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doi:10.20149/ki.issn1008-1739.2024.02.004引用格式:孔令帝,裴淏.民航地空甚高频通信系统分析及测试[J].计算机与网络,2024,50(2):111-115.[KONG Lingdi,PEI Hao.Analysis and Test of Civil Aviation Ground-to-Air VHF Communication System[J].Computer and Network,2024,50(2):111-115.]民航地空甚高频通信系统分析及测试孔令帝1,裴㊀淏2,3(1.中国民用航空华北地区空中交通管理局,北京100621;2.中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄050081;3.河北经贸大学管理科学与工程学院,河北石家庄050062)摘㊀要:在描述民航地空甚高频(Very High Frequency,VHF)通信系统作用的基础上,对地空甚高频VHF 通信系统构成进行了简要介绍,重点研究分析了VHF 通信系统信息传输模型㊁机载设备㊁地面设备,估算了VHF 通信链路传输距离,对某地VHF 通信系统中收发同址㊁收发异址2类地面设备进行了测试,测试结果满足民航相关标准要求,对于民航地空VHF 通信系统可靠运行具有重要意义㊂关键词:甚高频通信;机载设备;地面设备中图分类号:TN925文献标志码:A文章编号:1008-1739(2024)02-0111-05Analysis and Test of Civil Aviation Ground-to-AirVHF Communication SystemKONG Lingdi 1,PEI Hao 2,3(1.CAAC North China Regional Administration ,Beijing 100621,China ;2.The 54th Research Institute of CETC ,Shijiazhuang 050081,China ;3.College of Management Science and Engineering ,Hebei University of Economics and Business ,Shijiazhuang 050062,China )Abstract :On the basis of describing the function of civil aviation ground-to-air Very High Frequency (VHF)communicationsystem,the composition of ground-to-air VHF communication system is briefly introduced.The information transmission model,airborneequipment and ground equipment of VHF communication system are studied and analyzed,and the transmission distance of VHF communication link is estimated.Two types of ground equipment transmitter and receiver at the same place,transmitter and receiver atthe different places in a VHF communication system are tested.The test results meet the requirements of relevant civil aviation standards,which is of great significance to the reliable operation of civil aviation ground-to-air VHF communication system.Keywords :VHF communication;airborne equipment;ground equipment收稿日期:2023-12-210㊀引言民航地空甚高频(Very High Frequency,VHF )通信系统,又称超短波通信系统,是指利用VHF 频段传输地面航空运行控制中心与民航飞机之间信息的通信系统㊂它是目前民用航空最主要的地空通信手段,提供飞机在起飞㊁着陆期间以及通过空中交通管制区域时,与地面空管人员的双向语音和数据通信功能,广泛应用于飞行管制服务㊁情报㊁气象等信息广播以及多种应急情况下的特殊通信服务,对飞行安全的影响至关重要㊂尽管VHF 