高频通信论文范文（精选9篇）
高频通信论文 第1篇
随着无线射频识别技术的发展, 其应用越来越广泛[1], 但也有很多因素制约着它的快速发展, 其中一个因素就是标准问题, 因为标准的不统一, 严重制约了RFID的发展速度[2]。目前, 主要存在三大标准, 其中高频段ISO/IEC 14443标准现在被很多RFID系统所采用, 本文就这一标准的通信协议进行仿真[3]。
1 RFID简介及标准
1.1 RFID原理及通信频率
RFID (Radio Frequency Identification, 无线识别技术) 是自动识别技术的一种, 通过无线射频方式进行非接触双向数据通信, 对目标加以识别并获取相关数据[4]。DFID技术自动识别目标对象并获取相关数据, 无需人工干涉, 可在各种恶劣的坏境下工作, 一种简单的射频识别系统由一个询问器 (或阅读器) 、很多电子标签和天线组成[5]。在实际应用中, 电子标签附着在物体的表面, 电子标签中保存着约定格式的电子数据, 阅读器通过发送一定频率的射频信号, 当标签进入磁场感应区时, 标签被激活, 标签将把自身的信号调制到射频信号上还回给阅读器, 阅读器接收到还回信号进行解调处理, 读取电子标签里的数据[6]。在整个通信过程中, 射频信号的频率直接决定射频系统各方面的特点, 系统按照通信频率可以分为低频 (LF, 30～300 kHz) 、高频 (HF, 3～30 MHz) 、超高频 (UHF, 300～968 MHz) 和微波 (UWF, 2.45～5.8 GHz) [7]。本文对高频段的通信方式进行分析及系统级仿真, 高频段典型的通信频率是13.56 MHz。
1.2 高频RFID技术标准
目前, RFID还未形成统一的全球化标准, 市场上是多种标准并存的局面, 主要的技术标准体系有三个, 即国际标准化组织 (ISO) 与国际电工委员会 (IEC) 组成的联合工作组的技术标准、美国统一代码协会 (UCC) 和国际物品编码协会 (EAN) [7]。高频系统符合的国际标准有ISO/IEC 14443 (紧耦合IC卡, 最大的读取距离为10 cm) 、ISO/IEC 15693 (疏耦合IC卡, 最大的读取距离为10 cm) 和ISO/IEC 18000-3 (定义了13.56 MHz系统的物理层、防碰撞算法和通信协议) [8]。本文分析仿真的是ISO/IEC 14443标准的接口通信方式。
ISO/IEC 14443接口通信方式有A类和B类[9]。ISO/IEC 14443A协议规定读写器发送数据的编码采用米勒 (miller) 编码, 编码后的基带信号进行ASK (振幅键控) 调制, 调制深度是100%, 数据的传送速率为fc/128 (即一位的持续时间为128个载波周期) ;标签发送的数据采用曼彻斯特 (manchester) 编码, 编码后的基带信号对副载波进行ASK调制, 副载波通过切换标签中的负载来产生, 调制深度至少大于30%, 副载波的频率 (fs) 是载波频率 (fc) 的1/16, 可知一位的持续时间等于8个副载波周期。ISO/IEC 14443B协议规定读写器发送数据的编码采用单极性归零码, 调制深度为10%, 数据的传送速率为fc/128;标签发送数据的编码采用单极性归零码, 编码后的基带信号对副载波进行ASK调制, 调制深度至少大于30%。本文就ISO/IEC 14443A协议的通信方式进行系统级仿真。
2 ISO/IEC 14443A通信协议系统级仿真
系统仿真的目的是为了揭示通信系统的关键技术和关键参数[10], 本文应用Simulink搭建系统模型, 对14443协议的通信方式进行系统级仿真。
2.1 读写器通信系统建模总体分析及仿真
读写器电路主要模块包括:信号源, 用于产生读写器发射需要的编码, 关键技术是编码方式和数据速率, 根据ISO/IEC 14443A通信协议规定编码方式为米勒编码, 通信速度为fc/128;载波发射器及控制调制深度的控制模块, 载波发射器发射的本振频率 (fc) 为13.56 MHz, 调制深度为100%;低通滤波器抑制带外噪声、杂散频率。
图1为ISO/IEC 14443A协议Simulink仿真读写器系统结构图。
主要功能模块说明:
(1) 基带信号产生。由伯努利二进制信号产生器产生的信号作为读写器发送的数据或者命令信号, ISO/IEC 14443A规定, 读写器发送的数据格式是米勒编码, 框图中的S-Function的功能是对仿真产生的原始数据进行米勒编码。
(2) 载波信号产生。将从S-Function出来的编码再进行调制发射出去, 其仿真的关键是通信速率, 根据ISO/IEC 14443A规定, 发送速率约为106 Kb/s, 设置仿真正弦波发生器要使得在一个位周期内绘制128个载波, 也即一个位占128个载波周期, 这样数据发送速率即为fc/128, 约为106 Kb/s, 这里将载波的正弦波发生器在一个位内绘制的点数设置为500个点。
(3) 调制指数为100%, Gain取1。
完成相应的参数设置后, 运行仿真, 用示波器观察基带信号、编码信号及调制信号, 解调后经过滤波器的信号与整形后的解调信号的仿真波形如图2所示。
从仿真波形图可以可以得出, 数据编码、调制指数以及通信速率与理论值一致, 符合ISO/IEC 14443A的通信协议。
2.2 标签通信系统建模总体分析及仿真。
标签主要电路包括:信号源, 用于产生读写器发射需要的编码, 关键技术是编码方式和数据速率;副载波发射器及控制调制深度的控制模块。
图3为ISO/IEC 14443A协议Simulink仿真标签系统结构图。
主要功能模块说明:
(1) 基带信号产生。由伯努利二进制信号产生器产生的信号作为标签发送的原始数据, 由ISO/IEC14443A协议, 标签发送的数据是曼彻斯特编码, 这里采用原始数据与脉冲发生器进行异或运算, 将原始数据的1变成01, 0变成10, 再经过非门, 将原始数据1变成10, 0变成01, 也即曼彻斯特码的编码规则, 产生了基带信号。
(2) 调制信号。根据ISO/IEC 14443A协议, 标签采用副载波调制, 副载波的频率是载波频率 (fc) 的1/16, 通信速率仍然是fc/128, 这里设置副载波发射器发射要使得在数据一个位周期占有8位副载波周期, 这样数据传输的速率为fc/128, 约为106 Kb/s。这里将副载波的正弦波发生器在一个位周期内绘制的点数也设置为500个点。
(3) 调制指数。ISO/IEC 14443A协议标签要求副载波调整指数大于30%, 这里取100%, 即Gain取1。
完成相应的参数设置后, 运行仿真, 用示波器观察基带信号、编码信号及调制信号, 副载波信号仿真波形如图4所示。从仿真波形图可以得出, 数据编码、调制指数以及通信速率与理论值一致, 符合ISO/IEC14443A的通信协议。
本文针对高频段ISO/IEC 14443A的通信协议进行系统级仿真, 仿真图显示高频段标准的主要技术, 也即对发送数据的编码方式和调制方式, 及发送数据速率进行仿真。仿真图上显示的时间基准并不代表实际时间, 而是代表一个位周期 (128个载波周期或8个副载波周期) , 通过仿真分析建模, 得出仿真波形, 从波形易看出仿真结果与标准相符合。
3 结 语
无限射频识别技术比起其他识别技术有着很大的优势, 目前, 它的应用非常广泛, 但系统成本过高和标准的不统一限制了它的发展速度。随着电子标签生产技术的提高和制定标准组织的努力, 系统成本将大幅度地降低, 无限射频识别技术将会在现有应用的基础上得到更广泛的应用。
摘要：为了揭示RFID系统ISO/IEC标准中高频段通信方式的主要技术及关键参数, 采用Simulink对高频RFID通信系统进行建模并在Matlab中进行处理。仿真了高频通信协议中ISO/IEC 14443A通信协议, 得出ISO/IEC 14443A通信协议数据流的主要技术和关键参数。
关键词：无线射频识别,通信协议,14443标准,米勒编码
参考文献
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[9]董丽华.RFID技术与应用[M].北京:电子工业出版社, 2008.
