飛機(jī)通信系統(tǒng)課件：第一章 緒論

1、2022/8/6通信系統(tǒng)（I）2課程簡(jiǎn)介電子信息工程專業(yè)課介紹飛機(jī)通信系統(tǒng)的組成、功能，以及各系統(tǒng)的基本原理講授期間提供給學(xué)生大量圖片，以增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)每章課后補(bǔ)充復(fù)習(xí)思考題3教材與參考書目教材劉連生.飛機(jī)通信系統(tǒng).2005參考書目英 Dale Stacey著，吳仁彪，劉海濤，馬愈昭等譯.航空無線電通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò). 2011.10波音系列手冊(cè)空客系列手冊(cè)4課程考核平時(shí)（出勤、作業(yè)）15%期末 85%閉卷考試（非考試周）5課程主要內(nèi)容第一章 概述第二章 甚高頻通信系統(tǒng)第三章 高頻通信系統(tǒng)第四章 選擇呼叫系統(tǒng)第五章 旅客廣播系統(tǒng)第六章 旅客娛樂系統(tǒng)第七章 飛行內(nèi)話系統(tǒng)第八章 服務(wù)內(nèi)話系統(tǒng)第九章 話音

2、記錄器第十章 機(jī)組呼叫系統(tǒng)第十一章 飛機(jī)通信尋址報(bào)告系統(tǒng)第十二章 衛(wèi)星通信系統(tǒng)6第一章 緒論二. 飛機(jī)通信系統(tǒng)概述 三. 飛機(jī)通信系統(tǒng)發(fā)展回顧 四. 航空用無線電頻譜簡(jiǎn)介 五. 航空電信業(yè)相關(guān)重要機(jī)構(gòu) 一. 通信原理回顧 7一. 通信原理回顧通信的概念通信是指由一地向另一地傳遞信息 狹義：電報(bào)、電話、傳真 廣義：廣播、電視、導(dǎo)航信息用信息量來衡量，信息量 I 和消息出現(xiàn)概率P(x) 的關(guān)系： 什么是通信？8一.通信原理回顧通信系統(tǒng)模型一個(gè)完整的通信系統(tǒng)應(yīng)該具有以下功能：把原始非電量信息轉(zhuǎn)換為與之一一對(duì)應(yīng)的原始電信號(hào)把原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換為適于長距離傳輸?shù)男盘?hào)信息源噪聲源發(fā)射設(shè)備信道換能器受信者換能器

3、接收設(shè)備9一.通信原理回顧通信系統(tǒng)分類有線通信和無線通信 根據(jù)傳輸媒質(zhì)來分的 信息在導(dǎo)線 空間的電磁波 信道10信道類型無線電磁信道有線信道：雙絞線、同軸電纜、波導(dǎo)等光纖信道：?jiǎn)文９饫w、多模光纖水聲信道：聲波（聲納）存儲(chǔ)信道：磁帶、磁盤、光盤、半導(dǎo)體存儲(chǔ)信道一般特征噪聲衰減失真一.通信原理回顧11模擬通信與數(shù)字通信 模擬通信傳輸模擬信號(hào)信號(hào)參量取值連續(xù)（不可數(shù)、無窮多）(不一定時(shí)間上連續(xù))數(shù)字通信傳輸數(shù)字信號(hào)信號(hào)參量僅取有限個(gè)值tt一.通信原理回顧12信息源噪聲源調(diào)制器信道解調(diào)器受信者一.通信原理回顧模擬通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型信息源譯碼器加密器編碼器調(diào)制器信道解調(diào)器解密器受信者噪聲源13

