航空無(wú)線電通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)

前言

　　民航是一個(gè)高新技術(shù)應(yīng)用非常密集的行業(yè)。通信（Communication，簡(jiǎn)稱C）、導(dǎo)航（Navigation，簡(jiǎn)稱N）、監(jiān)視（Surveillance，簡(jiǎn)稱S）和空中交通管理（Air Traffic Management，簡(jiǎn)稱ATM）共同構(gòu)成了新航行系統(tǒng)（CNS/ATM），其中CNS為ATM提供了技術(shù)支持和保障。各種通信、導(dǎo)航和監(jiān)視新技術(shù)都在空中交通管制系統(tǒng)和飛機(jī)機(jī)載電子系統(tǒng)中不斷得到應(yīng)用，通過(guò)空地協(xié)作的方式來(lái)保障飛行安全和航班正點(diǎn)，并提高航空公司的運(yùn)輸效益?！　∽鳛槊窈礁叩仍盒Ｍㄐ殴こ虒I(yè)的教育工作者和負(fù)責(zé)人，我一直在思考該專業(yè)如何辦出水平和特色，為行業(yè)發(fā)展提供人才支撐。在同行業(yè)內(nèi)用人單位溝通時(shí)，他們提出既希望學(xué)生上手快（過(guò)去民航院校畢業(yè)生的特點(diǎn)），又希望學(xué)生基礎(chǔ)好、后勁足（社會(huì)重點(diǎn)大學(xué)畢業(yè)生的特點(diǎn)），但兩者難以同時(shí)兼顧。在廣泛調(diào)研國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)高校通信工程專業(yè)課程設(shè)置的基礎(chǔ)上，我提出了“厚基礎(chǔ)+特色專業(yè)模塊”的教學(xué)改革思路。所謂“厚基礎(chǔ)”，就是把學(xué)生的基礎(chǔ)打扎實(shí)，凡是社會(huì)和民航都需要的知識(shí)單獨(dú)開(kāi)課，其目的是讓學(xué)生有發(fā)展后勁，有能力適應(yīng)民航CNS技術(shù)的快速發(fā)展和變化。在此基礎(chǔ)上，我們把民航行業(yè)特殊需要的CNS方面的內(nèi)容集成到3門特色專業(yè)模塊上，分別對(duì)應(yīng)民航空管和航空電子的通信、導(dǎo)航和監(jiān)視，這些課程的內(nèi)容將“與時(shí)俱進(jìn)”，隨著民航使用技術(shù)和設(shè)備的變化而變化，但所占學(xué)時(shí)又不多，可以較好解決“厚基礎(chǔ)”和“上手快”的矛盾。實(shí)踐證明，這種教改思路是成功的，近年來(lái)我們培養(yǎng)的學(xué)生受到了民航用人單位的好評(píng)，到社會(huì)就業(yè)的學(xué)生也表現(xiàn)不俗?！　”緯鴱睦碚摗⑾到y(tǒng)及實(shí)踐的角度，廣泛而簡(jiǎn)潔地介紹了典型空管系統(tǒng)和飛機(jī)上各種不同的通信系統(tǒng)，通篇包含操作實(shí)例與個(gè)例研究。它是我們選定的比較理想的民航通信模塊特色教材。關(guān)于導(dǎo)航和監(jiān)視方面的另外兩本特色教材正在編寫之中。　　近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)項(xiàng)目的實(shí)施、低空開(kāi)放將帶來(lái)通用航空這一戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)大發(fā)展、空管CNS設(shè)備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程的不斷加快，民航和航空界迫切需要一本能涵蓋空管和航空電子CNS方面的相關(guān)著作，由此本書應(yīng)運(yùn)而生。本書的翻譯出版工作也得到了國(guó)家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)課題（2011BAH24B12）“通用航空綜合運(yùn)行支持系統(tǒng)”的部分支持?！　”緯冗m合于民航管理局、空域管理提供商、監(jiān)管機(jī)構(gòu)的工作人員，也適合于飛機(jī)制造商、無(wú)線電設(shè)備制造商以及航空工程、通信工程或電子信息工程專業(yè)的大學(xué)生?！　∪珪芍袊?guó)民航大學(xué)電子信息工程學(xué)院的教師負(fù)責(zé)翻譯，其中馬愈昭博士負(fù)責(zé)翻譯第1章和第2章中的2.1～2.7節(jié)、第12章以及附錄1～4，王文益博士負(fù)責(zé)翻譯第2章的2.8～2.19節(jié)，劉海濤博士負(fù)責(zé)翻譯第3、4、5、6章，馮青負(fù)責(zé)翻譯第7、8、9章，石慶研負(fù)責(zé)翻譯第10章，許明妍翻譯第11章。全書由吳仁彪教授統(tǒng)一審校。