通信用高频开关电源整流电源的探讨 第2篇
【摘要】近几年来随着高频开关电源技术在通信系统中的广泛应用，进一步拓宽了电源设备交流输入电压的应用范围，提高了电压频率，而且维护起来更加便捷。基于此，本文主要针对通信用高频开关电源整流电源进行了探讨。
【关键词】通信；高频开关电源：整流电源
【中图分类号】TM910 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）04-0084-01
随着最近几年来对微波数字化的不断改造，传统的硅整流电源系统已经无法继续满足人们的需求，高频开关电源系统应运而生，该技术能够扩大交流输入电压的范围，缩小电源设备的体积，确保电源系统能够稳定可靠的持续运行，在对系统维护管理时更加简单便捷，目前已经广泛的应用于无人职守并集中进行监控的数字微波通信系统当中。不过，在高频开关电源中，生产厂家在介绍其主要部件整流模块的具体工作原理时还不够具体，维护管理人员在维护的过程中难免会遇到一定的困难。因此，本文主要针对通信高频开关电源整流电流进行了分析和探讨。
1 高频开关电源的主要组成部分
高频开关电源的主要构成部分包括：主电路、控制电路、检测电路以及辅助电源等四部分。在这当中主电路也是由四个部分构成的，分别是输入滤波、整流、逆变以及输出整流滤波等。其中输入滤波具有的主要作用是可以将电网当中存在的杂波全部过滤清除，与此同时避免本机出现的杂音直接反馈到电网当中。整流具有的主要作用是将电网中输入的交流电在输出之前有效的转化成为直流电。逆变主要是为了降低体积和重量与输出功率之间的比值，把经过整流的直流电继续转化为频率较高的交流电。输出整流滤波通过消除杂音和波纹，确保直流电具有较好的稳定性和可靠性。因此高频开关电源的主要功能是把交流电在二极管当中进行直接整流和滤波，让其转化成为直流电，然后在高频开关的作用下把直流电再继续转换成高频交流电，并利用高频变压器对高频交流电进行变压和隔离，最后由已经恢复的二极管具有的高频整流作用，通过电感电容滤波之后输出。高频开关电源的优势主要包括，体积相对较小、重量较轻、具有较好的可靠性、在维护和扩容的过程中难度较低并且具有较高的运行效率等。
2 高频开关电源的具体工作原理
交流市电能够在线路滤波器当中进行防雷以及滤除杂音，避免受到其干扰，在整流桥当中完成对A C220V的整流工作，然后再利用功率因数校正电路来对有源功率因数进行合理的校正，确保输入电流波形能够实时跟踪正弦电压波形。由于通常我们输入的电流波形会在一定程度上受到负载的非线性影响而发生畸变，导致其谐波成分过多，造成电网的波动问题，不仅会直接干扰到供电设备的正常运行，还会严重浪费电力资源。因此，功率因数校正器能够有效的将电压和电流波形校正成为标准正弦波，确保其相位能够保持一致，在功率因数逐渐趋近于1时，也能够保证升压校正的输出高压HVDC能够具有良好的稳定性。最后，在脉宽调制控制电路的控制下实现高频逆变，利用高频变压器对其进行降压实现第二次整流滤波，这样就获得了48V直流工作电压。由此可见，在高频开关电源中采用的主要技术就是有源功率因数校正技术，如下图1所示。
从图中我们可以看出，在开关管K1接通之后，输入的交流电压能够快速通过整流桥对L1（电感）进行充电同时产生感应电势，该电势和电源电压的极性相反；在开关管K1被断开以后，L1的电势极性会随之变反，这时便能够和电源的极性保持一致，在给C1充电的过程中相当于两倍的电源电压，在电压逐渐升高的时候电流会随之增大，在电压达到最大值时，COS=1。所以，功率因数校正器具有的主要功能包括两个：首先是可以让输入电流实时跟踪电压波形，确保其成为正弦波；然后能够让输入电流和电压保持相同的相位，逐渐将功率因数调整到最大值。在正常运行的过程中，开关电源的控制信号在对四个开关管s1、s2、s3、s4进行通断控制时，脉冲信号的正、负并没有连续在一起，而且还设置了零信号区，在这个区域内，开关管s1，s2，s3，s4都是截止的，只要对零信号区的实际宽度进行合理的控制，就能够有效改变开关管的通断时间，最终对输出电压的大小进行适当的调整。
3 通信用高频开关电源整流模块的效率分析
本文在讨论整流模块具有的效率特性的过程中，主要将48V整流模块作为分析案例。通过分别对48 V/30 A，48 V/50 A，48 V/100 A共3个型号的整流模块进行测量，总结出以下规律：（1）当负载率为100%时整流模块的效率并不会达到最大值，而是负载率保持在50%～80%的范围内时才会达到最高效。（2）如果将负载率范围控制在40%～90%之间，整流模块的工作效率将达到一个比较高的值，并且与其相对应的效率曲线也会比较平稳。（3）如果将负载率控制在40%以下，那么整流模块的运行效率将会比负载率范围控制在40%～90%之间时降低很多，尤其是在负载率在10%～20%之间进行工作时，运行效率会出现急剧下降的现象；对于本次试验中的三个不同型号的整流模块来说，其效率的下降幅度均没有超出1%。（4）如果将负载率控制在80%以上，整流模块的工作效率比负载率在50%～80%之间时有一定程度的下降现象；对于本次试验中的三个不同型号的整流模块来说，其效率的下降幅度均没有超出1%。由此可见，如果整流模块的生产厂家不同、型号也不同，那么其相对应的效率曲线也不尽相同，不过对于大多数的整流模块来说都符合上述规律。所以，为了确保整流模块在工作过程中能够达到效率最大化，应该尽可能的将负载率控制在50%～80%之间。
4 整流模块效率曲线在节能方面的具体应用情况
通信用高频开关电源在节能方面的应用情况主要是通过不断的提高其工作效率，在确保输出功率保持不变的前提下尽可能的减小输入功率，以便于实现降低能源消耗的目的。由于高频开关电源系统具有休眠功能，因此它能够根据负载发生的实际变化情况，自动实现冗余模块的软关断或者软开启操作，确保整理模块的工作效率比值能够达到最高点，以此来有效的提高高频开关电源的工作效率。另外根据试验过程中所获得效率曲线我们可以知道，当负载率保持在40%～100%时，整流模块的工作效率一般情况下都可以维持在一个比较高的状态；但是在将效率最大值作为比较值时，如果负载率为40%，那么工作效率的下降幅度最多会达到0.5%；如果负载率为100%，那么工作效率的下降幅度最多将会达到1%；而负载率如果在40%以下，那么工作效率的下降幅度将会达到10%。由此我们可以知道，效率的明显下降现象一般都会出现在负载率相对较低的情况下，因此在设置冗余模块的软断开点时，可以将负载率的范围控制在40%～50%之间；而软开启点的设置则可以将负载率的范围控制在80%～100%之间。
5 结束语
通信设备的主要电力来源为通信电源，是通信系统的一个重要构成部分。随着我国通信事业的快速发展，很多通信设备都得到了多次更新，通信系统对通信电源所提出的要求也不断增加。而通信用高频开关电源能够把输入的交流电有效的转化成为直流电，然后将其稳定输出，具有高效运转的特点，并且会不断的随着负载率发生的改变而进行变化，而且越来越多的高频开关电源系统通过引入休眠功能，进一步提高了工作效率，值得推广应用。
参考文献
[1]黎粤梅.高频开关电源节能技术的探索[J].科技资讯.2011（17）
[2]崔志东，赵艳.高频开关通信电源系统的组成、管理和维护[J].电源技术应用.2009（01）
无线电高频通信技术研究 第3篇
关键词：无线电波,高频通信
随着社会的发展与进步, 相比于有线电通信技术, 无线电波的发展速度要快的多。由于社会频谱资源相对有限, 以及人们对无线电频谱资源的需求量大等多方面的影响, 使得无线电通信技术受到大家极大地关注。
1 无线通信中的高频信号和低频信号的区别
在人们狭隘理解上高频信号的频率范围是3MHz到30MHz, 但是把频率介于3MHz到X00GHz的信号都应当统称为高频信号[1]。为了使电视信号能够在空中进行传播, 我们必须要把这些信号进行参数改变, 使得信号变成高频信号或者射频信号, 各个信号都有属于自己的通信频道, 这样使在空中传输的电视信号不会发生紊乱传播。目前我国电视广播色彩编码采用的是Phase Alternating Line制 (简称PAL制) , 其频道带宽为8MHz;而日、美一些国家则采用的是NTSC制, 其频道带宽为4MHz。与有线电视由电缆进行数据信号传输相比, 无线电视则是由空中进行数据信号传播。电视机收到频道信息的信号之后, 需要对其中的高频信号进行解调, 这样才能使电视频幕上才能显示想要传播的视频画面。