4、基帶傳輸與調(diào)制傳輸傳輸多路信號(hào)的復(fù)用方式 基帶傳輸將未經(jīng)頻帶調(diào)制的信號(hào)直接傳送，如音頻市內(nèi)電話等；頻帶傳輸對(duì)各種信號(hào)調(diào)制后傳輸?shù)目偡Q。時(shí)分復(fù)用頻分復(fù)用碼分復(fù)用一.通信原理回顧14發(fā)端收端信道發(fā)端信道收端收端發(fā)端發(fā)端信道信道收端發(fā)端收端單工半雙工雙工一.通信原理回顧通信方式按消息傳送方向與時(shí)間分15一.通信原理回顧按數(shù)字信號(hào)排序方式分串行傳輸是將數(shù)字信號(hào)碼元序列按時(shí)間順序一個(gè)接一個(gè)地在信道中傳輸。遠(yuǎn)距離常用串行傳輸方式。并行傳輸將數(shù)字信號(hào)碼元序列分割成兩路或者兩路以上的數(shù)字信號(hào)碼元序列同時(shí)在信道中傳輸。16兩點(diǎn)間直通分支方式交換方式一.通信原理回顧按通信網(wǎng)絡(luò)形式分17主要性能指標(biāo)有效性-消息傳輸

5、的速度可靠性-消息傳輸?shù)馁|(zhì)量 對(duì)于模擬通信來說，系統(tǒng)的有效性和可靠性具體可用系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘亢洼敵鲂旁氡龋ɑ蚓秸`差）來衡量。對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的有效性和可靠性具體可用傳輸速率和誤碼率來衡量 。一.通信原理回顧18 有效性指標(biāo)的具體表述信息傳輸速率：碼比特傳輸速率：符號(hào)傳輸速率：Rb (bit/s)Rc=(n/k)*Rb (bit/s) RBN=Rc/b (符號(hào)/s)（B,波特）編碼效率二進(jìn)制調(diào)制b=1N進(jìn)制調(diào)制b=log2N一.通信原理回顧19可靠性指標(biāo)的具體表述 誤符號(hào)率Pe（SER: Symbol Error Rate）：碼元符號(hào)在傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率 誤比特率Peb

6、（BER: Bit Error Rate）：數(shù)據(jù)比特流在傳輸系統(tǒng)中被丟失的概率一.通信原理回顧20現(xiàn)代通信的主要要求： 可以應(yīng)對(duì)大量信息的處理、傳遞、交換和復(fù)現(xiàn)；在遠(yuǎn)距離傳送信息時(shí)，要限制頻帶帶寬/功率；應(yīng)能不受干擾地進(jìn)行信息的可靠傳輸；信息的傳遞應(yīng)不受地形影響；信息的傳遞應(yīng)具有保密性；通信系統(tǒng)應(yīng)具有自恢復(fù)特性。一.通信原理回顧21現(xiàn)代通信的主要特點(diǎn)：現(xiàn)代通信的關(guān)鍵技術(shù)： 數(shù)字化、大容量、遠(yuǎn)距離、高效率、多信源以及保密性、可靠性、智能化等。一.通信原理回顧信道利用率和糾錯(cuò)編碼技術(shù)；頻譜利用率和調(diào)制解調(diào)技術(shù)；復(fù)用技術(shù)；多址技術(shù)；22第一章 緒論二. 飛機(jī)通信系統(tǒng)概述 三. 飛機(jī)通信系統(tǒng)發(fā)展回顧

7、四. 航空用無線電頻譜簡(jiǎn)介 五. 航空電信業(yè)相關(guān)重要機(jī)構(gòu) 一. 通信原理回顧 23二. 飛機(jī)通信系統(tǒng)概述飛機(jī)無線電通信系統(tǒng)的功能飛機(jī)與地面臺(tái)的通信聯(lián)絡(luò)飛機(jī)與飛機(jī)之間的通信聯(lián)絡(luò)機(jī)內(nèi)各類人員之間的語言信息交換駕駛艙內(nèi)話音的記錄24二. 飛機(jī)通信系統(tǒng)概述 飛機(jī)通信系統(tǒng)組成飛行內(nèi)話客艙內(nèi)話地面呼叫勤務(wù)內(nèi)話客艙廣播客艙娛樂飛機(jī)通信尋址報(bào)告系統(tǒng)25二. 飛機(jī)通信系統(tǒng)概述 機(jī)載通信設(shè)備的要求可靠性要求更高在溫度、氣壓劇烈變化和高濕度的環(huán)境中，指允許設(shè)備性能有很少的降低26二. 飛機(jī)通信系統(tǒng)概述 甚高頻通信系統(tǒng)（VHF COMM）功能起飛著陸及通過管制空域時(shí)與地面交通管制人員的雙向語音通信特點(diǎn)電波視距傳播，通

