150Hz信号向下辐射。进场高度大概是3左右。
为了使飞机能够使用语音进行通信，VHF波段是最常用的。它的频率范围在118MHz到137MHz之间。实际的频段从108MHz开始，但第一个10MHz是预留给非语音操作(VOR, ILS. ..)。在许多国家，信道间距为25kHz，而欧洲使用8.33kHz信道。对于偏远地区的远程操作，可以使用短波。军用飞机的超高频频率在225MHz和400MHz之间。
在甚高频上使用的调制是标准振幅调制。使用AM的最大优点是，当同时接收到多个信号时，用户将听到两个传输的混合信号。这允许通过已经发生的传输进行交谈。调频具有很强的捕获效应:如果同时发送两个信号，只接收最强的一个。