2 高频通信技术的特点
2.1 抗干扰性强
由于高频信号具有不可预测的特性, 所以使得高频信号系统很难受到干扰[2]。对高频信号进行观察收集, 并发射其他信号, 并不能起到造成很大干扰的作用。由于在传输过程中对信号的宽带进行了扩展, 所以即便放大器输出信号的电压与同时输出的噪声信号的电压比值很小, 都不会造成通信受到干扰, 通信仍能高品质的进行传输, 也就是说扩展频谱带宽的范围决定了信号的抗干扰能力大小。
2.2 低截获性
由于高频信号具有在较宽的频带上匀称分布, 其密度极低等特性, 所以干扰者很难对其进行监测控制, 被截获的可能性很低。
2.3 抗多路径干扰性能好
多路径干扰是指在电波信号进行传输的过程中, 会受到一些不可避免的反射体 (例如山脉、大气层等) 影响, 会在这些上发生反射或者散射, 接收到的这些不可抗拒的信号和预期想要的信号进行混合, 从而不能区别开来, 相互影响。通过增加高频解调功能同时利用高频信号具有的独特的序列特性, 在信号接收时把预期想要的信号从多路径信号中区分开来, 或者将那些具有相同序列码的多路径信号进行重叠, 从而达到对干扰信号衰减的目的。
2.4 保密性好
在特定的发射功率情况下, 高频信号在很宽的频带上匀称分布, 其有用信号的密度极低, 所以即便是有很强的外界噪音干扰, 或者有用信号甚至被淹没时仍然能进行高质量的传播, 使外界人员很难截取、窃听想要传送的信号, 如若想要对这些信号进行参数特征分析, 就难上加难了, 所以高频系统具有良好的保密性。
3 高频通信技术的应用
3.1 通信用高频开关电源技术
通信业发展速度的加快同时也使通信电源得到快速发展, 在通信系统中最为关键的因素就是开关电源的应用, 它是现代通信系统的本质方向[3]。在其发展中, 我们通常把将交流 (AC) 转化为直流 (DC) 的高频开关装置称为一次电源;为不同设备对电能的不同需求, 将主电能转变为另一种形式电能的装置称为二次电源。随着社会的发展与时俱进, 我们对电源模块也有了一些更高的要求, 即必须要达到电源模块小型集成化目的, 这同时对高频电源技术也有了全新的要求。目前这项技术在以下几个方面具有体现:将信源按照一定的目的进行变换、在模拟器中建立分析模型以及仿真数据研究、将微机系统处理出的数据进行实时分析转换成仪表控制以及多个磁件实现集成化管理。为了减少变换器的体积, 实现电源开关频率以及电源开关的使用功率的增加, 就必须考虑使用元件的尺寸大小, 达到频率得到提高的同时也会导致开关的消耗能力增加, 以及驱动的消耗能力也增加的现象出现, 而软开关技术在实践中的应用大大降低了开关的消耗率。在目前通信系统中主要是以下三个方面的应用:有源钳位零电压开关技术、零电压开关移相技术以及信号整流技术。
3.2 高频通信在军事通信中的发展
在我国的无线通信系统中高频通信一直占有至关重要的地位。卫星通信的广泛发展与应用, 使得个人通信将实现全球化, 当今社会光纤通信也得到广泛应用, 这些通信手段具有信息量大、信道稳固的特点, 所以高频通信技术面临被忽视的形势。在进入二十世纪以来, 美国把卫星通信作为主要研究方向, 但在航海战争时发现高频通信也具有十分重要的作用, 所以其注意力也相对有所转移, 动用重大资金应用于高频通信设备的改造和配备就是显而易见的实例。其他国家对于高频通信也进行全力以赴的研究, 在舰艇、汽车等其他可移动军事设备上, 高频通信技术仍在其中广泛应用。
3.3 高频通信技术在在超视距无线通信中的应用
在当前社会中主要采用的是卫星通信、电离层散射通信以及高频通信等。其中卫星通信主要是将卫星作为中介, 在各个国家和平时期很好应用, 但是在战争时期卫星被破坏等现象也是会出现的, 在战争时期把它作为主要通信手段也是十分不利的。其他那些通信主要是把大气电流层作为反射条件, 相对与卫星通信, 它们受到被破坏的可能性极低。由于电离层通信对距离有一定的限制, 所以在以上几种通信中, 高频通信有很大的移动特性。高频通信的价格低、应用范围大, 对通信距离没有限制, 所以在各个领域都非常适合应用。
4 结束语
通过以上对高频通信技术的研究, 无线电通信技术具有十分广阔的发展前景, 但是要实现持久发展, 我们还应当结合原来的技术不断研究创新, 达到更好的发展。
参考文献
[1]朱旭.民航甚高频无线电干扰浅析[J].空中交通管理, 2011 (9) :20-21[1]朱旭.民航甚高频无线电干扰浅析[J].空中交通管理, 2011 (9) :20-21
高频通信论文 第4篇
【关键词】 甚高频地空通信 远距离 同频话音干扰 大气波导 对流层散射
一、引言
随着民航飞行流量的飞速增长，空管管制扇区不断细分，对应管制频率也随之增加，由于民航无线电频谱资源有限，在指配管制扇区频率时难免存在频率复用情况，即同一个管制频率可分配给多个相距较远的管制扇区使用。甚高频地空通信作用距离一般不超过500公里，通常情况下相距上千公里的管制单位使用相同的频率是不会产生相互干扰，然而2016年5月成都管制区却在正常使用甚高频管制频率时多次接收到来自广州管制区和上海管制区的同频话音，对成都管制区的甚高频地空通信造成了干扰。针对此特殊现象，本人查阅了甚高频无线电波远距离传播的相关资料，进一步分析了甚高频无线电波传播特性，发现特殊气象条件下会导致甚高频无线电波实现地对地的远距离传播，并对可能造成甚高频远距离通信的大气波导、对流层散射这两种传播方式进行详细分析。
二、甚高频地空通信远距离同频话音干扰实例分析
2.1 干扰现象
2016年5月成都管制区的两个甚高频管制频率在正常使用时多次出现来自远距离的话音干扰，话音清晰，持续时间短，通过内容能准确判断出该话音为管制单位的指挥指令，并通过话音中涉及的航班号信息查找到话音来源，经联系相关单位确认接收到的管制话音为广州管制区和上海管制区在同一时间相同频率中发射的。频率1为成都管制区08号扇区主频，接收到广州管制区频率相同的01号扇区主频话音，频率2为成都管制区05号扇区主频，接收到上海管制区频率相同的26号扇区主频话音，所使用的甚高频发射台和接收台相距均在1000公里以上。
2.3干扰情况分析
通过干扰现象来看，此次干扰应归类为不同管制区相同管制频率间的远距离话音干扰。管制话音的发射和接收设备均为地面甚高频系统，故此类干扰实际是实现了甚高频频段地对地通信的远距离传输造成的，由于甚高频收发信机工作在甚高频频段，其空间传播方式为视距传播，正常情况下难以实现上千公里的通信。那么有什么情况可以促成甚高频无线电波实现超视距传播，达到上千公里的通信距离，就是管制甚高频地空通信远距离同频话音干扰的具体原因。
三、甚高频无线电波远距离传播分析
3.1 无线电波传播特性
无线电波传播是指发射天线辐射的无线电波通过自然条件下的媒质到达接收天线的过程。在传播过程中，无线电波可能受到反射、折射、绕射、散射和吸收，并可能引起无线电信号的畸变。传输无线电波的媒质主要有地表、对流层、电离层等，这些媒质对不同频段的无线电波的传播有着不同的影响，根据媒质及不同媒质分界面对电波传播产生的主要影响，电波传播主要分为地面波传播、天波传播、视距传播、散射传播等，由于媒质的时空性、随机性、不均匀性、各向异性和有耗性等将使信号衰减、极化方式发生改变，或使电波传播方向和传播速度改变。
3.2 甚高频无线电波远距离传播的可能性
甚高频及以上频率的无线电波既无法以地波的形式沿着圆形地球表面传播，也无法以天波传播的方式经电离层折射返回地面，其传播方式为视距传播，不可能传播到上千公里之外的地方。但无线电波在大气环境中传播，不仅会受大气环境中气体分子和气溶胶粒子的吸收、散射所造成的衰减影响，还受大气折射影响，负折射、临界折射和陷获折射等异常折射会引起无线电波出现异常传播现象，有可能将甚高频无线电波通过某种特定的方式传播到千里以外或者更远。如图1所示，无线电波在对流层中会产生多种方式的传播。
3.3 大气波导传播
3.3.1 大气波导
对流层中传播的无线电波主要受大气吸收、折射、反射和散射的影响，在所有这些因素中折射的影响在各个频段上都是显著地，而且折射效应的显著程度主要依赖于传播路径上的折射指数变化梯度和电波射线初始仰角。在一定的气象条件下，近地层中传播的电磁波受大气折射影响其传播轨迹弯向地面，当曲率超过地球表面曲率时电磁波会部分地被陷获在一定厚度的大气层内，经该大气层上下边界来回反射向前传播，就像电波在金属波导管中传播一样，这种传播现象称为大气波导传播，如图2所示，陷获折射即为波导传播，形成波导传播的大气层称为大气波导。