8、信距離近，受飛行高度影響工作頻率118136.975MHz，頻道間隔25kHz最重要應(yīng)用最廣泛的飛機(jī)通信系統(tǒng)大型飛機(jī)一般裝備2-3套相同系統(tǒng)，以保證甚高頻通信高度可靠27二. 飛機(jī)通信系統(tǒng)概述 VHF天線28二. 飛機(jī)通信系統(tǒng)概述 VHF天線波音72729二. 飛機(jī)通信系統(tǒng)概述 高頻通信系統(tǒng)（HF COMM）功能飛機(jī)與地面遠(yuǎn)程的雙向語音通信特點(diǎn)電波天波傳播，通信距離遠(yuǎn)；設(shè)備功率大，需特殊通風(fēng)散熱；易受干擾，質(zhì)量低。工作頻率2.824MHz，頻道間隔1kHz大型飛機(jī)一般裝備1-2套相同系統(tǒng)30HF天線里-2二. 飛機(jī)通信系統(tǒng)概述31HF天線運(yùn)七二. 飛機(jī)通信系統(tǒng)概述32波音707二. 飛機(jī)通信系

9、統(tǒng)概述33二. 飛機(jī)通信系統(tǒng)概述 選擇呼叫系統(tǒng)（SELCAL）功能當(dāng)?shù)孛婧艚兄付w機(jī)時(shí)，以燈光和鐘聲諧音的形式通知機(jī)組特點(diǎn)不是一種獨(dú)立通信系統(tǒng)；配合甚高頻和高頻通信系統(tǒng)工作。為實(shí)現(xiàn)選擇呼叫，機(jī)上甚高頻或高頻通信系統(tǒng)必須調(diào)諧在指定頻率上34二. 飛機(jī)通信系統(tǒng)概述 衛(wèi)星通信系統(tǒng)（SATCOM）功能飛機(jī)與地面遠(yuǎn)程的雙向語音和數(shù)據(jù)通信特點(diǎn)通信距離遠(yuǎn)；覆蓋面積大；通信頻帶寬，傳輸容量大；通信線路穩(wěn)定可靠，通信質(zhì)量高；機(jī)動(dòng)性好。35二. 飛機(jī)通信系統(tǒng)概述 飛機(jī)通信尋址報(bào)告系統(tǒng)（ACARS）功能可尋址的空地?cái)?shù)字式數(shù)據(jù)鏈通信網(wǎng)，進(jìn)行空地之間的數(shù)據(jù)和信息的自動(dòng)傳輸和交換特點(diǎn)使用VHF或衛(wèi)星通信方式從飛機(jī)向地面?zhèn)?/p>

10、送報(bào)告或信息稱為下行鏈從地面向飛機(jī)傳送報(bào)告或信息稱為上行鏈36二. 飛機(jī)通信系統(tǒng)概述 音頻綜合系統(tǒng)（AIS）泛指飛機(jī)的內(nèi)部通信系統(tǒng)包括機(jī)內(nèi)所有的通話、廣播、錄音等音頻系統(tǒng)功能機(jī)內(nèi)各類人員之間的語音信息交換駕駛艙內(nèi)話音記錄旅客娛樂37二. 飛機(jī)通信系統(tǒng)概述A320通信系統(tǒng)控制面板38二. 飛機(jī)通信系統(tǒng)概述39二. 飛機(jī)通信系統(tǒng)概述40第一章 緒論二. 飛機(jī)通信系統(tǒng)概述 三. 飛機(jī)通信系統(tǒng)發(fā)展回顧 四. 航空用無線電頻譜簡(jiǎn)介 五. 航空電信業(yè)相關(guān)重要機(jī)構(gòu) 一. 通信原理回顧 41三. 飛機(jī)通信系統(tǒng)發(fā)展回顧 兩個(gè)特殊的一百年人類飛行一百年1903年12月萊特兄弟飛機(jī)第一次成功飛行長距離無線通信一百年

