黨 鵬

（成都天奧技術(shù)發(fā)展有限公司，四川 成都）

引言

航管應(yīng)答機(jī)是一種用于飛機(jī)通信的機(jī)載設(shè)備，它能夠接收地面雷達(dá)發(fā)出的詢(xún)問(wèn)信號(hào)，并自動(dòng)回復(fù)飛機(jī)的高度、方位、飛行速度等信息。航管應(yīng)答機(jī)作為空中交通管制雷達(dá)信標(biāo)系統(tǒng)ATCRBS (Air Traffic Control Radar Beacon System)的機(jī)載部分[1]，起初是由美國(guó)陸軍航空部隊(duì)和英國(guó)空軍在第二次世界大戰(zhàn)中研發(fā)的雷達(dá)敵我識(shí)別系統(tǒng)IFF(Identification Friend or Foe)中演變而來(lái)。傳統(tǒng)的A/C 模式航管應(yīng)答機(jī)廣泛列裝在我國(guó)軍民用飛機(jī)上，而且隨著國(guó)產(chǎn)軍民用飛機(jī)航電技術(shù)的快速發(fā)展，效率更高、兼容性更好的S 模式應(yīng)答機(jī)也陸續(xù)裝備在各種機(jī)型上。而航管應(yīng)答機(jī)測(cè)試儀目前主要依靠進(jìn)口廠商（如美國(guó)viavi 公司），隨著測(cè)量和監(jiān)視設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)不少航空電子廠家也在加大航管應(yīng)答機(jī)測(cè)試儀的研發(fā)生產(chǎn)。

航管應(yīng)答機(jī)測(cè)試儀主要用于校準(zhǔn)和測(cè)量機(jī)載應(yīng)答機(jī)的接收和發(fā)射特性。航管應(yīng)答機(jī)測(cè)試儀是收發(fā)一體的儀器，對(duì)于機(jī)載設(shè)備的測(cè)試過(guò)程都是以詢(xún)問(wèn)應(yīng)答的形式。在機(jī)載應(yīng)答機(jī)測(cè)試條件下，航管應(yīng)答機(jī)測(cè)試儀模擬地面臺(tái)向機(jī)載設(shè)備發(fā)射詢(xún)問(wèn)信號(hào)，信號(hào)為固定格式的脈沖調(diào)制信號(hào)，并接收機(jī)載設(shè)備的應(yīng)答信號(hào)，同時(shí)測(cè)量應(yīng)答信號(hào)的射頻參數(shù)、脈沖參數(shù)以及應(yīng)答延時(shí)信號(hào)。

1 指標(biāo)梳理

航管應(yīng)答機(jī)測(cè)試儀作為地面設(shè)備對(duì)飛行安全有著至關(guān)重要的作用，為了保證航管應(yīng)答機(jī)測(cè)試儀測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠和量值溯源統(tǒng)一，必須對(duì)航管應(yīng)答機(jī)測(cè)試儀的計(jì)量特性進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)。目前現(xiàn)行有效的檢定規(guī)程僅有JJG（民航）0069-2004（ATC-1400A 型應(yīng)答機(jī)/測(cè)距機(jī)測(cè)試儀檢定規(guī)程）[2]，其檢定方法主要參考ATC-1400A 設(shè)備出廠驗(yàn)收測(cè)試程序[3]，檢定項(xiàng)目主要分為兩大類(lèi)：發(fā)射特性檢定和接收特性檢定。發(fā)射特性校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)/實(shí)驗(yàn)室可以參考民航檢定規(guī)程很好的指導(dǎo)校準(zhǔn)測(cè)試工作。在對(duì)航管應(yīng)答機(jī)測(cè)試儀接收特性檢定時(shí)，檢定規(guī)程使用了應(yīng)答機(jī)專(zhuān)用測(cè)試臺(tái)，該臺(tái)儀器屬于專(zhuān)用測(cè)試設(shè)備，通用性不強(qiáng)、價(jià)格昂貴且依靠進(jìn)口，并且該規(guī)程不支持S 模式應(yīng)答機(jī)的測(cè)試，而且國(guó)內(nèi)外目前存在多種型號(hào)的航管應(yīng)答機(jī)測(cè)試儀，因此有必要對(duì)航管應(yīng)答機(jī)測(cè)試儀的指標(biāo)及校準(zhǔn)方法作出梳理和研究。