3.3.2大气波导分类
不同的气象条件会形成不同类型的波导，通常大气波导分为：表面波导、蒸发波导、抬升波导。表面波导又分为两种，一种是陷获层接地的表面波导，另一种是基于表面的波导。如图2所示，图中阴影区为波导厚度。
3.3.3大气波导传播条件
边界层大气中的电磁波若要形成波导传播必须满足以下4个基本条件：（1）近地层某一高度处必须存在大气波导；（2）电磁波的频率必须高于最低陷获频率；（3）电磁波发射源必须位于大气波导层内，对于抬升波导，有时电磁波发射源位于波导底下方时，也可形成波导传播，但此时发射源必须距波导底不远，并且波导强度必须很强；（4）电磁波的发射仰角必须小于临界仰角。
3.3.4大气波导对甚高频通信的影响
大气波导的存在与否对甚高频通信的有一定的影响，当甚高频无线电波在边界层大气中形成波导传播时，大气波导对其产生的影响主要表现在两个方面：一是增加无线电波传播的距离，二是增加电场强度。通常甚高频无线电波波导传播距离可数倍于其正常的传播距离。
3.4 对流层散射传播
3.4.1 对流层散射
地球大气层一般分为电离层、平流层和对流层。对流层作为地球大气层最低层的一个区域，其最高位置离地面上空十多公里，中纬度地区平均高度为10～12km，对流层是不稳定、多变的，几乎所有的天气现象都发生在对流层，它是无线电波的一种不均匀介质，其中分布着大量的不均匀体，或称散射体，表现为大大小小、形状各异并且或快或慢地运动变化的空气漩涡、云团边际和某种渐变层结等。它们在温度、湿度和压强上与周围空气不同，从而在折射指数上与周围空气也有差异，因而，当无线电波通过这种不均匀介质时，电波沿途遭受折射外，还被不均匀体再次辐射，这种对流层不均匀体对无线电波的再辐射，即形成对流层散射。
3.4.2 对流层散射传播分类
对流层散射现象的发现源于20世纪30年代，在实践中观察到了超短波、微波信号的传播距离达到800-1000km，远远超出正常的视距传播距离。由于频率太高，射向地面的超短波、微波频段的电波几乎无法在地表激起表面电流，这时地表对于这个频段的电磁波而言相当于良导电体，电磁波在地表几乎全部反射而没有入射。通过构造各种理论模型来解释这种传播，使理论模型得出的数据尽可能地与实测数据相符。到目前为止，已经提出的机理主要有湍流非相干散射（散射理论）、不规则层非相干反射（多模理论）和稳定层相干反射（反射理论）三种。
（1）湍流非相干散射
大气湍流运动产生大气涡旋，每一个涡旋都是一个介电常数不均匀体，在电波的照射下，它变成一个偶极子，将入射电磁能量向四面八方进行二次辐射。由于湍流运动的特点，散射体是随机变化的，每个受激励的偶极子辐射的信号在强度、相位上应是相互独立、互不相干且随机变化的，因而对任一固定的接收点而言，其接收信号就是这些不相干多径信号的矢量和。
（2）不规则层非相干反射
这种理论认为在对流层中经常存在温度、湿度和压力都极为不同的云层和冷暖空气团，当它们在某处交汇时，由于各项参数的急剧变化导致折射指数的剧烈变化，从而形成一种锐变层。这类锐变层强度不等、形状不一，位置、取向极不规则，不断变化，并随气流不断移动。此种理论认为，这类不规则层对电波的非相干性部分反射，就是电波超视距对流层传播的起因。
（3）稳定层相干反射
这种理论认为，电波超视距对流层传播起因于介电常数随高度变化而较稳定的非线性分布。大气中的介质可按高度连续分成一系列薄层：一层相对一层的介电常数都有所变化；每层都能对电波进行部分反射；各反射分量间有确定的相位关系，它们在接收点的相干叠加即为接收场。
三种理论模型都缘于对流层中不同的大气分布，且各种理论还有许多细分。相对而言，湍流非相干散射理论发展得比较完备，它有比较严格的湍流理论作基础，并且可与较多的实验数据相吻合；不规则层非相干反射理论在介质结构上缺乏严格的理论基础，但仍能与许多实验结果相吻合；稳定层相干反射理论在与实验数据的吻合度上较差一些，但在一些特定的环境下仍有与之比较符合的实验数据。从频率上看，在0.5GHz以下，对流层超视距远距离传播主要是靠稳定层相干反射和不规则层非相干反射，而且随着频率的降低，前者显得更为主要；在0.5—1.5GHz之间，湍流非相干散射和不规则层非相干反射两者兼有；1.5GHz以上主要是靠湍流非相干散射。因此，工作在甚高频频段的通信台站在信号发射时可能通过对流层散射传播实现远距离通信。
四、结论和建议
综上所述，对流层大气波导传播和对流层散射传播在满足一定条件时都可以实现甚高频无线电波的远距离传播。对流层散射传播形成的信道较稳定且传输衰耗较大，与成都管制区接收话音时有时无、质量清晰的特点不同，所以由对流层散射传播造成的可能性很小。而大气波导传播的前提是需特殊天气形成大气波导，并且发射的无线电波须满足上文所述基本条件才能对无线电波进行波导传播，因此当千里之外的管制单位发射甚高频信号时需存在大气波导，并当发射的信号满足传播条件时才能实现远距离传播，发生的概率相当小，这与成都管制区发生的远距离同频话音干扰现象比较类似，故可暂时解释成都管制区接收到的上千公里的甚高频同频话音是由于特殊天气条件下通过大气波导传播的偶然现象。以上判断皆为根据无线电波传播理论分析的结果，为进一步证实此类干扰的原因，建议对受干扰台站和频率进行实时监测和记录，捕获相同干扰再次出现时的信号特征，进行信号强度、频谱等参数的分析，希望能得到更多的数据支持，研究得出最终的结论。
参 考 文 献
[1]王元坤. 电波传播概论.国防工业出版社. 1983年.
[2]姚展予等. 大气波导特征分析及其对电磁波传播的影响. 气象学报 2000年10月.
甚高频通信系统防雷保护的思考 第5篇
温州地处沿海, 地形复杂, 岛屿、海洋、平原、盆地、丘陵和山区样样都有, 形成了多种气候条件。但由于季风活动变化, 使光、热、水在时间、空间上分配不均, 风云雨雪嬗变明显, 台风、洪涝、大风、雷电, 冰雹, 低温阴雨等灾害天气时有发生, 其中雷电的发生最频繁。曾经严重影响温州甚高频通信系统设备的安全使用, 给通信人员的工作带来极大压力。虽然我们不能防止雷电的发生, 但是我们可以尽可能的减少雷电对设备产生的破坏程度。
我们通常根据对雷电流及雷电电磁脉冲的感受强度, 把环境依次分成LPZOA区、LPZOB区和LPZ1区、LPZ2.....n区等。由于每个区里感受雷电的情况各不相同, 因此采取的防护措施也各不相同。一般都是通过接地与屏蔽, 分别对雷电流、雷电电磁脉冲进行泄放与衰减, 通过接闪、SPD保护与等电位连接等手段, 使保护对象避免雷击致损。
1 甚高频通信系统的防雷措施
甚高频通信雷电防护将是个系统工程。按照甚高频通信防雷系统要求, 收发天线应放在LPZOB区, 机房及设备宜置于LPZ1区或更高防护区内。它涉及直击雷防护、等电位连接、屏蔽措施、规范的综合布线、雷电电磁脉冲的SPD防护以及完善的接地和合理使用接地系统等六个方面。如图1所示。
VHF通信系统的综合防雷工程的外部防雷 (防直击雷) 主要有以下几个方面。
1.1 接闪
接闪装置一般都敷设在被保护物上方, 容易捕获到闪电电流, 以最短的路径泄放到大地。对于甚高频通信系统来说, 被保护对象是VHF发信天线和收信天线。也是整个甚高频通信系统防雷保护的重点对象, 如果接闪的效果达不到要求, 应该增设合理数量的避雷针和一定数量的引下线。
1.2 屏蔽措施
在VHF设备所在机房的防雷区应设立格栅形空间屏蔽, 对于无法设立这种屏蔽或屏蔽效果不能满足要求的, 应在所在房间的六面尽可能利用建筑物的楼板和墙体内的钢筋增设屏蔽网。通过屏蔽措施避免雷电产生局部高电位和辐射的电磁场对设备的过压致损。
1.3 接地装置
接地是防雷避雷技术最基础的一个环节, 不管是直击雷、感应雷或其它形式的雷, 最终都是把雷电流送入大地。因此, 没有合理而良好的接地装置是不可能可靠地防雷的。VHF通信系统都设置在现有建筑物中, 而这些建筑物都有接地装置。低阻的接地装置, 是设备正常、安全运行的基础。特别是在防雷接地, 要在瞬间将几十KA的雷电流泄流到大地, 接地电阻越小散流越快, 雷击后高电位保持的时间就短, 危险性就小。总之接地电阻越小, 效果越好, 被保护的对象就越安全。所以平时要经常测量现有地网的接地电阻, 是否满足VHF通信系统对接地电阻值的最低要求 (通常是小于4Ω) 。若已满足, 则只要进行引下线与地网的连接, 以及室外的其它等电位连接;若没有满足要求, 接地电阻值太高, 则要进行地网改造。现在介绍一种数字化仪表 (DER2571B) 接地电阻的测量方法 (如图2) 。