通信系统是民航不可或缺的信息传输系统,但是我国民航所使用的地面设备和机载设备大多数是进口设备㊂因此,有必要对VHF 通信系统进行分析研究,为国内在此领域的发展提供参考借鉴㊂1㊀民航地空VHF 通信系统1.1㊀VHF 通信系统VHF 通信系统包括地面设备和机载设备,由地面设备和机载设备构成双向信息传输链路,实现地面空管人员与机组间信息传输,VHF 通信系统构成如图1所示㊂图1㊀民航地空VHF通信系统构成㊀㊀VHF通信系统采用调幅工作方式,工作频率在118.000~136.975MHz,可提供25kHz或者8.33kHz 的频道间隔选择[1],我国民航现用频道间隔为25kHz[2],可设置760个频道,其中121.500MHz定为遇难呼救的全世界统一频道[3]㊂值得注意的是,信号收发使用同一频率,一方发送完毕后停止发射,等待接收对方信号㊂VHF通信系统传输模型由发射㊁信道和接收构成㊂发射部分由信号处理㊁调制器㊁变频与功率放大构成;信道是频率为118.000~136.975MHz的无线视距信道;接收部分由变频与低噪放大㊁解调器和信号处理构成,VHF通信系统传输模型如图2所示㊂话音或数据信号首先经过信号放大以及基带滤波等处理;然后送入调制器完成幅度调制㊁放大以及中频滤波得到中频信号,中频信号完成变频㊁功率放大㊁并经射频滤波后得到射频信号;最后送到天线发射㊂发射部分发送的射频信号经过无线信道后,由接收天线接收,接收天线收到射频信号进行射频滤波㊁低噪放大以及变频处理得到接收的中频信号;中频信号送入解调器,经过中频滤波㊁自动增益控制以及解调处理,得到基带信号;基带信号经过基带滤波以及放大,恢复得到语音或数据[4]图2㊀VHF通信系统传输模型1.2㊀VHF机载设备VHF机载设备用于飞机在起飞㊁降落时或通过控制空域时机组人员和地面管制人员的双向通信㊂起飞和降落是驾驶员处理问题最繁忙的时期,也是飞行中最容易发生事故的阶段,因此必须保证VHF 通信的高度可靠㊂VHF通信系统采用冗余设计保证通信可靠性,即民用飞机上一般装有一套以上的备用设备,每套VHF机载设备由天线㊁发射机㊁接收机和控制盒组成㊂VHF机载设备天线是发射和接收射频信号的装置㊂天线通常是刀形天线,长度通常为0.3048m㊂天线通过同轴电缆与VHF发射机㊁接收机相连㊂机载发射机为VHF调幅发射机,完成图2所示的发射功能,信号处理是对音频信号进行放大,要求其失真及噪音小;对音频信号滤波,限制音频信号的频谱范围并滤除音频带外干扰㊂信号调制由本地振荡器产生的载波和音频基带信号通过混频完成双边带调幅,已调信号包络与输入音频基带信号呈线性关系,同时经过放大和滤波形成中频信号,本地振荡器一般都采用高性能㊁低噪声和高集成度的频率合成器实现㊂变频将已调中频信号通过混频变为符合发射频道要求的射频信号,功率放大将射频信号放大,并经过天线发射到空中,民航常用设备的发射功率一般为10~50W,采用多级功率放大器实现功率放大[5]㊂机载接收机为VHF调幅接收机,主要完成图2所示的接收功能,是上述发射处理的逆过程㊂其中解调可采用检波实现,目的是从中频信号中分离出基带信号㊂机载控制盒主要用于保证机载发射机㊁接收机的正常工作和设备测试,由控制盒完成工作频率选择㊁频率显示以及发射机㊁接收机各种功能检验等㊂1.3㊀VHF地面设备VHF地面通信设备是航空器与各管制运行中心之间进行信息交换的最重要媒介,管制员的管制命令㊁飞机与运行控制中心之间大部分的无线数据交换㊁航行情报通播等,都需要依靠VHF通信系统完成传输[6]㊂VHF地面通信系统由VHF收发系统㊁传输系统㊁监控与控制终端构成㊂VHF地面通信系统基本工作原理如下㊂发射过程:在管制席位,管制员话音通过内话系统㊁传输系统到达VHF发射机㊂VHF发射机对传送来的话音信号进行信号处理㊁幅度调制㊁变频㊁射频功率放大㊁滤波与功率合成,最终通过馈线到达天线并辐射到空间中去㊂接收过程:在管制席位,管制员选定接收信道,空中信号通过天线㊁馈线进入分合路器,送入相关VHF接收机㊂接收机对接收到的信号进行选频㊁放大㊁混频㊁检波等过程恢复基带话音信号,通过传输系统和内话系统送入管制员席位㊂VHF地面发射机典型技术指标为①频率范围: 118.000~136.975MHz;②调制方式:双边带调幅;③载波功率:10~100W;④调制度(MOD):ȡ85%;⑤失真度:调制度30%时ɤ5%,调制度90%时ɤ8%;⑥信道间隔:支持100.00㊁50.00㊁25.00㊁8.33kHz;⑦收发切换时间:ɤ20ms;⑧谐波抑制:优于40dB;⑨载波频率稳定度:优于5ˑ10-6㊂VHF地面接收机典型技术指标为①频率范围: 