根據(jù)梳理涉及民用航空、航空工業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)、使用、維修相關(guān)單位使用航管應(yīng)答機(jī)測(cè)試儀的主流型號(hào)的技術(shù)指標(biāo)和測(cè)試方法[4-6]，基本確定了航管應(yīng)答機(jī)測(cè)試儀的三大類(lèi)指標(biāo)。

第一部分為發(fā)射指標(biāo)，就是發(fā)射源產(chǎn)生的具有航管應(yīng)答機(jī)詢(xún)問(wèn)信號(hào)特性的脈沖調(diào)制信號(hào)的指標(biāo)，用來(lái)檢測(cè)機(jī)載應(yīng)答機(jī)的接收性能。其中測(cè)試儀發(fā)出的信號(hào)需要滿(mǎn)足國(guó)際民用航空標(biāo)準(zhǔn)的要求，因此對(duì)發(fā)射頻率，發(fā)射功率、載波頻譜純度以及脈沖特性指標(biāo)都進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)射指標(biāo)包含了載波信號(hào)的指標(biāo)和脈沖信號(hào)指標(biāo)，載波信號(hào)指標(biāo)如輸出頻率準(zhǔn)確，輸出功率準(zhǔn)確度以及頻譜特性等，脈沖信號(hào)指標(biāo)包括脈沖通斷比，以及脈沖上升/下降時(shí)間，以及滿(mǎn)足各種模式下的脈沖間隔，脈沖寬度等。

第二部分為接收指標(biāo)，用于檢測(cè)航管應(yīng)答機(jī)的發(fā)射性能。需要測(cè)試航管應(yīng)答機(jī)發(fā)射信號(hào)的頻率、功率，目前主流的航管應(yīng)答機(jī)測(cè)試儀更是具有脈沖參數(shù)測(cè)試能力。因此需要對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)。

第三部分為信道類(lèi)指標(biāo), 比如應(yīng)答機(jī)模式下的應(yīng)答延時(shí)測(cè)量指標(biāo)，這類(lèi)指標(biāo)必須遵循詢(xún)問(wèn)- 應(yīng)答的時(shí)序關(guān)系才能測(cè)量出來(lái)。校準(zhǔn)這類(lèi)指標(biāo)需要借助函數(shù)發(fā)生器的外觸發(fā)輸出方式，并借助雙定向耦合器，使用耦合端將詢(xún)問(wèn)/應(yīng)答信號(hào)分離后測(cè)量。

2 接收特性

測(cè)試儀用于測(cè)試航管應(yīng)答機(jī)，航管應(yīng)答機(jī)的信號(hào)格式與收發(fā)特性機(jī)制必須滿(mǎn)足《國(guó)際民用航空組織附件10 航空電信》的相關(guān)規(guī)定[7]。航管應(yīng)答機(jī)屬于L 波段（962 MHz～1 213 MHz 之間），屬于脈沖調(diào)制波形，并且為了限制帶寬，民航公約對(duì)脈沖的上升、下降時(shí)間，脈沖頻譜等指標(biāo)都做了相應(yīng)要求，因此測(cè)試儀須具備產(chǎn)生滿(mǎn)足要求的脈沖調(diào)制信號(hào)的能力，同時(shí)也要具備測(cè)試機(jī)載脈沖指標(biāo)的功能。

一般機(jī)載設(shè)備發(fā)射功率較大（脈沖功率為100 W～2 000 W），而接收功率較小（-100 dBm～0 dBm），因此測(cè)試儀需要配備動(dòng)態(tài)范圍較高的信號(hào)發(fā)生器，其頻譜純度要滿(mǎn)足民航公約的要求，同時(shí)測(cè)試儀也要具備測(cè)量機(jī)載脈沖功率的能力。根據(jù)測(cè)量?jī)x接收特性的特殊要求，本文簡(jiǎn)要介紹了航管應(yīng)答機(jī)測(cè)試儀應(yīng)答頻率、應(yīng)答功率、應(yīng)答脈沖特性的校準(zhǔn)原理框圖、具體方法及步驟。