(1) 在地网外选取一块大开阔地, 将被测地极与被保护设备断开。
(2) 沿被测接地极E (C2、P2) 和电位探针P及电流探针C, 依直线彼此相距20米, 使电位探针P处于E、C中间位置, 按要求将探针插入大地。
(3) 用专用导线将地阻仪端子 (C2、P2) 、P1、C1与探针所在位置对应联接。
(4) 将仪表选择开关置于适当的测试量程。
(5) 轻触TEST ON-OFF键, 电流指示灯点亮, 表示启动了测试电流, LCD显示的数值即为被测得的地电阻。
VHF通信系统的内部防雷 (防感应雷) 。
VHF内部防雷是要解决“路”和“场”两种主要途径侵入的雷电流与雷电电磁脉冲 (LEMP) 对通信设备的干扰。在外部防雷的基础上, 通过屏蔽可以减少电磁场和感应的内部浪涌;通过接地将雷击电流泄放入地;通过等电位连接使LPZ区 (即VHF机房) 以内所有设备不足以产生致损的电位差并减少电磁场;通过浪涌保护器 (SPD) 限制瞬态过压以及分流浪涌电流。在整个内部防雷系统中, SPD的工艺技术最为复杂, 防雷难度也最大。下面重点介绍SPD的选择与应用。
一切从室外来的导线 (包括电力电源线、电话线或信号线, 天线的馈线等) 与接地装置或接地线之间都要并联SPD防雷器, SPD不下于几百种, 大致有电源SPD、信号SPD、天馈SPD等, 使用时, 一定要选择适当参数、性能、接口形式的SPD。VHF通信系统采用的SPD保护应有下列三种。
(1) 对收、发信机天馈线的SPD保护SPD应连接于天馈线与被保护设备之间, 也可以直接连接在设备接口上, SPD的接地端应采用截面积不小于6mm^的铜芯导线就近连接到等电位接地端子板上。同时注意SPD接口形式与天馈线的同轴连接器接口形式要保持一致, 工作频率、标称导通电压、插入损耗等参数必须符合民航技术部门有关要求。目前, 民航系统常用的天馈防雷器有瑞士的shuner避雷器和安德鲁APG避雷器等。
(2) 对信号线的SPD保护。VHF通信系统机房内各类信号线、控制线、数据线、M信号线和E信号线, 都连接到楼层配线架 (FD) 上。信号SPD则应连接在被保护设备的信号端口上, SPD输出端与被保护设备的端口相连, SPD接地端应采用截面积不小于4mm^的铜芯导线就近连接到等电位接地端子板上。
(3) 对供电电源线路的SPD保护。在电源进线总配电柜处、楼层电源分配电柜处以及VHF通信机房电源配电柜等都要求安装电源SPD。分别安装在被保护设备电源线路的前端, 并尽可能靠近配电箱, 配电箱的保护接地端要与所处防雷区的等电位接地端连接。
2 防雷器的相关技术参数
防雷器的主要技术参数选择取决于各个被保护物所在防雷区的级别, 其工作电压以电路中所有部件的额定电压为准。由于防雷器种类繁多, 防雷功能也不尽相同, 因此, 对防雷器的技术参数的要求和表现形式也各不相同。
如电源SPD的主要参数包括: (1) 标称导通电压; (2) 标称放电电流In (标称通流容量) ; (3) 最大放电电流Imax (最大通流容量) ; (4) 冲击电流Iimp; (5) 最高残压U p; (6) 泄露电流Is; (7) 响应时间t。
而天馈SPD主要参数包括: (1) 频率范围; (2) 标称导通电压; (3) 最大放电电流; (4) 插入损耗; (5) 电压驻波比; (6) 最大传输功率; (7) 响应时间; (8) 特性阻抗。
另外, 防雷器对瞬态现象起控制作用所需的时间, 与波形性质有关。对瞬态现象的电压限制能力, 与雷电流幅值及波形性质有关。
3 防雷器安装时要注意的一些事项
在实际防雷措施中, 安装SPD避雷器时要注意: (1) 避雷器的保护电压Up和设备的可耐受的冲击电压Uw要符合1.2Up≤Uw的关系。 (2) SPD应能在安装点上要承受期望的放电电流In和冲击电流Iimp。 (3) 防雷器位置选择时, 要尽量靠近进线点或受保护装置, 一般来说, 防雷器与设备线路距离超过10m以后将使防护效果劣化, 这是因为防雷器和需要保护的设备之间的电缆上有反射造成的振荡电压, 其幅值与线路长度、负载阻抗成正比。防雷器与设备线路距越短, SPD能保护的装置数目越多, 保护得也更好。除非Up≤Uw/2, 可以不管它们之间的距离。 (4) 线缆防护, 至少应分成两级以上, 同一级防雷器还可能包含多级保护 (如串并式防雷器) 。为了达到有效的保护, 可在各防雷区交界处设置相应的防雷器, 防雷器可针对单个电子设备, 或一个装有多种电子设备的空间, 所有穿过通常具有空间屏蔽的防雷区的导线, 在穿过防雷区界面同时要接有防雷器。 (5) 防雷器接地线与被保护设备的保护地要连接在一起, 这样可以避免被保护线与设备保护地之间存在瞬态的危险电压。
4 甚高频通信防雷系统的日常维护
(1) 每周检查外部防雷装置:接闪器、引下线、接地装置 (端口) 等有无异常。内部各种防雷装置连接处有无松动、模块芯片有无发热不正常, 电涌保护器SPD信号灯指示是否正常, SPD模块窗口色标是否保持绿色。在雷雨季节期, 保持每天巡检防雷装置, 而且在每次雷击前后都要对防雷装置进行检测, 并做好记录。
(2) 每半年测量接地装置的接地电阻值是否有变化, 测量值记入维护本内。
(3) 每年对外部防雷装置完好情况的检查:避雷针、避雷带 (网) 、引下线和接地端口、接地装置等, 查看机械损伤、锈蚀、腐蚀、连接松动、焊口脱焊等。发现情况及时处理并作好记录。同时对SPD性能进行一次测试, 测试启动电压V/1mA和漏电电流uA等值, 若漏电电流值比第一次测试增大一倍, 要提高警惕, 注意更换新器件。
总之, 甚高频通信系统防雷保护是一项系统工程, 我们要尽量按照防雷的原则来合理布局, 并做好相应的维护措施, 只有这样, 我们才能防患于未然, 才能保证民航通信设备的正常高效运转。
参考文献
[1]李景禄.现代防雷技术[M].中国水利水电出版社, 2009, 4, 1.
[2]梅卫群, 江燕如.建筑防雷工程与设计[M].气象出版社, 2008, 2.
基于DSP的高频通信电源探讨 第6篇
本文所设计的数据记录和回放模型能够配置需要记录的数据, 实时记录分布式数据的同时能够进行数据回放, 支持选时回放、变速回放和点对点回放, 能够精确控制时间进度, 时间的误差范围可以配置可调, 可以达到毫秒级别。本模型已经在实际的局域网环境下进行测试, 满足一般的实时性要求和精度要求。
1 数据记录与回放原理及构架设计
数据记录与回放中关键的依据是时间, 记录是能够将网络上需要记录的数据按时间顺序记录下来, 回放则根据记录的时间戳来决定数据的发送间隔, 记录同时是回放的前提, 考虑到回放时快速的定位时间, 在记录的同时生成一个以时间为关键字的索引文件。由于时间的重要, 需要保证记录数据的时间戳的精确。利用NTP对时原理, 在网络上设置一台计算机为授时主机, 接受其他计算机对时请求的同时根据设定频率不停发送含有时间戳的消息。本模型为了便于数据的记录、存储和仿真后的分析而采用了集中式记录结构, 考虑分布式回放结构要增加同步处理开销而采用了集中式回放结构, 数据记录与回放的整体构架见图1。
设计采用灵活的方式, 数据回放控制端与数据回放服务端分离, 即数据记录与数据回放服务端在一台主机上, 回放控制端在回放观察主机在一台主机上, 并且可以有多个, 分别回放本主机关心的仿真消息, 即利用点对点的方式回放, 这样可以多台主机同时观察回放, 自己控制回放的参数和进度, 不相互影响, 同时一台主机也可观察另一台主机的仿真过程。
2 通信和时间机制
通信和时间机制是仿真实验的基础, 同时也是数据记录与回放的基础。
2.1 通信模块的设计
为了进行实时、高效地通讯, 而采用UDP协议[5], 利用消息作为要记录数据的载体, 消息拆分为消息头和消息体, 其中消息头包含消息的消息代码 (唯一区别某一类消息) , 信道, 和时间标签, 以及后面用来存储数据消息体的长度。信道逻辑上表示了消息的发送方和接收方。每台机子程序初始化时去读自己配置文件来获取收发消息的所有信道。如信道abcd表示A机器发送消息给B的信道, 作为消息的发送端A通信程序运行时创建对应信道的socket用来发送消息, 而接收消息的接收端B通信程序运行时创建对应的信道的socket来接收消息, 并将消息就存放到对应信道的接收队列里供应用程序使用。