內(nèi)容概要

　　《航空無(wú)線電通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)》介紹航空無(wú)線電通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)。全書共分為12章，首先介紹航空無(wú)線電系統(tǒng)、電波傳播和通信方面的基礎(chǔ)知識(shí)，隨后重點(diǎn)闡述了甚高頻話音與甚高頻數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)、軍用航空通信系統(tǒng)、遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)（包括高頻話音、高頻數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)和移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)）、航空遙測(cè)遙控系統(tǒng)、未來(lái)航空移動(dòng)通信系統(tǒng)、航空電信網(wǎng)的組成及工作原理、航空無(wú)線電地面設(shè)備安裝及使用方法、機(jī)載電子設(shè)備，最后還介紹了航空通信系統(tǒng)電磁兼容及頻譜管理方面的知識(shí)。

作者簡(jiǎn)介

作者：(英國(guó))斯泰西 (Dale Stacey) 譯者：吳仁彪 劉海濤 馬愈昭 等

書籍目錄

第1章 引言 11.1 回顧 11.2 當(dāng)代與第二代設(shè)備 21.3 未來(lái)技術(shù) 21.4 操作及用戶變化 21.5 航空用無(wú)線電頻譜 31.6 航空電信業(yè)組織結(jié)構(gòu)的討論 51.6.1 國(guó)際機(jī)構(gòu) 51.6.2 典型的國(guó)家機(jī)構(gòu) 61.6.3 工業(yè) 61.6.4 典型的規(guī)范與專業(yè)工程機(jī)構(gòu) 61.6.5 用戶/使用者 6第2章 航空無(wú)線電系統(tǒng)理論 72.1 基本定義 72.2 傳播原理 82.2.1 電磁矢量 82.2.2 極化 82.2.3 傳播速度及其與波長(zhǎng)和頻率的關(guān)系 82.3 功率、振幅和分貝 102.4 各向同性功率源和自由空間路徑損耗 112.4.1 各向同性功率源的定義 112.4.2 推導(dǎo)自由空間路徑公式 112.4.3 功率通量密度 132.4.4 電場(chǎng)強(qiáng)度 132.4.5 電場(chǎng)強(qiáng)度與發(fā)射功率的關(guān)系 142.5 無(wú)線電幾何 142.5.1 無(wú)線電地平線計(jì)算 142.5.2 地球膨脹因子——k因子 162.5.3 海里 172.5.4 大圓距離 182.6 復(fù)雜傳播：折射、吸收、非視距傳播 192.6.1 折射 192.6.2 大氣吸收引起的損耗 212.6.3 非視距傳播 212.6.4 傳播至衛(wèi)星 262.7 其他傳播效應(yīng) 272.8 調(diào)制 282.8.1 調(diào)制之謎 292.8.2 模擬域和數(shù)字域 302.8.3 幅度調(diào)制(AM) 302.8.4 頻率調(diào)制 362.8.5 數(shù)字調(diào)制 372.9 香農(nóng)理論 442.10 復(fù)用和中繼 452.10.1 頻分復(fù)用(FDM) 452.10.2 中繼 452.10.3 時(shí)分復(fù)用(TDM) 472.10.4 正交頻分復(fù)用(OFDM)和編碼OFDM 482.11 接入方案 482.11.1 頻分多址接入(FDMA) 482.11.2 時(shí)分多址接入(TDMA) 492.11.3 碼分多址接入(CDMA) 492.12 抗衰落和抗多徑技術(shù) 512.12.1 均衡 512.12.2 前向糾錯(cuò)和循環(huán)冗余校驗(yàn) 522.12.3 內(nèi)插 532.12.4 空間分集 532.12.5 頻率分集 542.12.6 被動(dòng)接收分集 562.13 帶寬規(guī)范 562.14 天線增益 572.14.1 理想的各向同性天線 572.14.2 實(shí)際實(shí)現(xiàn) 572.14.3 幾種常用的航空通信用天線 582.15 鏈路預(yù)算 622.16 互調(diào) 622.16.1 三次諧波與多余諧波 632.16.2 高次諧波 662.17 通信系統(tǒng)的噪聲 662.17.1 熱噪聲 662.17.2 自然噪聲 662.17.3 人為噪聲與干擾 662.17.4 天電噪聲 662.18 衛(wèi)星理論 662.18.1 擴(kuò)展噪聲方程 672.18.2 G/T 672.18.3 鏈路預(yù)算方程 672.18.4 噪聲溫度 682.19 可用性與可靠性 712.19.1 定義 712.19.2 可靠性浴盆曲線 712.19.3 幾個(gè)可靠性的概念 722.19.4 多元件系統(tǒng)的綜合可用性 72補(bǔ)充閱讀材料 74第3章 甚高頻航空通信系統(tǒng) 753.1 甚高頻航空通信的發(fā)展歷程 753.1.1 1947年前的甚高頻無(wú)線通信 753.1.2 1947年到現(xiàn)在的甚高頻無(wú)線通信：信道化和帶寬劃分 763.1.3 當(dāng)前及8.33 