118.000~136.975MHz;②调制方式:双边带调幅;③失真度:调制度30%时ɤ5%,调制度90%时ɤ8%;④收发切换时间:ɤ20ms;⑤接收灵敏度:优于-103.5dBm;⑥杂散与镜像抑制:优于-80dB;⑦中频选择性:-60~-90dB;⑧载波稳定度:优于5ˑ10-6;⑨接收带宽(6dB):ʃ7.5kHz㊂地面设备一般采用多信道半双工VHF基站实现㊂多信道半双工VHF基站需要解决收发共址信号干扰问题,即VHF接收机被位于同一基站其他信道的VHF发射机大功率信号淹没的问题㊂目前广泛采用的方案是在发射和接收通道中接入腔体滤波器[7],腔体滤波器是一种利用高Q值谐振管设计的带通滤波器,一般带宽只有25kHz,插入损耗较低(小于1dB),对于带外的谐波分量㊁干扰信号以及耦合到馈线中的其他信道信号有良好的抑制作用㊂在发射和接收2条信号路径上安装腔体滤波器,可避免收发共址时相邻信道信号干扰问题㊂1.4㊀VHF通信链路传输距离估算从地球曲率对传输距离的影响考虑,由于地球为一球体,高度为h1的发射天线和高度为h2的接收天线间视距为:d=㊀R+h1()2-h12+㊀R+h2()2-h22ʈ㊀2R h1+㊀2R h2,(1)式中:R为地球半径,R=6378km㊂dʈ3.5716㊀h1+㊀h2(),(2)式中:h1和h2单位为m㊂一般情况下,地面天线高度为30m,飞机飞行高度为10000m,代入式(2)可得,视距dʈ376.72km㊂从信息传输链路功率需求考虑,对于VHF通信系统在视距范围内,传输损耗为[8]:L=4πdλ()2,(3)或以分贝(dB)表示为:L[]=32.44+20lg d+20lg f,(4)式中:d为传输距离(单位km),f为载波频率(单位MHz)㊂接收机接收功率为:P r[]=P t[]-LF t[]+G t[]-L[]+G r[]-LF r[]-L f[]-L cd[],(5)式中:P t[]为发射机发射功率(单位dBm),LF t[]为发馈线损耗(单位dB),G t[]为发天线增益(单位dB),G r[]为收天线增益(单位dB),LF r[]为收馈线损耗(单位dB),L f[]为腔体滤波器插入损耗(单位dB),L cd[]为分合路器损耗(单位dB)㊂利用式(4)估算传输距离为376.72km㊁载波频率为137MHz的传输损耗㊂在机载发射机功率10W(40dBm)㊁地面发射机功率20W(43dBm)时,分别利用式(5)计算飞机至地面链路㊁地面至飞机链路的接收功率,并与接收灵敏度比较,链路余量均高于4.8dB,满足接收要求㊂链路具体估算结果如表1所示,VHF通信链路传输距离可达376.72km㊂因此,在VHF通信传输链路配置足够大的功放时,系统信息传输距离主要受地球曲率影响㊂表1㊀VHF通信链路传输距离估算结果链路参数空地链路地空链路备注[P t]/dBm40.0043.00[LF t]/dB 2.00 3.00[G t]/dB0.000.00全向天线[L]/dB126.69126.69d=376.72km,f=137MHz[G r]/dB0.000.00全向天线[LF r]/dB 3.00 2.00[L f]/dB 1.00 1.00[L cd]/dB 6.00 6.00按1ʒ4分合路计算[P r]/dBm-98.69-95.69接收灵敏度/dBm-103.50-100.50链路余量/dB 4.81 4.812㊀地空VHF通信系统性能测试以某VHF通信系统为例给出地面设备性能测试结果㊂2023年第二季度对某VHF系统OTE DTR100型地面设备进行了测试㊂该VHF系统是收㊁发同址系统,共4信道,主要服务于某地机场本场㊂配置意大利OTE公司生产的DTR100型设备,测试了发射的载波功率㊁调制度和失真度(设置话音信号频率为1kHz㊁话音信号功率为-10dBm 时),接收的灵敏度(设置话音信号频率为1kHz㊁设置调制度为30%时)和失真度[9-10](设置话音信号频率为1kHz㊁调制度分别为30%及90%㊁射频信号功率分别为-53,-10dBm时)㊂具体测试结果如表2和表3所示㊂2023年第二季度对某区域管制VHF系统地面设备进行了测试㊂该VHF系统是收㊁发异址系统,共8信道,主要服务于区域管制㊂配置德国R&S公司生产的200型设备,测试了发射的载波功率㊁调制度和失真度(设置话音信号频率为1kHz㊁话音信号功率为-10dBm时),接收的灵敏度(设置话音信号频率为1kHz㊁设置调制度为30%时)和失真度[10] (设置话音信号频率为1kHz㊁调制度分别为30%及90%㊁射频信号功率分别为-53,-10dBm时)㊂具体测试结果如表4和表5所示㊂表2㊀地面设备发射性能测试结果信道序号类别载波功率/dBm设置实测调制度/%失真度/%1主机43.0043.0791.60 2.60备机43.0042.9991.900.37 2主机47.0047.0691.400.55备机47.0046.9091.700.38 3主机47.0046.8791.700.54备机47.0046.9091.700.65 