2.2 时间模块的设计
时间模块的功能主要在为仿真过程提供一个统一的时间基准, 使交互的数据有准确的时间戳。仿真过程中网络中的每台主机根据配置文件中获取的对时频率参数每隔一段时间主动和时间服务器对时, 来更新软件运行中的时间, 该时间与本机系统时间无关, 但根据每台机子的CPU频率在不对时更新自己的时间值。时间服务能够像应用程序提供以下接口:获取当前程序运行时间的接口, 设置程序运行时间的接口, 停止与时间服务器对时的接口, 开始与对时服务器对时的接口。
3 数据记录与回放
数据记录与回放由记录与数据回放服务端和回放控制端组成。记录与数据回放服务端包括数据记录模块、回放服务模块和回放模块组成。程序运行时底层的通信模块和时间模块先启, 然后是数据记录模块、回放服务模块和回放模块。回放控制端包括通信模块、时间模块和回放控制模块, 与仿真主机的区别是多了回放控制模块, 便于控制回放, 在本机观察仿真过程。
3.1 记录模块
数据记录采用消息发送端发送原理来记录, 将需要记录的消息代码配置在文件里, 每台机子进行仿真实验时读取需记录的消息代码, 然后当发送前检测如果与配置消息代码一致的消息时, 在发送的同时将该消息增加记录专用消息头通过消息记录信道发送给数据记录端, 加消息头为了保存原始消息中消息头中的相关字段便于回放控制和事后分析。
记录模块收到需要记录的消息后去掉记录专用消息头, 将仿真过程中的原始消息按顺序以二进制的顺序存储到文件里。数据块在文件中的格式见图2。
记录文件的格式按写入数据块的种类分为三类。数据块1为预览数据文件结构, 用于统计当前记录文件的概要信息, 方便回放时查询记录文件信息, 包括第一条消息的时间, 最后条消息的时间, 文件中的消息总数和年月日。该结构体中的概要信息随着数据记录而不断更新。数据快2表示仿真过程中记录的消息, 数据块3为分隔结构体, 该分隔结构体由消息长度字段和“#”分隔符组成, 消息长度字段存储对应的消息的总长度, 每次和记录的消息一并写入文件。这样数据记录文件既可以从头向后遍历文件中的数据便于回放又可以从后向前遍历文件, 便于对文件的分析。在记录数据的同时, 周期地将消息头的时间和该条消息在数据文件的位置组成的索引结构体记录下来写进记录索引文件, 加快回放时对指定时间的检索。考虑回放时可以对当前正在记录的文件的数据回放, 建立以下共享内存:记录文件名, 记录文件预览信息结构体, 索引结构体数组和写入的索引结构体数。为了便于管理和维护, 将记录文件按年、月、日和生成时间的目录来存储, 生成时间的目录名包括年、月、日、时、分和秒的信息, 在该目录下创建以该名称加.dat后缀组成的数据文件和以该名称加.index后缀组成的索引文件。
3.2 回放服务模块
回放服务模块用来处理回放控制模块的命令, 进行相应的处理, 包括记录文件信息查询, 开始回放, 停止回放。记录文件查询时, 根据文件名判断是否为当前正在记录文件, 是则查询共享内存的预览结构体中的文件信息向回放控制模块反馈;不是则读取记录数据文件中的预览结构体中的信息向回放控制模块反馈。开始回放时, 启动回放模块并将对应的参数传给它进行回放, 一个回放模块对应一个回放控制端。停止回放时, 则停止回放模块的运行。回放服务模块可同时处理多个回放控制模块的请求并处理, 从而能够使多台主机同时且互不影响地观察仿真过程。
3.3 回放模块
根据回放服务模块传递的参数来进行回放前的处理, 对于正在记录文件, 回放不需要利用互斥来访问, 因为回放的内容肯定是已经记录的内容。回放前的处理关键在于文件起始位置的检索, 根据参数有三种情况:从头开始回放, 只需将文件移到数据文件的预览结构体后;对于从暂停位置继续回放, 只需将文件移到暂停时的位置即可;指定时间开始回放, 对于当前记录文件根据指定时间值利用二分查找去检索共享内存中的索引结构体数组然后返回不大于并且最接近指定时间值的文件位置, 然后将文件指针移到该位置顺序读取后面消息里的消息头中的时间标签, 直到时间标签值大于等于给定时间便是文件回放的起始位置;对于历史文件方法类似只是从索引文件中读取索引结构体数组来定位。检索到起始位置后进行数据回放, 原速回放的关键是时间控制, 依据是消息头中的时间标签, 考虑程序在执行时也要消耗时间, 为接近仿真过程, 利用记录的时间基准消息为判断依据, 文件中的任何仿真可以看做被消息分隔为一段一段的, 回放时遇到时间基准消息时使进程暂停相应的修正时间差值, 该差值为两条时间基准消息的间隔时间减去程序的执行时间, 程序执行时间利用获取两条时间基准消息的时刻之差算得, 而其他仿真消息则顺序发送出去。这样可以通过设置时间服务器的对时频率来调整误差范围, 如果时间消息间隔的时间为m, 两条时间消息中间的仿真消息数为n, m可以通过设置时间服务器的对时频率值可配, n不可控的, 所以适当减少m, 会使仿真消息的发送时刻接近实验。变速回放时进程暂停的相应修正值是在原速回放修正值的基础上除以回放速度值。
3.4 回放控制模块
回放控制模块用于控制回放过程, 回放前设置相应的参数, 包括回放速度, 回放起始时间和仿真回放主机的选择。回放控制模块通过界面的形式呈现给用户, 当回放模块启动, 并弹出回放控制界面时, 此时这台主机进入回放模式而脱离工作模式, 停止与时间服务器的对时操作, 并且只和数据记录和回放服务主机通信。回放控制界面由记录文件列表框, 浏览目录文本框, 选择文件文本框, 记录起始时间文本框, 记录结束时间文本框, 回放开始时间文本框, 文件信息预览按钮, 倍速选择按钮和回放控制按钮组成。记录文件列表框通过ftp连接来显示数据记录和回放服务端的目录或文件列表, 对应的信息显示在目录文本框和文件文本框中, 选中某个文件后点击信息预览按钮会向回放服务端发送文件信息查询命令, 回放服务模块将查询的信息反馈给界面, 显示出记录文件的日期, 起始时间和结束时间。点击时间预设按钮可以设定起始时间和结束时间中的时间作为回放开始时间, 然后点击重放按钮, 会向回放服务模块发送回放开始命令, 这是回放服务模块启动回放模块进行记录消息的回放。回放控制模块所在主机的通信模块收到消息后进行相应的处理再现仿真过程中的情景, 收到时间消息时, 回放控制模块会将时间设置为当时的时间值, 并在界面上显示。
4 实现与应用
本模型已经成功应用于分布式仿真实验中, 实现了订制数据地实时记录和回放, 并且可以多个控制端在记录同时互不影响地观看回放, 同时在回访过程中时间精确推进。在系统开发过程中, 选择Red hat Linux系统的主机作为数据记录和回放主机, 从效率和实时性考虑, 回放控制模块借助于Qt库用C++语言实现, 其他模块用C语言实现。时间服务器的对时频率为80HZ, 即12.5ms发送一次时间基准消息, 所以极端情况下, 仿真消息的误差也小于12.5ms, 满足了仿真实验的要求。回放控制界面见图3。
5 结束语
本文结合实际仿真实验的特点, 设计了一种数据记录与回放的模型, 考虑了分布式仿真实验数据的实时性, 数据存储, 回放控制的灵活性以及回放过程的时间精确控制。能够满足一般仿真实验的要求。本文对于记录与回放做了一些初步的研究, 对于同类问题有一定的参考价值, 同时还有很多问题值得探讨, 比如如果多个终端回放时间同步如何精确控制。
参考文献
[1]张桂元, 王旭昌, 王精业.DIS和HLA系统中的记录与回放[J].计算机仿真, 2000, 17 (1) :57-59.
[2]David Deeths, Glenn Brunette.Using NTP to control and synchronize system clocks[EB/OL]. (2001-07-09) [2009-02-18].http://www.sun.com/blueprints/0701/NTP.pdf.
[3]David L.Mills.RFC1305-1992, Network time protocol (Version 3) specificati on, implementation and analysis[EB/OL].Network Working Group, 1992[2009-02-19].http://www.faqs.org/ftp/rfc/rfc1305.pdf.
[4]刘铸.HLA/RTI中联盟保存恢复与记录回放机制的研究与实现[D].国防科学技术大学, 2003.