3 校準(zhǔn)方法研究

3.1 應(yīng)答頻率的校準(zhǔn)

（1） 儀器連接如圖1 所示。

圖1 應(yīng)答頻率測(cè)量校準(zhǔn)框圖

（2） 設(shè)置航管應(yīng)答機(jī)測(cè)試儀為應(yīng)答機(jī)測(cè)量模式（XPDR MODE），詢(xún)問(wèn)模式為A 模式，詢(xún)問(wèn)速率為100 Hz，輸出功率為-90 dBm，航管應(yīng)答機(jī)測(cè)試儀輸出為開(kāi)。

（3） 函數(shù)發(fā)生器1 提供應(yīng)答延時(shí)，設(shè)置函數(shù)發(fā)生器為脈沖波形模式，輸出幅度為5 V，脈沖寬度為11 μs，輸入方式為外觸發(fā)方式，上升沿觸發(fā)，觸發(fā)后輸出一個(gè)周期波形。

（4） 使用任意波發(fā)生器生成應(yīng)答脈沖信號(hào)，也可以使用函數(shù)發(fā)生器的任意波發(fā)生器編輯模式進(jìn)行波形生成。按照國(guó)際民航組織規(guī)定的應(yīng)答脈沖的波形格式編輯并生成A 模式應(yīng)答脈沖（波形只需要保留框架脈沖F1,F2 即可，中間數(shù)據(jù)為可設(shè)置為0），設(shè)置任意波發(fā)生器為正常輸出模式，輸出電壓為1 V 峰值。

（5） 設(shè)置信號(hào)發(fā)生器載波頻率為1 090 MHz，輸出功率為0 dBm，外脈沖調(diào)制方式，打開(kāi)調(diào)制開(kāi)關(guān)和輸出開(kāi)關(guān)。

（6） 打開(kāi)脈沖功率放大器1 開(kāi)關(guān)。

（7） 讀取并記錄航管應(yīng)答機(jī)測(cè)試儀頻率測(cè)量值。

（8） 按航管應(yīng)答機(jī)應(yīng)答頻率測(cè)試要求重復(fù)（2）～（7）步驟，讀取并記錄測(cè)試儀頻率測(cè)量值。

（9） 關(guān)閉脈沖功率放大器1 開(kāi)關(guān)，關(guān)閉函數(shù)發(fā)生器、信號(hào)發(fā)生器以及測(cè)試儀輸出開(kāi)關(guān)。

3.2 應(yīng)答功率測(cè)量

（1） 儀器連接如圖2 所示。

圖2 應(yīng)答功率測(cè)量校準(zhǔn)框圖

（2） 設(shè)置測(cè)試儀為應(yīng)答機(jī)測(cè)量模式，詢(xún)問(wèn)模式為A 模式，詢(xún)問(wèn)速率為100 Hz，輸出功率為-90 dBm，同步脈沖為與詢(xún)問(wèn)信號(hào)同步。

（3） 函數(shù)發(fā)生器1 提供應(yīng)答延時(shí)，設(shè)置函數(shù)發(fā)生器為脈沖波形模式，輸出幅度為5 V，脈沖寬度為11 μs，輸入方式為外觸發(fā)方式，上升沿觸發(fā)，觸發(fā)后輸出一個(gè)周期波形。

（4） 使用任意波發(fā)生器生成應(yīng)答脈沖信號(hào)，也可以使用函數(shù)發(fā)生器的任意波發(fā)生器編輯模式進(jìn)行波形生成。按照國(guó)際民航組織規(guī)定的應(yīng)答脈沖的波形格式編輯并生成A 模式應(yīng)答脈沖（波形只需要保留框架脈沖F1,F2 即可，中間數(shù)據(jù)可設(shè)置為0），設(shè)置任意波發(fā)生器為正常輸出模式，輸出電壓為1 V 峰值。

（5） 設(shè)置信號(hào)發(fā)生器載波頻率為1 090 MHz，輸出功率為0 dBm，外脈沖調(diào)制方式，打開(kāi)調(diào)制開(kāi)關(guān)和輸出開(kāi)關(guān)。打開(kāi)函數(shù)發(fā)生器和任意波發(fā)生器輸出開(kāi)關(guān)。