4主机47.0047.0090.000.50备机47.0046.7290.000.47表3㊀地面设备接收性能测试结果信道序号类别灵敏度/dBm调度/%1kHz,MOD=30%失真度/%1kHz,MOD=90%-53dBm-10dBm-53dBm-10dBm 1主机-104.10.060.130.280.48备机-104.30.090.120.290.41 2主机-104.70.420.370.950.55备机-103.60.080.130.360.42 3主机-104.70.170.100.620.50备机-104.80.250.150.750.56 4主机-104.90.190.130.750.61备机-104.50.190.130.610.43表4㊀某区域管制地面设备发射性能测试结果信道序号类别载波功率/dBm设置实测调制度/%失真度/%1主机47.0046.9189.130.72备机47.0046.8489.210.58 2主机47.0046.7489.950.60备机47.0046.8689.880.65 3主机47.0046.9188.600.57备机47.0046.7989.870.58 4主机47.0047.0089.850.93备机47.0047.7187.90 1.07 5主机47.0047.0994.69 1.23备机47.0046.7790.140.64 6主机47.0046.9588.690.62备机47.0046.9489.970.65 7主机47.0047.3790.410.64备机47.0046.8388.890.59 8主机47.0046.9890.440.98备机47.0046.7990.510.62表5 某区域管制地面设备接收性能测试结果信道序号类别灵敏度/dBm失真度/%1kHz,MOD=30%失真度/%1kHz,MOD=90%-53dBm-10dBm-53dBm-10dBm1主机-104.50.62 1.13 1.55 2.33备机-103.50.63 1.15 1.47 2.36 2主机-104.60.78 1.12 1.84 2.40备机-104.70.71 1.12 1.69 2.24 3主机-104.50.70 1.02 1.67 2.31备机-103.90.69 1.15 1.58 2.31 4主机-103.90.75 1.14 1.70 2.50备机-103.50.66 1.18 1.54 2.41 5主机-104.20.69 1.10 1.67 2.30备机-104.20.70 1.09 1.55 2.28 6主机-104.60.72 1.18 1.73 2.64备机-105.20.66 1.06 1.51 2.26 7主机-103.70.80 2.40 1.72 5.22备机-104.70.59 1.06 1.44 2.06 8主机-104.20.76 1.19 1.80 2.48备机-103.50.71 1.10 1.62 2.23以上测试结果均满足‘甚高频地空通信地面设备通用规范“(MH/T4001.2 1995)及‘甚高频地空通信地面系统话音通信系统技术规范“(MH/T4001.1 2016)要求㊂3㊀结束语目前VHF通信系统在民航通信领域得到广泛应用,在地空通信保障上发挥着不可替代的作用㊂针对民航系统对通信可靠性要求高的特点,分析了地空VHF通信系统传输原理㊁机载设备及地面设备;通过估算链路传输距离可知,在传输链路配置足够大的功放时,系统信息传输距离主要受地球曲率影响;对地面设备进行了测试,可以为管制部门㊁航空器和机场大量地面应用提供优质通信服务㊂参考文献[1]㊀国际民用航空组织.国际民用航空公约附件10航空电信:第III卷通信系统:第2版[M].蒙特利尔:国际民用航空组织,2007.[2]㊀郑涞.民航甚高频通信系统的可靠性分析与措施[J].数字技术与应用,2023,41(11):118-120. 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高频信号测量技术及仪器选择一、高频信号测量技术的重要性随着信息技术的迅速发展，无线通信、卫星导航以及雷达等高频领域的应用日益广泛。
对于这些高频信号的测量和分析成为了评估和优化系统性能的关键步骤。
因此，高频信号测量技术不仅是通信领域的基础，也是电子工程师必备的技能之一。
二、高频信号测量技术的分类高频信号测量技术主要分为两类：基础测量技术和高级测量技术。
（一）基础测量技术1. 频谱分析频谱分析是对信号频谱进行测量和分析的一种高频信号测量技术。
频谱分析可以帮助我们了解信号的频率分布和功率分布情况，从而评估信号的质量和性能。
2. 时域分析时域分析是对信号在时间上的变化进行测量和分析的一种高频信号测量技术。
时域分析可以帮助我们观察信号的波形、时序和脉冲等特征，从而深入了解信号的动态性能。
3. 相位测量相位测量是对信号相位差进行测量和分析的一种高频信号测量技术。