甚高频通信系统中电磁干扰问题分析 第7篇
关键词：高频,通信系统,电磁干扰
就当前的现状来看, 民用飞机在运行过程中基于开关稳压器干扰、数字交换、耦合、电缆敷设等问题的影响下, 逐渐呈现出电磁干扰现象, 威胁到了居民生命财产安全。因而在此基础上, 为了打造良好的民用飞机运行空间, 要求相关技术人员在对系统进行实践操控过程中应注重针对电磁干扰现象, 制定应对措施, 由此来建构良好的社会发展空间。以下就是对甚高频通信系统中电磁干扰问题的详细阐述, 望其能为当前民用飞机技术领域的革新提供有利的参考。
1甚高频通信系统中电磁干扰问题的体现
就当前的现状来看, 甚高频通信系统中电磁干扰问题主要体现在以下几个方面:
(1) 甚高频通信系统在实践运作过程中为了保障运作环境的安全性, 要求相关技术人员在对系统进行操控过程中应将收发机环境控制在118-136.9MHz之间, 同时将通信系统置入到VHF通讯环境下, 由此打造良好的通信空间。但基于人们生活水平不断提升的背景下, 民用飞机起飞、降落频率逐渐呈现出相对频繁的现象, 继而指挥员于机外塔台与进近台指挥过程中, 极易基于信号指令信息相互干扰问题的凸显下, 削弱整体指挥效率, 并无法实现对指令回复的准确接收。为此, 在甚高频通信系统操控过程中应提高对此问题的重视程度, 并对其展开有效处理。
(2) 基于智能化领域的不断发展, 高配置电脑、摄像机等电子产品得到广泛应用, 但同时高科技电子产品间亦呈现出相互干扰现象, 继而影响到了信号的接收、回复。
2甚高频通信系统中电磁干扰问题应对途径
2.1延长塔台、进近电台间距离
就当前的现状来看, 甚高频通信系统在实践运作过程中逐渐凸显出电磁干扰问题, 影响到了信号传输效率。为此, 为了打造良好的信号传输空间, 规避频繁性电磁干扰问题, 要求相关技术人员在对通信系统进行操控过程中应注重扩大塔台、进近台间距离, 即以距离性操控方法对极强的磁场信号干扰问题进行有效预防, 并规避错误信号传输。同时, 由于塔台、进近台均承担着一般强度信号干扰职能, 因而在接收机信号接收过程中, 为了规避信号紊乱现象的凸显, 要求相关技术人员应注重实时观测接收机运行状况, 即保障接收机对一定范围内电磁干扰信号的接收, 达到最佳的通信系统运作状态。从以上的分析中即可看出, 在通信系统操控过程中, 为了实现对电磁干扰问题的有效处理, 延长塔台、进近台间距离是非常必要的, 为此, 应提高对其的重视程度。例如, 某民航机构在对电磁干扰问题处理过程中, 即结合两电台均处在118-136MHz甚高频地空通信频段运行环境下的特点, 对两电台天线间距离进行延长处理, 即拓展至20-24m, 并增长同轴馈线, 最终提升了整体通信信号质量。
2.2加装带通滤波器
电磁干扰问题的凸显将在一定程度上影响到信号传输质量, 因而在此基础上, 为了打造良好的信号传输空间, 应对电磁环境复杂性问题, 要求相关技术人员在对通信系统进行操控过程中应注重于电台输出端加装带通滤波器, 即削弱临近频道电磁干扰现象, 且就此保障信号传输效果。同时, 基于带通滤波器设置的基础上, 在天线信号接收过程中, 应结合信号需经过双向限幅器、低通滤波器的特点, 对射频输入信号进行放大处理, 同时于塔台同一频段范围内设置射频放大器, 由此达到电磁干扰抵抗目的。此外, 在对“嘟?嘟?”数据传输声音的电磁干扰现象, 如, 镜像干扰、杂波干扰等问题进行处理过程中, 应注重采取干扰源定位方式, 即实时获取干扰源位置数据, 且精准记录干扰信号, 最终由此实现对多种干扰问题的有效处理, 并就此缩短干扰源排除周期, 达到高效率电磁干扰处理效果, 满足信号传输需求。
2.3强化使用环境整治
在民用航空等领域的甚高频通信系统运作过程中, 强化使用环境的整治是非常必要的, 为此, 应注重从以下几个层面入手:
(1) 为了迎合电子产品行业的快速发展, 我国政府部门在管理工作实施过程中应注重结合民用航空无线电台数量较多且频率大的特点, 制定法律法规, 同时明晰民用无线电台开发、使用细则, 继而由此实现对甚高频通信系统中电磁干扰问题的规范, 打造良好的通信空间;
(2) 在民用航空甚高频通信系统运作过程中, 为了降低电磁干扰发生几率, 应注重通过“员工竞技大赛”、“知识问答比赛”等多元化形式, 为机内成员树立良好的甚高频通信系统操控意识, 且引导其遵从电子产品使用原则, 规避电子产品互干扰等问题的凸显, 影响到民用飞机运行环境的安全性, 达到最佳的飞行状况, 并就此削弱电磁干扰威胁现象。
3结论
综上可知, 基于当代社会的可持续发展, 我国民用航空领域逐渐发展起来, 但由于飞机飞行过程中电磁干扰现象, 影响到了飞行安全性。为此, 机内人员在对甚高频通信系统进行操控过程中应针对电磁干扰问题, 从强化使用环境整治、加装带通滤波器、延长塔台与进近电台间距离等角度出发, 为民用航空飞行提供良好的通信系统运作空间, 并就此规避电磁干扰现象的凸显, 满足当代居民出行需求, 提升居民整体生活质量。
参考文献
[1]郭耀江, 孟茁.民用航空甚高频通信系统互调干扰分析与建模研究[J].现代导航, 2014, 12 (04) :245-249.
[2]陈祥成.深圳宝安国际机场甚高频通信系统互调干扰与串扰分析[J].桂林航天工业高等专科学校学报, 2011, 11 (04) :411-414.
高频通信论文 第8篇
民用飞机甚高频 (VHF) 通信系统由多套甚高频收发机及配套的甚高频天线组成, 用于飞机与飞机、飞机与地面塔台之间视距内的双向语音通信。调幅 (AM) 信号工作于超短波波段, 主要以空间波方式传播, 通信距离与飞机的飞行高度直接相关。VHF通信系统提供25 k Hz和8.33 k Hz的频道间隔选择, 工作频率分别为118.000MHz~136.975 MHz (间隔为25 k Hz有760 个信道) 或118.000MHz~136.992 MHz (间隔为8.33 k Hz有3040 个信道) 。
2 适航条款考虑
飞机作为安全性高度重要的商品, 各国民航局方出于保护产业与公众利益的平衡制定了适航条款。飞机失效状态的安全性评价准则见图1 (图中阴影部分为安全性要求不可接受的) , 表1 列出了失效状态的危害与概率之间的关系。
在常规的飞机设计架构中, 甚高频通信系统的功能危害性等级为较大的, 对应的设备软硬件设计保证等级 (DAL[1]) 为C级。系统所适用的适航条款在型号研制初期需要与局方讨论达成一致, 并明确每一条款适用的符合性验证方法, 写入通信系统的合格审定计划内。通常, 甚高频通信系统应至少表明对以下条款的符合性:CCAR25.1301d, 25.1309a, 25.1431b、c, 25.1355c[2]。条款要求如表2 所述, 所列条款需要满足的符合性方法如表3, 以明确取证目标及途径, 进而规划所需测试, 即机上地面试验 (MOC5) 与飞行试验 (MOC6) 。
3 机上地面试验
甚高频通信系统机上地面试验 (MOC5) 的目的是在地面验证甚高频通信系统功能正常, 根据我国首部完全按照CCAR25 部进行审定的涡轮喷气飞机ARJ21-700 的取证经验, 试验可按如下步骤进行安排:a.根据合格审定计划中规定的需进行MOC5试验验证的条款, 申请人制定包含测试步骤的试验大纲, 并获得局方批准;b.申请人编写试验件构型评估报告, 表明具备试验的前提, 并获得局方批准;c.地面试验开始前, 应通过局方制造符合性代表对被试甚高频通信系统进行制造符合性检查;d.所有测试设备均有合格证并在计量有效期内;试验操作人员均有上岗证;e.在局方工程代表 (或指定代理人) 的目击下, 申请人完成试验, 撰写试验报告并获得局方批准。
4 飞行试验
甚高频通信系统飞行试验 (MOC6) 的目的是在飞行中验证甚高频通信系统功能正常, 试验步骤如下:
4.1 根据合格审定计划中规定的需进行MOC6 试验验证的条款, 申请人 (或试飞承担方) 制定包含测试步骤的试验大纲并获得局方批准。根据AC25-7A[3], 至少包括以下7 个方面:
a.使用高度大于18000 ft (5490 m) 的飞机:
在距离经过局方认可的地面设施160 nm以内并高于无线电无障通讯线以上的整个范围内, 作360°盘旋飞行时, 通讯系统应该能够为飞机与地面设施之间提供清晰的联络信号, 而且在所有航向上的倾斜角均不应小于10°。在相对于地面设施的同一航向上, 通过减小倾斜角来缓解信号丢失的情况是可以接受的。建议先进行下述 (4) 节中所提出的远距接收试验。如果试验成功, 就不需进行此节中的盘旋飞行 (160 nm内) 。可以使用外滑转弯减小回转半径。
b.使用高度低于18000 ft (5490 m) 的飞机
对于使用高度限制在18000 ft (5490 m) 以下的飞机, 也应能够在上述 (1) 中规定的条件下提供清晰的联络, 只是距地面设施的距离不必超过80 nm。
c.天线覆盖范围测量
如果天线布局是对称的, 则可仅采用一种转弯方向进行试验。当已有天线辐射方向图数据时, 如果能在通讯效果最差的倾斜角和预定的方位附近检测期间获得满意的通信效果, 就不需要进行360°盘旋飞行试验。
d. 远距接收
