航管應答機測試儀接收特性校準方法研究

黨 鵬

（成都天奧技術發展有限公司，四川 成都）

引言

航管應答機是一種用于飛機通信的機載設備，它能夠接收地面雷達發出的詢問信號，并自動回復飛機的高度、方位、飛行速度等信息。航管應答機作為空中交通管制雷達信標系統ATCRBS (Air Traffic Control Radar Beacon System)的機載部分[1]，起初是由美國陸軍航空部隊和英國空軍在第二次世界大戰中研發的雷達敵我識別系統IFF(Identification Friend or Foe)中演變而來。傳統的A/C 模式航管應答機廣泛列裝在我國軍民用飛機上，而且隨著國產軍民用飛機航電技術的快速發展，效率更高、兼容性更好的S 模式應答機也陸續裝備在各種機型上。而航管應答機測試儀目前主要依靠進口廠商（如美國viavi 公司），隨著測量和監視設備的國產化趨勢，國內不少航空電子廠家也在加大航管應答機測試儀的研發生產。

航管應答機測試儀主要用于校準和測量機載應答機的接收和發射特性。航管應答機測試儀是收發一體的儀器，對于機載設備的測試過程都是以詢問應答的形式。在機載應答機測試條件下，航管應答機測試儀模擬地面臺向機載設備發射詢問信號，信號為固定格式的脈沖調制信號，并接收機載設備的應答信號，同時測量應答信號的射頻參數、脈沖參數以及應答延時信號。

1 指標梳理

航管應答機測試儀作為地面設備對飛行安全有著至關重要的作用，為了保證航管應答機測試儀測試數據的準確可靠和量值溯源統一，必須對航管應答機測試儀的計量特性進行檢定或校準。目前現行有效的檢定規程僅有JJG（民航）0069-2004（ATC-1400A 型應答機/測距機測試儀檢定規程）[2]，其檢定方法主要參考ATC-1400A 設備出廠驗收測試程序[3]，檢定項目主要分為兩大類：發射特性檢定和接收特性檢定。發射特性校準機構/實驗室可以參考民航檢定規程很好的指導校準測試工作。在對航管應答機測試儀接收特性檢定時，檢定規程使用了應答機專用測試臺，該臺儀器屬于專用測試設備，通用性不強、價格昂貴且依靠進口，并且該規程不支持S 模式應答機的測試，而且國內外目前存在多種型號的航管應答機測試儀，因此有必要對航管應答機測試儀的指標及校準方法作出梳理和研究。

根據梳理涉及民用航空、航空工業的研發、生產、使用、維修相關單位使用航管應答機測試儀的主流型號的技術指標和測試方法[4-6]，基本確定了航管應答機測試儀的三大類指標。

第一部分為發射指標，就是發射源產生的具有航管應答機詢問信號特性的脈沖調制信號的指標，用來檢測機載應答機的接收性能。其中測試儀發出的信號需要滿足國際民用航空標準的要求，因此對發射頻率，發射功率、載波頻譜純度以及脈沖特性指標都進行了測試，發射指標包含了載波信號的指標和脈沖信號指標，載波信號指標如輸出頻率準確，輸出功率準確度以及頻譜特性等，脈沖信號指標包括脈沖通斷比，以及脈沖上升/下降時間，以及滿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，用于檢測航管應答機的發射性能。需要測試航管應答機發射信號的頻率、功率，目前主流的航管應答機測試儀更是具有脈沖參數測試能力。因此需要對這些指標進行校準。

第三部分為信道類指標, 比如應答機模式下的應答延時測量指標，這類指標必須遵循詢問- 應答的時序關系才能測量出來。校準這類指標需要借助函數發生器的外觸發輸出方式，并借助雙定向耦合器，使用耦合端將詢問/應答信號分離后測量。

2 接收特性

測試儀用于測試航管應答機，航管應答機的信號格式與收發特性機制必須滿足《國際民用航空組織附件10 航空電信》的相關規定[7]。航管應答機屬于L 波段（962 MHz～1 213 MHz 之間），屬于脈沖調制波形，并且為了限制帶寬，民航公約對脈沖的上升、下降時間，脈沖頻譜等指標都做了相應要求，因此測試儀須具備產生滿足要求的脈沖調制信號的能力，同時也要具備測試機載脈沖指標的功能。

一般機載設備發射功率較大（脈沖功率為100 W～2 000 W），而接收功率較?。?100 dBm～0 dBm），因此測試儀需要配備動態范圍較高的信號發生器，其頻譜純度要滿足民航公約的要求，同時測試儀也要具備測量機載脈沖功率的能力。根據測量儀接收特性的特殊要求，本文簡要介紹了航管應答機測試儀應答頻率、應答功率、應答脈沖特性的校準原理框圖、具體方法及步驟。

3 校準方法研究

3.1 應答頻率的校準

（1） 儀器連接如圖1 所示。

圖1 應答頻率測量校準框圖

（2） 設置航管應答機測試儀為應答機測量模式（XPDR MODE），詢問模式為A 模式，詢問速率為100 Hz，輸出功率為-90 dBm，航管應答機測試儀輸出為開。