相位测量可以帮助我们研究信号的相位稳定性和相位失真情况，从而提高信号的调制和解调性能。
（二）高级测量技术1. 瞬态响应分析瞬态响应分析是对信号瞬态响应进行测量和分析的一种高频信号测量技术。
瞬态响应分析可以帮助我们观察信号在瞬时过程中的响应情况，从而评估信号的快速性能和动态特性。
2. 误码率分析误码率分析是对信号误码率进行测量和分析的一种高频信号测量技术。
误码率分析可以帮助我们评估信号的传输可靠性和抗干扰性能，从而优化通信系统的设计和调试。
三、高频信号测量仪器的选择高频信号测量仪器是进行高频信号测量和分析的重要工具。
在选择高频信号测量仪器时，需要考虑以下几个关键因素：1. 频率范围根据需要测量的信号频率范围，选择适合的高频信号测量仪器。
不同仪器的频率范围略有差异，需要根据实际需求进行选择。
2. 分辨率和精度测量仪器的分辨率和精度决定了信号测量的准确性和精度。
对于高频信号的测量，需要选择具有较高分辨率和精度的仪器。
3. 带宽和动态范围带宽和动态范围是衡量测量仪器性能的重要指标。
一、实验目的1. 理解高频调制的基本原理和过程。
2. 掌握振幅调制（AM）和解调（AM-D）的基本方法。
3. 学习使用实验仪器进行高频信号的调制和解调。
4. 分析调制信号的频谱特性，验证调制和解调效果。
二、实验原理高频调制是将低频信号（信息信号）与高频载波信号进行混合，使信息信号以某种方式影响载波信号的幅度、频率或相位，从而实现信号的传输。
本实验主要研究振幅调制（AM）。
1. 振幅调制（AM）振幅调制是指载波信号的振幅随信息信号的变化而变化。
AM信号可以表示为：\[ s(t) = c(t) \cdot [1 + m \cdot x(t)] \]其中，\( c(t) \) 是载波信号，\( x(t) \) 是信息信号，\( m \) 是调制指数。
2. 振幅解调（AM-D）振幅解调是指从调幅信号中恢复出原始信息信号。
常见的解调方法有包络检波法和同步检波法。
三、实验仪器1. 双踪示波器2. 高频信号发生器3. 低频信号发生器4. 调制器5. 解调器6. 万用表四、实验步骤1. 调制过程（1）设置高频信号发生器，产生一个频率为 \( f_c \) 的正弦波作为载波信号。
（2）设置低频信号发生器，产生一个频率为 \( f_m \) 的正弦波作为信息信号。
（3）将载波信号和信息信号输入调制器，进行振幅调制。
（4）观察调制器的输出波形，验证调制效果。
2. 解调过程（1）将调制信号输入解调器，进行振幅解调。
（2）观察解调器的输出波形，验证解调效果。
3. 频谱分析（1）使用频谱分析仪对调制信号进行频谱分析。
（2）观察调制信号的频谱特性，验证调制效果。
4. 性能测试（1）测试调制信号的调制指数 \( m \)。
（2）测试解调信号的解调指数 \( D \)。
五、实验结果与分析1. 调制过程通过实验，成功实现了振幅调制。
调制信号的波形如图1所示。
图1 振幅调制信号波形2. 解调过程通过实验，成功实现了振幅解调。
解调信号的波形如图2所示。
甚高频信号传输方式分析及改进摘要：本文详细介绍外台站至空管中心甚高频信号传输的三种方式，从技术原理、传输中继等方面分析现有两种传输方式的差异；结合实际案例，查找备用传输方式信号质量差的原因，并提出改善甚高频信号质量的方案。
关键词：甚高频传输；带宽；编码格式.1 引言甚高频作为飞行员与地面管制员的主要通信方式，其信号质量十分重要，直接影响地空通信质量，是影响飞行安全的重要因素。
目前各遥控台甚高频信号由2套传输设备传输至沈阳空管中心。
其中，FA16甚高频传输网（简称FA16网）是主用网络，采用基于时分复用原理的华为FA16设备作为接入设备，传输中继为两条不同运营商地面线路，话音质量较好, 满足地空通信需求。
FA36甚高频传输网（简称FA36网）是备用网络，采用基于IP技术的H3C FA36设备作为接入设备，传输中继为一条地面线路和一条Ku卫星链路。
未来民航通信网-TDM网将作为甚高频业务主用传输网，采用基于IP 技术的华为设备，传输中继为两条地面线路，其中一条中断时，能够自动无时延倒换至另一条线路。
2 甚高频信号的传输方式管制员的指令依次通过内话系统、比选器、传输设备、传输线路、远端传输设备、远端电台主机，最后发射给飞机；远端电台收到飞行员语音信号后再通过传输设备、传输线路送至空管中心，由比选器选择质量较好的一路信号输出到管制席位的内话系统。
下面对两种甚高频信号传输方式进行分析对比。
2.1 FA16传输方式FA16传输网为甚高频信号传输主用网络，以点对点模式连接空管中心与各个遥控台，两台网管位于空管中心，由移动、电信运营商地面线路保障，带宽均为2M。
任何一路中继线路中断时，系统自动倒换至另外一条中继线路，继续保障甚高频信号传输。
拓扑图如图1。