kHz信道間隔 783.1.4 未來(lái)航空甚高頻通信 783.2 雙邊帶-調(diào)幅系統(tǒng) 803.3 移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)——3C 823.3.1 網(wǎng)絡(luò)覆蓋 833.3.2 容量 863.3.3 質(zhì)量 873.4 無(wú)線電管理與許可證 883.5 甚高頻“硬化”和互調(diào) 903.5.1 接收機(jī)淹沒(méi) 903.5.2 互調(diào)干擾 903.6 甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng) 913.6.1 甚高頻模擬通信系統(tǒng)局限性 913.6.2 數(shù)據(jù)鏈路的發(fā)展歷程 913.6.3 系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 923.6.4 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)比較 1013.6.5 航空數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)業(yè)務(wù) 1013.6.6 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的未來(lái)應(yīng)用 102補(bǔ)充閱讀材料 102第4章 軍用無(wú)線通信系統(tǒng) 1044.1 軍用甚高頻通信發(fā)展歷史 1044.2 軍用航空移動(dòng)通信的發(fā)展 1044.3 軍用甚高頻通信系統(tǒng)的缺陷 1054.4 新一代戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)的挑戰(zhàn)性 1054.5 JTIDS/MIDS系統(tǒng)的誕生 1064.6 JTIDS/MIDS技術(shù)規(guī)范 1064.6.1 信道劃分 1064.6.2 Link 4A空中接口 1064.6.3 Link 11空中接口 1074.6.4 Link 16空中接口 1084.6.5 接入方式 1094.6.6 Link 16數(shù)據(jù)交換 1094.6.7 抖動(dòng)字段 1104.6.8 同步字段(SYNCH) 1104.6.9 定時(shí)同步 1104.6.10 JTIDS/MIDS的其他特性 1124.6.11 與測(cè)距設(shè)備共信道工作 112第5章 遠(yuǎn)距離無(wú)線通信系統(tǒng) 1135.1 短波無(wú)線通信系統(tǒng) 1135.2 短波通信系統(tǒng)的頻率分配 1135.3 短波無(wú)線通信系統(tǒng) 1135.3.1 短波發(fā)射機(jī) 1145.3.2 短波接收機(jī) 1145.3.3 系統(tǒng)配置 1155.3.4 選擇呼叫 1155.3.5 短波信道的可用性 1155.4 短波數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng) 1175.4.1 短波數(shù)據(jù)通信協(xié)議 1175.4.2 短波數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)部署 1185.5 短波通信在民航的其他應(yīng)用 1185.6 航空移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng) 1185.6.1 航空移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介 1185.6.2 地球同步衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng) 1205.6.3 天線系統(tǒng)技術(shù)參數(shù) 1235.7 甚高頻、高頻、L波段JTIDS/MIDS系統(tǒng)與衛(wèi)星通信系統(tǒng)的比較 1245.8 航空乘客通信(APC) 125補(bǔ)充閱讀材料 125第6章 航空遙控遙測(cè)系統(tǒng) 1266.1 遙測(cè)系統(tǒng) 1266.2 遙測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀 1266.2.1 遙測(cè)系統(tǒng)的頻率分配 1276.2.2 遙控系統(tǒng) 1296.3 遙測(cè)/遙控系統(tǒng)的應(yīng)用 1296.4 空中客車公司的未來(lái)遙測(cè)系統(tǒng) 1306.4.1 信道分配規(guī)劃 1306.4.2 系統(tǒng)組成 1306.4.3 下行鏈路 1316.4.4 上行鏈路 1316.5 無(wú)人機(jī) 131第7章 陸地回程和航空電信網(wǎng) 1337.1 引言 1337.2 點(diǎn)到點(diǎn)承載形式 1347.2.1 銅電纜 1347.2.2 頻分復(fù)用組 1347.2.3 新型的數(shù)字式連接和脈沖編碼調(diào)制 1357.2.4 同步數(shù)字體系、異步傳輸模式和Internet協(xié)議 1377.2.5 光纖 1377.2.6 專用網(wǎng)和航空電信網(wǎng) 1377.2.7 