（3） 函數發生器1 提供應答延時，設置函數發生器為脈沖波形模式，輸出幅度為5 V，脈沖寬度為11 μs，輸入方式為外觸發方式，上升沿觸發，觸發后輸出一個周期波形。

（4） 使用任意波發生器生成應答脈沖信號，也可以使用函數發生器的任意波發生器編輯模式進行波形生成。按照國際民航組織規定的應答脈沖的波形格式編輯并生成A 模式應答脈沖（波形只需要保留框架脈沖F1,F2 即可，中間數據為可設置為0），設置任意波發生器為正常輸出模式，輸出電壓為1 V 峰值。

（5） 設置信號發生器載波頻率為1 090 MHz，輸出功率為0 dBm，外脈沖調制方式，打開調制開關和輸出開關。

（6） 打開脈沖功率放大器1 開關。

（7） 讀取并記錄航管應答機測試儀頻率測量值。

（8） 按航管應答機應答頻率測試要求重復（2）～（7）步驟，讀取并記錄測試儀頻率測量值。

（9） 關閉脈沖功率放大器1 開關，關閉函數發生器、信號發生器以及測試儀輸出開關。

3.2 應答功率測量

（1） 儀器連接如圖2 所示。

圖2 應答功率測量校準框圖

（2） 設置測試儀為應答機測量模式，詢問模式為A 模式，詢問速率為100 Hz，輸出功率為-90 dBm，同步脈沖為與詢問信號同步。

（3） 函數發生器1 提供應答延時，設置函數發生器為脈沖波形模式，輸出幅度為5 V，脈沖寬度為11 μs，輸入方式為外觸發方式，上升沿觸發，觸發后輸出一個周期波形。

（4） 使用任意波發生器生成應答脈沖信號，也可以使用函數發生器的任意波發生器編輯模式進行波形生成。按照國際民航組織規定的應答脈沖的波形格式編輯并生成A 模式應答脈沖（波形只需要保留框架脈沖F1,F2 即可，中間數據可設置為0），設置任意波發生器為正常輸出模式，輸出電壓為1 V 峰值。

（5） 設置信號發生器載波頻率為1 090 MHz，輸出功率為0 dBm，外脈沖調制方式，打開調制開關和輸出開關。打開函數發生器和任意波發生器輸出開關。

（6） 打開脈沖功率放大器2 開關。

（7） 讀取并記錄測試儀測得的脈沖功率P0和脈沖功率計測得的脈沖功率P1，則由公式計算出功率標稱值P0。

式中：A1表示衰減器的衰減量標準值；

C1表示雙定向耦合器耦合度標準值。

（8） 關閉脈沖功率放大器2 開關，關閉函數發生器、信號發生器以及測試儀射頻輸出。

3.3 應答脈沖特性測量

（1） 儀器連接如圖3 所示。

圖3 應答脈沖特性測量校準框圖

（2） 設置測試儀為應答機測量模式，詢問模式為A 模式，詢問速率為100 Hz，輸出功率為-90 dBm，同步脈沖為與詢問信號同步。

（3） 函數發生器1 提供應答延時。設置函數發生器1 為脈沖模式，輸出方式為外觸發方式，上升沿觸發，觸發后輸出一個周期波形，輸出幅度為5 V。設置脈沖寬度為11 μs。

（4） 任意波發生器生成應答脈沖信號，也可以使用函數發生器2 的任意波發生器模式進行波形生成。按照國際民航組織規定的應答脈沖的波形格式編輯并生成A 模式應答脈沖（波形只需要保留框架脈沖F1,F2 即可，中間數據可設置為0），設置任意波發生器為正常輸出模式，輸出電壓為1 V峰值。

（5） 設置信號發生器載波頻率為1 090 MHz，輸出功率為0 dBm，外脈沖調制方式開。

（6） 打開信號發生器輸出開關和調制開關，打開脈沖功率放大器1 開關。

（7） 使用示波器中自動測量功能測量的應答脈沖中指定脈沖的脈沖寬度、上升下降時間，脈沖間隔。

（8） 讀取并記錄測試儀測得的應答脈沖中指定脈沖的脈沖寬度，上升下降時間，脈沖間隔。

（9） 改變測試儀詢問模式，重復（3）～（8）步驟進行測量。

（10） 關閉脈沖功率放大器1 開關，關閉任意波發生器、信號發生器以及測試儀射頻輸出。

4 校準方法驗證

以VIAVI 公司ATC-5000NG 航管應答機測試儀為實驗對象，驗證上述校準方法的可行性，具體測試數據見表1- 表3。

表2 應答功率校準方法測試驗證結果

表3 應答脈沖特性校準方法測試驗證結果

結束語

利用通用儀器搭建校準平臺實現了航管接收機測試儀接收特性的校準，滿足軍民用航空標準規范的計量要求，替代了進口專用儀器的限制，為相關計量機構校準航管應答機測試儀提供了具體方法，解決了該類儀器設備量值溯源的問題。