11、1901年Marconi實(shí)現(xiàn)橫跨大西洋的無線通信42三. 飛機(jī)通信系統(tǒng)發(fā)展回顧飛機(jī)通信系統(tǒng)的發(fā)展第一代通信系統(tǒng)：VHF、HF語音通信系統(tǒng)1920s 發(fā)明，1940s 制定主要標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)踐規(guī)范第二代通信系統(tǒng)：ACARS，VHF數(shù)據(jù)鏈，衛(wèi)星通信系統(tǒng)下一代（第三代）通信系統(tǒng)：低成本、高效率43三. 飛機(jī)通信系統(tǒng)發(fā)展回顧電信業(yè)飛速發(fā)展，但民航通信系統(tǒng)的變革則保守和緩慢得多民航通信系統(tǒng)發(fā)展緩慢的原因民航通信系統(tǒng)自身很完善飛機(jī)可靠性要求高，設(shè)備不可隨意變更已有設(shè)備運(yùn)行良好，航空公司通常不愿花費(fèi)時(shí)間和金錢去更換和改進(jìn)44三. 飛機(jī)通信系統(tǒng)發(fā)展回顧45三. 飛機(jī)通信系統(tǒng)發(fā)展回顧ICAO制定并通過CNS/ATM方

12、案之前以有的地空通信系統(tǒng)現(xiàn)行通信系統(tǒng)終端附近使用VHF地空通信系統(tǒng)，主要是話音通信面向字符的VHF數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，即ACARS超出視線范圍的海洋和邊遠(yuǎn)陸地上空，使用HF地空通信系統(tǒng)SATCOM作為VHF/HF通信系統(tǒng)的必要補(bǔ)充雷達(dá)監(jiān)視（PSR/SSR）也是一種可選的通信方式46第一章 緒論二. 飛機(jī)通信系統(tǒng)概述 三. 飛機(jī)通信系統(tǒng)發(fā)展回顧 四. 航空用無線電頻譜簡(jiǎn)介 五. 航空電信業(yè)相關(guān)重要機(jī)構(gòu) 一. 通信原理回顧 47頻段頻率/Hz波長應(yīng)用極低頻ELF3-30超低頻SLF30-300特低頻ULF300-3k甚低頻VLF3k30k10km-100km電話、數(shù)據(jù)終端低頻LF30k300k1km-1

13、0km導(dǎo)航、信標(biāo)、電力線通信中頻MF300k3M100m-1km調(diào)幅廣播、業(yè)余無線電高頻HF3M30M10m-100m短波廣播、移動(dòng)無線電話、軍事通信甚高頻VHF30M300M1m-10m調(diào)頻廣播、電視、空中管制、導(dǎo)航特高頻UHF300M3G1dm-1m電視、移動(dòng)通信、雷達(dá)導(dǎo)航、空間遙測(cè)超高頻SHF3G30G1cm-1dm微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達(dá)毫米波30G-300G1mm-1cm衛(wèi)星通信亞毫米波300G-3T0.1mm-1mm無線電頻段四. 航空用無線電頻譜簡(jiǎn)介 48微波波段微波一般指波長1cm至1m的電磁波（范圍不統(tǒng)一）四. 航空用無線電頻譜簡(jiǎn)介49四. 航空用無線電頻譜簡(jiǎn)介LFMF