PTT所提供的服務(wù) 1377.2.8 無(wú)線電鏈路 1387.2.9 VSAT網(wǎng)絡(luò) 1407.2.10 混合網(wǎng)絡(luò) 142第8章 未來(lái)的航空移動(dòng)通信系統(tǒng) 1438.1 引言 1438.2 近期的可行技術(shù) 1448.2.1 UAT 1448.2.2 S模式擴(kuò)展電文 1468.2.3 802.xx協(xié)議族 1488.3 長(zhǎng)遠(yuǎn)的選擇 1498.3.1 分析 1498.3.2 答案 1508.3.3 定義的難題 1518.3.4 一個(gè)基于CDMA通信系統(tǒng)的建議 1538.3.5 軟件無(wú)線電 155補(bǔ)充閱讀材料 156第9章 無(wú)線電經(jīng)濟(jì)學(xué) 1579.1 引言 1579.2 經(jīng)濟(jì)學(xué)的基本準(zhǔn)則 1579.3 分析和盈虧平衡點(diǎn) 1579.4 資金成本 1589.4.1 基本的財(cái)務(wù)概念 1589.4.2 通貨膨脹 1599.5 安全考慮 1609.6 可靠性成本 1609.7 宏觀經(jīng)濟(jì)學(xué) 161第10章 地面設(shè)施及設(shè)備 16310.1 引言 16310.2 實(shí)際的甚高頻通信頻帶(118～137 MHz)設(shè)備 16510.2.1 甚高頻發(fā)射機(jī) 16510.2.2 甚高頻接收機(jī) 16510.2.3 甚高頻發(fā)射機(jī)/接收機(jī)結(jié)構(gòu) 16610.2.4 甚高頻腔體濾波器 16710.2.5 甚高頻合路器、多路耦合器、開(kāi)關(guān)與功分器 16710.2.6 其他無(wú)線電設(shè)備 16810.2.7 外圍設(shè)備 17110.3 室外 17210.3.1 傳輸線(VHF、L波段及微波) 17210.3.2 天線工程 17310.3.3 塔或桅桿 17810.3.4 機(jī)房 17910.3.5 設(shè)備架 180第11章 航空電子 18111.1 引言 18111.2 環(huán)境 18111.2.1 溫度 18211.2.2 壓力 18311.2.3 設(shè)備測(cè)試 18311.2.4 表觀風(fēng)速 18411.2.5 濕度：0～100% 18411.2.6 射頻環(huán)境、抗擾性、電磁兼容 18711.2.7 環(huán)境的分類 18811.3 飛機(jī)類型 18811.3.1 私人飛機(jī) 18811.3.2 通用航空飛機(jī) 18911.3.3 商用航空飛機(jī) 18911.3.4 軍用航空飛機(jī) 19011.4 用于私人航空的簡(jiǎn)單航空電子設(shè)備 19111.5 分布式航空電子設(shè)備概念 19111.5.1 數(shù)據(jù)總線標(biāo)準(zhǔn) 19211.5.2 供電系統(tǒng) 19511.6 航空電子機(jī)架的布置 19711.6.1 航空運(yùn)輸支架與模塊化概念單元 19711.6.2 冷卻 19811.6.3 背板布線 19811.6.4 其他標(biāo)準(zhǔn) 19911.7 航空無(wú)線電盒子 19911.7.1 甚高頻收發(fā)機(jī) 19911.7.2 高頻無(wú)線電 20111.7.3 衛(wèi)星接收機(jī)系統(tǒng)航空電子設(shè)備 20511.7.4 其他設(shè)備 20511.8 天線 20611.8.1 甚高頻天線 20611.8.2 高頻天線 20811.8.3 衛(wèi)星天線 20911.9 控制共址環(huán)境 21011.10 數(shù)據(jù)線、電源線、特殊電纜、同軸電纜 21111.11 認(rèn)證與適航維護(hù) 21211.11.1 認(rèn)證 21211.11.2 歐洲民航設(shè)備組織 21211.11.3 主最低設(shè)備清單 212補(bǔ)充閱讀材料 212第12章 干擾、電磁兼容、頻譜管理與頻率管理 21412.1 引言 21412.2 干擾 21412.2.1 干擾源 21512.2.2 干擾形式 21612.2.3 抗擾性與敏感性 21712.2.4 干擾的測(cè)量 21812.3 電磁兼容 21912.3.1 分析 21912.3.2 信道外發(fā)射、頻帶外發(fā)射、雜散發(fā)射 22112.3.3 電磁兼容標(biāo)準(zhǔn) 22212.4 頻譜管理過(guò)程 22312.4.1 同信道共享、相鄰信道和相鄰頻帶兼容 22312.4.2 系統(tǒng)內(nèi)與系統(tǒng)間兼容 22312.4.3 系統(tǒng)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn) 22412.4.4 系統(tǒng)間標(biāo)準(zhǔn) 22412.4.5 WRC進(jìn)展以及循環(huán)檢查與修訂 22512.5 頻率管理過(guò)程 22512.5.1 例子 22512.5.2 應(yīng)急頻率(3通道保護(hù)頻帶兩側(cè)) 22612.5.3 航空用頻譜與頻率信息資源庫(kù) 227補(bǔ)充閱讀材料 227附錄1 公式總結(jié) 228附錄2 量與單位 233附錄3 常量列表 235附錄4 單位轉(zhuǎn)換 236術(shù)語(yǔ)表 237