该试验应在达到无线电视距以上的高度, 距地面设备天线至少160 nm处 (或18000 ft以下运营的飞行在距地面设备天线80 nm处) 进行, 而且飞机必须以最小10°的倾斜角向左和/或向右作360°盘旋飞行。每转10°与地面设施通信一次, 以测试地面站和机上接收信号的清晰度。对于160 nm的距离, 最小视线高度约为17000 ft (5185 m) , 而对于80 nm的高度约为4000 ft (1220 m) 。
e. 大角度接收
在距地面站约50~70 nm的距离上和35000 ft (10675 m) 的高度 (或在飞机最大使用高度) 上重复试验4 中的盘旋飞行 (对于使用高度低于18000 ft的飞机, 试验应在距地面站20~30 nm处进行) 。
f. 进场形态
在起落架放下且襟翼处于进场状态时, 检查飞机与地面设施间的通信清晰度。
g. 电磁兼容性 (EMC)
在飞行中所有系统都工作的情况下 (如果可能的话) , 通过观察检查所要验证的飞行试验系统是否出现相互干扰。
4.2 请人编写试验件构型评估报告, 表明具备试验的前提并获得局方批准。
4.3 飞行试验开始前, 应通过局方制造符合性代表对被试甚高频通信系统进行制造符合性检查。
4.4 所有测试设备均有合格证并在计量有效期内;试验操作人员均有上岗证。
4.5 在局方工程代表 (或指定代理人) 的目击下, 申请人完成试验, 撰写试验报告并获得局方批准。
5 结论
本文依据CCAR25 与AC25-7A的相关规定, 及甚高频系统的设计经验, 论述了民用飞机甚高频通信系统的适航试验方法, 可以作为适航取证的指导。
摘要：甚高频通信是民用飞机最主要的通信手段, 本文首先对系统做简要介绍, 然后从适航规章CCAR25部入手, 分析甚高频通信系统需要满足的适航条款, 讨论符合性验证方法。然后从机上地面试验与飞行试验两方面, 详细介绍了甚高频通信系统表明符合性的试验方法。
关键词：甚高频,适航,试验
参考文献
[1]SAE.ARP4754 CERTIFICATION CONSIDERATIONS FOR HIGHLY-INTEGRATED OR COMPLEX AIRCRAFT SYSTEMS[S].1996, 11
[2]中国民用航空总局.CCAR-25-R3运输类飞机适航标准[S].2001, 5
浅谈无线电通信中的高频技术 第9篇
关键词：无线电,高频,通信
1 无线电通信技术的主要类型
无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明, 首先是3G技术。TD-SCDMA是中国自主知识产权的3G标准, 该标准将智能无线、同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术融于其中, 在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面的独特优势。其次, 无线局域网技术WLAN (Wi-Fi) , 其技术标准为802.11, 可实现十几兆至几十兆的无线接入。我国目前发展的主要是802.11b标准的WLAN网络, 支持11Mbps的无线接入。WLAN技术将在特定的区域和范围, 特别是热点区域和高速信息接入领域, 发挥对移动通信网络的重要补充作用。第三, Wi MAX技术, 既全球微波接入互操作系统, 是又一种为企业和家庭用户提供“最后一英里”的宽带无线连接方案。因在数据通信领域的高覆盖范围 (可以覆盖25~30英里的范围) , 以及对3G可能构成的威胁, 使Wi MAX在最近一段时间备受业界关注。
2 无线通信中的高频信号和低频信号有什么区别
高频是包括3MHz到X00GHz的频率范围都可以称为高频。为了能够在空中传播电视信号, 必须把视频全电视信号调制成高频或射频 (RF-Radio Frequency) 信号, 每个信号占用一个频道, 这样才能在空中同时传播多路电视节目而不会导致混乱。我国采样PAL制, 每个频道占用8MHz的带宽;美国采用NTSC制, 电视从2频道至69频道, 每个频道的带宽为4MHz, 电视信号频带共占用54MHz至806MHz的信道。有线电视CATV (Cable Television) 的工作方式类似, 只是它通过电缆而不是通过空中传播电视信号。电视机在接收受到某一频道的高频信号后, 要把全电视信号从高频信号中解调出来, 才能在屏幕上重现视频图像。
3 高频通信技术的特点
3.1 抗干扰性强
高频信号的不可预测性, 使高频系统具有很强的抗干扰能力。干扰者很难通过观察进行干扰, 干扰起不了太大作用。高频通信系统在传输过程中扩展了信号带宽, 所以即使信噪比很低, 甚至在有用信号功率低于干扰信号功率的情况下, 仍能不受干扰、高质量地进行通信, 扩展的频谱越宽, 其抗干扰性越强。
3.2 低截获性
高频信号的功率均匀分布在很宽的频带上, 传输信号的功率密度很低, 侦察接收机很难监测到, 因此高频通信系统截获概率很低。
3.3 抗多路径干扰性能好
多路径干扰是电波传播过程中因遇到各种非期望反射体 (如电离层、高山、建筑物等) 引起的反射或散射, 在接收端的这些反射或散射信号与直达路径信号相互干涉而造成的干扰。多路径干扰会严重影响通信。高频通信系统中增加了高频调制和解扩过程, 利用高频码序列间的相关特性, 在接收端解扩时, 从多径信号中分离出最强的有用信号, 或将多径信号中的相同码序列信号叠加, 这样就可有效消除无线通信中因多径干扰造成的信号衰落现象, 使高频通信系统具有良好的抗多径衰落特性。
3.4 保密性好
在一定的发射功率下, 高频信号分布在很宽的频带内, 无线信道中有用信号功率谱密度极低, 这样信号可以在强噪声背景下, 甚至在有用信号被噪声淹没的情况下进行可靠通信, 使外界很难截获传送的信息, 要想进一步检测出信号的特征参数就更难了.所以高频系统可实现隐蔽通信。同时, 对不同用户使用不同码, 旁人无法窃听通信, 因而高频系统具有高保密性。
4 高频通信技术的应用
4.1 通信用高频开关电源技术
通信业的迅速发展极大地推动了通信电源的发展, 开关电源在通信系统中处于核心地位, 并已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中, 通常将高频整流器称为一次电源, 而将直流-直流 (DC/DC) 变换器称为二次电源。随着大规模集成电路的发展, 要求电源模块实现小型化, 因而需要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构, 这就对高频开关电源技术提出了更高的要求。通信用高频开关电源技术的发展基本上可以体现在几个方面:变换器拓扑、建模与仿真、数字化控制及磁集成。
为了降低变换器的体积, 需要提高开关频率而实现高的功率密度, 必须使用较小尺寸的磁性材料及被动元件, 但是提高频率将使MOSFET的开关损耗与驱动损耗大幅度增加, 而软开关技术的应用可以降低开关损耗。目前的通信电源工程应用最为广泛的是有源钳位ZVS技术、20世纪90年代初诞生的ZVS移相全桥技术及90年代后期提出的同步整流技术。
4.2 高频通信在军事通信中的发展
高频 (1.5MHz~30MHz) 通信多年来一向在我国无线通信中占主导地位。由于近代卫星通信有很大发展, 尤其铱星、地球星等相继发射, 全球的个人通信即将实现, 光纤通信也极为发达, 这些通信手段信道稳定、频带宽、容量大, 因此高频通信已有逐步被冷落的趋势, 在我国研究单位多已转向更高频段的研究, 生产厂也屈指可数。美国在二十世纪七八十年代热衷于卫星通信的研究与使用, 但在海湾战争中发现高频通信仍有其重要价值, 其注重力有所扭转, 美国海军用了上亿美元更新其舰艇高频通信装备就是一个例证。西欧各国对高频通信的研究也不遗余力。在现代舰艇、车辆等移动军事通信中, 高频通信仍然是主要通信手段。
4.3 高频通信技术在在超视距无线通信中的应用
当前最主要的手段是卫星通信、高频通信、对流层散射通信和流星余迹通信等。卫星通信是靠卫星做为中继, 和平时期很好用, 但战时卫星被干扰或破坏的可能性是存在的, 非凡在信息战条件下, 它将是主要指向目标, 过分信赖它是危险的。其他三种手段是以自然界中电离层、对流层、流星电离余迹做为反射媒介, 这些媒介被破坏的可能性小得多, 其中对流层散射和流星余迹通信天线尺寸大, 通信距离有限, 主要适合固定台站使用, 因此惟一适合运动中通信的是高频通信。高频通信由于价格便宜、机动性强、适应范围宽 (舰载、机载、车载、背负、固定) , 生命力强, 适合远中近各种距离的通信, 所以非凡适合军事领域的应用。
通过对高频通信技术的分析, 我们看到, 无线电通信技术作为极具有发展潜力的一门通信技术, 目前得到了持续和持久的快速发展, 但在快速发展的过程中, 仍需要持续加强技术研究, 在原有技术层面寻求应用方面的创新, 使之实现又好又快的发展。
参考文献
[1]魏晋蒙, 张羽.晋城电力通信机房电源系统改造方案[J].电力系统通信, 2009 (12) .
[2]施博文.一种ZCT PWM全软开关变换器的仿真研究[J].通信电源技术, 2009 (6) .