14、HFVHFUHFSHF50四. 航空用無線電頻譜簡(jiǎn)介51四. 航空用無線電頻譜簡(jiǎn)介電磁波傳播天線Tx 發(fā)射機(jī)Rx 接收機(jī)天線（Antenna）接收機(jī)或發(fā)射機(jī)的一部分將電信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成無線電波的無源設(shè)備 52四. 航空用無線電頻譜簡(jiǎn)介導(dǎo)線上有交變電流流動(dòng)時(shí)，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長度和形狀有關(guān)。若兩導(dǎo)線的距離很近，電場(chǎng)被束縛在兩導(dǎo)線之間，因而輻射很微弱；將兩導(dǎo)線張開，電場(chǎng)就散播在周圍空間。53四. 航空用無線電頻譜簡(jiǎn)介電磁波頻率與天線長度的關(guān)系天線長度應(yīng)與電磁波波長在一個(gè)數(shù)量級(jí)如四分之一波長偶極子天線1/4波長偶極子1/4波長1/2波長立體方向圖54電磁波可用三個(gè)相互垂直的矢

15、量描述電場(chǎng)強(qiáng)度矢量E磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量H傳播矢量v 四. 航空用無線電頻譜簡(jiǎn)介55極化方式用電場(chǎng)矢量尖端的軌跡來描述四. 航空用無線電頻譜簡(jiǎn)介56四. 航空用無線電頻譜簡(jiǎn)介電磁波的傳播方式不同頻率的電磁波由于本身傳播規(guī)律及地面和大氣層的不同影響，形成不同傳播方式地波天波空間波57四. 航空用無線電頻譜簡(jiǎn)介地波（表面波）沿地球表面?zhèn)鞑?，適合頻率較低的電磁波（大約2MHz以下，中波、長波）如長波通信、中波調(diào)幅廣播等58四. 航空用無線電頻譜簡(jiǎn)介天波依靠電離層反射，適合頻率較高的電磁波（大約2MHz30MHz，短波）如短波調(diào)幅廣播等 59四. 航空用無線電頻譜簡(jiǎn)介空間波（視線傳播）包括直達(dá)波和地表反射波，

16、適合頻率大于30MHz電磁波（超短波、微波）如衛(wèi)星通信、無線電視等60第一章 緒論二. 飛機(jī)通信系統(tǒng)概述 三. 飛機(jī)通信系統(tǒng)發(fā)展回顧 四. 航空用無線電頻譜簡(jiǎn)介 五. 航空電信業(yè)相關(guān)重要機(jī)構(gòu) 一. 通信原理回顧 61五. 航空電信業(yè)相關(guān)重要機(jī)構(gòu) 國際機(jī)構(gòu)國際民航組織（ICAO）建立標(biāo)準(zhǔn)，協(xié)調(diào)國際民航監(jiān)管國際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)（IATA）“代表、領(lǐng)導(dǎo)和服務(wù)航空公司”，成員包括世界絕大多數(shù)航空公司 北大西洋公約組織（NATO）協(xié)調(diào)和組織歐美國家軍航和民航歐洲航運(yùn)管理協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)歐洲主體組織，協(xié)調(diào)“歐洲單一天空” 62五. 航空電信業(yè)相關(guān)重要機(jī)構(gòu) 國家機(jī)構(gòu)民航管理美國的聯(lián)邦航空管理局（FAA）法國的民航總局（

17、DGAC） 英國的民航局（CAA）德國的空中交通管理局（DFS） 航空服務(wù)供應(yīng)商英國的國家航空交通供應(yīng)商（NATS）瑞士的空中導(dǎo)航公司（Skyguide） 63五. 航空電信業(yè)相關(guān)重要機(jī)構(gòu) 飛機(jī)制作商 美國的波音（Boeing）歐洲的空客（Airbus）加拿大的龐巴迪（Bombardier） 美國的賽斯納（Cessna）64五. 航空電信業(yè)相關(guān)重要機(jī)構(gòu) 標(biāo)準(zhǔn)制定與工程專業(yè)機(jī)構(gòu)美國航空無線電通信公司（愛瑞克）（ARINC）歐洲民用航空設(shè)備組織（EUROCAE）航空無線電技術(shù)委員會(huì)（RTCA）航空電子工程委員會(huì)（AEEC）歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）國際航空電信公司（SITA）65五. 航空電信業(yè)相關(guān)重要機(jī)構(gòu) 標(biāo)準(zhǔn)制定與工程專業(yè)機(jī)構(gòu)（續(xù)）歐洲郵政電信管