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：插圖：同步字段由多個(gè)定時(shí)同步與細(xì)定時(shí)同步序列構(gòu)成。需要強(qiáng)調(diào)的是，在LINK16系統(tǒng)中，任何一個(gè)終端可使用多種技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)終端的定時(shí)同步功能。LINK16系統(tǒng)采用以上定時(shí)同步機(jī)制的原因是，確保各個(gè)通信終端具有最大的獨(dú)立性，以保證網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)具有最大的靈活性與抗毀滅性。在短時(shí)間內(nèi)，通信終端可通過(guò)自身攜帶高的精度原子鐘來(lái)來(lái)實(shí)現(xiàn)終端的網(wǎng)絡(luò)定時(shí)同步，但隨著時(shí)間增加，LINK16系統(tǒng)可使用以下兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)通信終端的網(wǎng)絡(luò)定時(shí)同步功能：第一，各個(gè)通信終端通過(guò)向網(wǎng)絡(luò)主時(shí)鐘源進(jìn)行同步的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的定時(shí)同步，網(wǎng)絡(luò)主時(shí)鐘源也稱為“網(wǎng)絡(luò)定時(shí)參考”，網(wǎng)絡(luò)主時(shí)鐘源的職責(zé)由網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各個(gè)通信終端輪流承擔(dān)；第二，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有通信終端通過(guò)向一個(gè)更加精確的時(shí)鐘源進(jìn)行同步，以確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的定時(shí)同步。

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《航空無(wú)線電通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)》為國(guó)防電子信息技術(shù)叢書之一。

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