2.2 FA36传输方式FA36网为甚高频信号备用传输网络，由联通地面线路和卫星链路两路中继保障，默认路由为地面线路。
当联通线路中断，改由卫星链路保障甚高频信号传输。
高频线材测试报告引言高频线材是广泛应用于电子设备通信连接中的重要组件。
为了保证高频线材的质量和可靠性，我们对其进行了一系列的测试。
本报告将详细介绍测试的目的、测试方法、测试结果以及相关的分析和结论。
测试目的本次测试的目的是评估高频线材在高频通信信号传输过程中的性能表现。
我们将重点关注以下几个方面：1.传输损耗：测试高频信号通过线材传输时的信号衰减情况。
2.射频干扰：测试线材在高频信号传输时是否产生较大的射频干扰。
3.阻抗匹配：测试线材的阻抗匹配情况，以确定其在实际应用中的兼容性。
测试方法传输损耗测试传输损耗测试是评估高频线材传输性能的重要指标之一。
我们使用频谱分析仪和信号源进行测试。
1.连接设置：将高频线材与信号源和频谱分析仪连接，确保连接安全可靠。
2.设置信号源：设置信号源的频率和功率，以模拟高频信号的传输。
3.测量传输损耗：使用频谱分析仪测量线材信号输入端和输出端的功率，计算传输损耗。
射频干扰测试射频干扰是高频线材常见的问题之一。
为了评估线材在高频信号传输时的抗干扰能力，我们进行了射频干扰测试。
1.连接设置：将高频线材与信号源和接收设备连接。
2.设置信号源：设置信号源的频率和功率，以模拟干扰信号。
3.测量接收信号：使用接收设备测量线材输出端的信号质量，比较干扰信号的功率与正常信号的功率差距。
阻抗匹配测试阻抗匹配是保证高频信号传输质量的重要因素之一。
我们使用网络分析仪来测试高频线材的阻抗匹配情况。
1.连接设置：将高频线材与网络分析仪连接。
2.设置网络分析仪：设置网络分析仪的测试频率和功率范围。
3.测试阻抗匹配：使用网络分析仪测量线材输入端和输出端的反射损耗，评估线材的阻抗匹配情况。
测试结果经过上述测试，我们得出了以下测试结果：1.传输损耗：在频率范围为1GHz至10GHz的测试中，线材的传输损耗保持在0.5dB以内，符合要求。
2.射频干扰：线材在高频信号传输时产生的射频干扰较小，对接收信号的影响可以忽略。
高频信号捕获与分析的技术与方法随着科技的发展，高频信号越来越被广泛应用于人们的生活和工作中，如手机信号、雷达信号、无线电信号等等，这些信号的稳定性和精度不仅关系到我们的生活安全，也牵扯到科研领域的发展。
而高频信号捕获与分析的技术与方法对于在各个领域中使用高频信号的人员非常重要，因此本文将从三个方面谈谈高频信号捕获与分析的技术与方法。
一、高频信号的捕获高频信号的捕获就是获取这些信号的原始数据，它是进行信号分析的前提和基础。
高频信号的捕获技术主要包括数字信号处理技术和模拟信号处理技术两种。
数字信号处理技术：数字示波器是数字信号处理技术的重要代表。
数字示波器是指直接将模拟信号转换成数字信号后再进行处理和显示的设备。
所得到的数据是数字形式的，并具有极高的分辨率和准确性。
同时，数字示波器还具有自动测量、自动校准等功能，能够提高用户的分析效率和准确性。
模拟信号处理技术：Oscilloscope是模拟信号处理技术的代表。
它是通过电子元件将被测的信号进行放大、补偿、抑制高频噪声等处理后呈现给用户的。
与数字示波器相比，它具有频率范围宽、抗干扰性强、可靠性高等特点，深受用户的喜爱。
二、高频信号的分析高频信号的分析是对高频信号进行深入研究和加工的过程，目的是为了得到有用的信息。
高频信号的分析主要包括FFT分析、脉冲分析和眼图分析三种方式。
FFT分析：FFT分析是对高频信号的频率进行分析、信号解析、合成和显示的方法。
它是一种将信号从时域转化到频域的处理方法，可将高频信号的周期性特征清晰地呈现出来，非常准确和实用。
因此，在日常的频谱分析和无线电台的调试维护中，FFT分析技术被广泛应用。
脉冲分析：脉冲分析在高频信号处理领域是十分常见的。
脉冲分析主要是对高密度信号的研究、分析、提取有用信息的过程。
它可以提取出设备中一些暗藏的有价值的信息，帮助研究人员或工程师解决复杂的信号问题，从而快速维护设备，并达到优化、提高设备性能的效果。
频率特性的测试实验报告频率特性的测试实验报告摘要：频率特性是描述系统对不同频率信号的响应能力的重要参数。
本实验旨在通过测试不同频率下的信号输入和输出，分析系统的频率特性。
实验结果表明，系统在不同频率下的响应存在一定的差异，频率特性测试可以有效评估系统的性能。
引言：频率特性是衡量系统对不同频率信号的响应能力的重要指标，对于各种电子设备和通信系统的设计和性能评估具有重要意义。
频率特性测试可以帮助我们了解系统在不同频率下的工作情况，为系统优化和故障排除提供依据。
实验方法：1. 实验器材准备：使用函数发生器作为信号源，连接到待测试系统的输入端；使用示波器连接到待测试系统的输出端，用于观测信号响应。
2. 实验参数设置：选择一系列不同频率的信号作为输入信号，设置函数发生器的频率范围和幅度。