（6） 打開(kāi)脈沖功率放大器2 開(kāi)關(guān)。

（7） 讀取并記錄測(cè)試儀測(cè)得的脈沖功率P0和脈沖功率計(jì)測(cè)得的脈沖功率P1，則由公式計(jì)算出功率標(biāo)稱(chēng)值P0。

式中：A1表示衰減器的衰減量標(biāo)準(zhǔn)值；

C1表示雙定向耦合器耦合度標(biāo)準(zhǔn)值。

（8） 關(guān)閉脈沖功率放大器2 開(kāi)關(guān)，關(guān)閉函數(shù)發(fā)生器、信號(hào)發(fā)生器以及測(cè)試儀射頻輸出。

3.3 應(yīng)答脈沖特性測(cè)量

（1） 儀器連接如圖3 所示。

圖3 應(yīng)答脈沖特性測(cè)量校準(zhǔn)框圖

（2） 設(shè)置測(cè)試儀為應(yīng)答機(jī)測(cè)量模式，詢(xún)問(wèn)模式為A 模式，詢(xún)問(wèn)速率為100 Hz，輸出功率為-90 dBm，同步脈沖為與詢(xún)問(wèn)信號(hào)同步。

（3） 函數(shù)發(fā)生器1 提供應(yīng)答延時(shí)。設(shè)置函數(shù)發(fā)生器1 為脈沖模式，輸出方式為外觸發(fā)方式，上升沿觸發(fā)，觸發(fā)后輸出一個(gè)周期波形，輸出幅度為5 V。設(shè)置脈沖寬度為11 μs。

（4） 任意波發(fā)生器生成應(yīng)答脈沖信號(hào)，也可以使用函數(shù)發(fā)生器2 的任意波發(fā)生器模式進(jìn)行波形生成。按照國(guó)際民航組織規(guī)定的應(yīng)答脈沖的波形格式編輯并生成A 模式應(yīng)答脈沖（波形只需要保留框架脈沖F1,F2 即可，中間數(shù)據(jù)可設(shè)置為0），設(shè)置任意波發(fā)生器為正常輸出模式，輸出電壓為1 V峰值。

（5） 設(shè)置信號(hào)發(fā)生器載波頻率為1 090 MHz，輸出功率為0 dBm，外脈沖調(diào)制方式開(kāi)。

（6） 打開(kāi)信號(hào)發(fā)生器輸出開(kāi)關(guān)和調(diào)制開(kāi)關(guān)，打開(kāi)脈沖功率放大器1 開(kāi)關(guān)。

（7） 使用示波器中自動(dòng)測(cè)量功能測(cè)量的應(yīng)答脈沖中指定脈沖的脈沖寬度、上升下降時(shí)間，脈沖間隔。

（8） 讀取并記錄測(cè)試儀測(cè)得的應(yīng)答脈沖中指定脈沖的脈沖寬度，上升下降時(shí)間，脈沖間隔。

（9） 改變測(cè)試儀詢(xún)問(wèn)模式，重復(fù)（3）～（8）步驟進(jìn)行測(cè)量。

（10） 關(guān)閉脈沖功率放大器1 開(kāi)關(guān)，關(guān)閉任意波發(fā)生器、信號(hào)發(fā)生器以及測(cè)試儀射頻輸出。

4 校準(zhǔn)方法驗(yàn)證

以VIAVI 公司ATC-5000NG 航管應(yīng)答機(jī)測(cè)試儀為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，驗(yàn)證上述校準(zhǔn)方法的可行性，具體測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1- 表3。

表2 應(yīng)答功率校準(zhǔn)方法測(cè)試驗(yàn)證結(jié)果

表3 應(yīng)答脈沖特性校準(zhǔn)方法測(cè)試驗(yàn)證結(jié)果

結(jié)束語(yǔ)

利用通用儀器搭建校準(zhǔn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了航管接收機(jī)測(cè)試儀接收特性的校準(zhǔn)，滿(mǎn)足軍民用航空標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的計(jì)量要求，替代了進(jìn)口專(zhuān)用儀器的限制，為相關(guān)計(jì)量機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)航管應(yīng)答機(jī)測(cè)試儀提供了具體方法，解決了該類(lèi)儀器設(shè)備量值溯源的問(wèn)題。