3. 实验过程：逐一调节函数发生器的频率，观察示波器上输出信号的变化，并记录下输入信号和输出信号的幅度、相位差等参数。
4. 实验数据处理：根据记录的数据，绘制频率特性曲线，分析系统在不同频率下的响应情况。
实验结果：通过实验测试，我们得到了系统在不同频率下的响应数据，并绘制了频率特性曲线。
以下是实验结果的总结：1. 幅频特性：我们观察到系统在低频时具有较高的增益，随着频率的增加，增益逐渐下降。
在高频范围内，增益趋于平缓或下降较快，这可能是由于系统的带宽限制所致。
2. 相频特性：我们发现系统在不同频率下的相位差存在一定的变化。
在低频时，相位差较小，随着频率的增加，相位差逐渐增大。
这可能是由于系统的传递函数导致的相位延迟效应。
3. 频率响应范围：通过绘制频率特性曲线，我们可以确定系统的频率响应范围。
在曲线上观察到的3dB降低点可以作为系统的截止频率，超过该频率的信号将受到较大的衰减。
讨论与分析：频率特性测试结果对于系统的性能评估和优化具有重要意义。
通过分析实验结果，我们可以得出以下结论和建议：1. 频率特性的变化可能是由于系统中的电容、电感等元件的频率响应特性导致的。
高频信号的测试及传输分析楚国富,傅 攀(西南交通大学,四川成都610031)摘 要:本文通过高频信号在铁路轨道上的试验说明了高频信号的基本特性。
铁路轨道信号由于车轮与钢轨的接触不良而引起故障,特别是支线和不经常使用的线路由于铁锈和刹车闸瓦的不导电性,从而引起信号故障,为了解决此问题,我们利用高频信号的特性,在铁轨上做了大量试验,从而说明了高频信号的许多特有性质。
关键词:高频信号;阻抗匹配;几何参数;传输中图分类号:T N015 文献标识码:A 文章编号:167224984(2005)0120059202Analysis of the high 2frequency signal πs measurement and transmissionCH U G uo 2fu ,FU Pan(S outhwest Jiaotong University ,Chengdu 610031,China )Abstract :The article specifies the high 2frequency signal πs character by the test of the high -frequency signal which is transmitted on the railway 1The wheel of the train and the rail s ometimes are in bad contact ,and then the original signal doesn πt w ork well 1Accidents occur on the railway which is not often used 1The causation is that the resistance is too high between the wheel and the rail 1It is caused by the rust and other things 1T o res olve the problem ,we have done a lot of tests about the high 2frequency signal πs transmission on the rail 1The result dem onstrated the character of the high 2frequency signal 1K ey w ords :High 2frequency ;Impedance matching ;G eometry parameter ;T ransmission收稿日期:2003211225;收到修改稿日期:20042022231 引 言目前,应用于我国铁路系统的轨道电路有多种制式,如:交流计数轨道电路,移频轨道电路,极性频率脉冲电路等。
交流计数轨道电路是我国铁路应用较多较早的制式,它分为50H z 和25H z 两种。
其中,25H z 用于电气化区段,50H z 用于非电气化区段。
交流计数轨道电路中传递三种信息和一种无脉冲的零信息。
移频轨道电路国产移频轨道电路,上行线采用的中心频率f0是650H z 、850H z 两种载频频率,下行线采用的中心频率f0是550H z 、750H z 两种载频频率,频偏Δf 为55H z ,低频调制频率f1从7H z 起,按015H z 等差级数递增至26H z ,从中选取了18个作为低频调制频率现有的电化闭塞装置及控制信号灯为25H z 工频电,当车轴进入该区间时,列车对轨道电路分路,形成信号的置“0”、置“1”。
现因轨道与轮对不能可靠接触和导电,至使信号的置“0”、置“1”不可靠。
在车站的叉道区间该信号的不可靠性非常高,由此很易造成列车侧面冲突事故。
同样,移频轨道电路在有无列车占用区间时也存在此问题。
为维持运输作业高效正常运转,急需解决轨道信号在闭塞区段的可靠控制。
现国内外的多家研究院所及企业已有较长时间的该课题研究。
但研究方向和试验往往局限于在现有技术体制下改善和改进轨道与车轮的接触。
一直没有突破性的进展。
本文从理论和在试验的基础上对存在的问题进行了全方位的分析,并提出了用高频信号解决局部性问题的分析研究。
2 高频信号在铁路上的试验分析法国UM71无绝缘移频轨道电路,上行线载频的中心频率f0是2000H z 、2600H z ,下行线载频的中心频率f0是1700H z 、2300H z ,频偏Δf 为11H z ,低频调制频率f1从1013H z 起,按111H z 等差级数递增至29H z ,共18个低频信息。
法国UM71轨道电路采用1700H z 以上的载频频率,便于实现两闭塞分区的电气化绝缘,但频率越高,在钢轨中的衰耗越大,给信号的传输带来了极大的不利,因此每隔100m 就在轨间并联一个补偿电容,以延长轨道电路的长度。
由法国UM71无绝缘移频轨道电路,我们考虑到提高传输信号的频率,高频频率信号,有着一定的高频特征分布参数。
当列车在铁轨上驶过时,该分布参数会有不同的变化,这种变化取决于物理的、机第31卷第1期 2005年1月中国测试技术CHI NA ME AS URE ME NT TECH NO LOGY V ol 131 N o 11Jan ,2005 械的、几何、电气等因素,特征分布参数的改变量与这些因素相关。
而与轮轨与钢轨的接触电阻关系不大,这就从理论上避免了以往的由于轮轨接触电阻过大而引起的问题。
当确定了不同因素的特征参数改变量及其函数关系,则可以通过程序检测和归类出特定的参数模型,即确定了物理的、机械的、几何、电气等的参量特征。
当轮对的特征分布参数被检测出并判决后,则送出闭锁置“1”信号,其他非相关分布参数因素被检测出时,则不被认定为列车驶入区间或区间闭锁。
为了验证高频在钢轨上的传输特性,我们做了大量试验,以验证其衰减程度,表1为一些测到的数据。
表1 原点10米20米30米50米60米实验室100K(Hz)有效值(V)01781151161141120197168 200K(Hz)有效值(V)0183016211621142112110718 500K(Hz)有效值(V)11381154213119114511181M(Hz)有效值(V)1141154116112018401537103M(Hz)有效值(V)--211101*********—5M(Hz)有效值(V)1180175013900122010901026— 从以上数据可以看出,在60米的范围内,1MH z 的信号的衰减已超过70%,这主要是钢轨的辐射和阻抗匹配造成的。
轨道电路的电能在传输过程中,主要存在道碴电阻和钢轨阻抗,它们的定义分别为:两条钢轨间有电位差存在,造成电流由一根钢轨经过枕木和道碴向另一根钢轨泄漏,使得两根钢轨之间形成许多并联着的泄漏通路,这些通路的电阻称为道碴电阻;钢轨阻抗包括钢轨电阻R和钢轨电感L。
实际上钢轨阻抗只能通过多次实际测量来确定。
在交流轨道电路中,由于集肤效应和轨条内外磁场形成的内外电感,使钢轨阻抗增大。
为了消除电感,我们在传输线上加上了1k的电容,但效果不太理想。
由此可见,钢轨的辐射仍为主要原因。
由此可见,高频信号的辐射仍为其主要特性。
另外,我们在铁路侧线上做了测试,侧线电阻为大于200MΩ,表面氧化且粗糙,加上1MH z信号,测得值为114v,当列车驶上时,其值变为016v,可见电阻对其影响不是很大,物理,机械及几何参数对其影响很大。
我们还用驻波计进行了测试,由于环境限制。
没有明显结果,但理论分析告诉我们列车驶过时,行波系数也将会有一定的变化。
3 结 论由此验证了高频信号不适于在铁轨这样的单线有线线路上传输,不符合双导体导波传输系统。
且其对于纯电阻不是很敏感。
钢轨的长距离电磁辐射是其能量衰减的主要原因。
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(5)传感器采集到的车辆状态信息首先送至IEC D,经IEC D作相应处理后将各类状态信息以数据形式传送至机车,实现对各车辆的运用状态进行监测。
5 结束语为保障长大货物列车的运营安全,减少脱轨、断钩等事故的发生,在实现我国铁路重载跨越式发展中,应尽量采用ECP制动系统。
在长大货物列车制动系统中使用全新的ECP制动系统,利用基于单片机的智能型电控制动器作为车辆微机系统的控制核心,在实现列车中各车辆同步制动及同步缓解同时,司机还能及时了解车辆状况,使操纵变得简单、可靠。
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