飞机上的通讯设备是如何抵消多普勒效应的？
在飞机翱翔于蓝天之际，我们与地面之间的联系，无论是为了导航、指令还是日常的问候，都依赖于那些精密的通讯设备。在这些设备的设计中，一个常常被提及但又不像我们日常感知那样直观的因素——多普勒效应，是它们必须认真应对的挑战。
你可能会想，多普勒效应不是只有救护车鸣笛声靠近时高亢、远离时低沉那种声音上的变化吗？没错，声音确实如此。但无线电波，也就是我们飞机通讯所使用的载体，同样遵循着这个物理学基本原理。当飞机相对于地面上的通讯基站高速移动时，两者之间的无线电信号频率就会发生变化。对于接收方来说，如果飞机在靠近，那么接收到的频率就会比发送方实际发出的频率稍高一些；反之，如果飞机在远离，接收到的频率就会稍低一些。这种频率的偏移，就是多普勒效应在无线电通讯中的体现。
如果不对这种频率偏移加以校正，会带来一系列问题。最直接的便是信号的失真。我们的通讯系统，无论是语音还是数据传输，都有一个特定的工作频率范围。如果接收到的频率因为多普勒效应而显著偏离了这个范围，通讯质量就会下降，甚至可能导致无法正常通讯。想象一下，如果你在听广播，而调频器上的频道因为某种原因一直在漂移，声音就会变得模糊不清，甚至听不到。无线电通讯也是如此，接收到的频率偏移过大，信号就会被“漏掉”或者错误地解读。
那么，飞机上的通讯设备是如何巧妙地“驯服”这种速度带来的频率变化呢？这不像我们在驾驶汽车时，通过调整收音机频率来追赶模糊不清的电台信号那么简单。飞机上的系统需要的是一种主动、精确的补偿机制，而且它必须是自动完成的。
实现这一点的关键在于，通讯系统必须能够精确地知道飞机当前相对于地面基站的速度。这通常是通过集成多种技术来完成的。首先，飞机自身的导航系统，如GPS（全球定位系统）或者惯性导航系统（INS），能够提供非常精确的飞机位置和速度信息。这些信息会被实时的传输给通讯设备。
当通讯设备接收到来自地面的信号时，它会将接收到的实际频率与一个预期的、基于基站发出的标称频率进行比较。这个预期的频率是固定的，是通讯系统设计时就确定的。然后，系统会根据飞机导航系统提供的高精度速度信息，计算出由于多普勒效应应该产生的频率偏移量。
举个例子，假设地面基站发送的信号频率是100兆赫兹。如果飞机以每秒100米的速度远离基站，那么由于多普勒效应，通讯设备可能会接收到略低于100兆赫兹的频率。通讯系统内部的处理器会立刻接收到来自导航系统的速度数据，并计算出预期的频率偏移。然后，它会“告知”信号处理单元，需要将接收到的信号频率“拉升”回预期的100兆赫兹。
这种“拉升”或“压低”频率的操作，通常是通过一种叫做锁相环（PhaseLocked Loop, PLL）的技术来实现的。简单来说，锁相环就像一个高度灵敏的“频率跟踪器”。它会不断地将接收到的信号频率与一个内部产生的、可调节的频率进行比较。一旦发现差异（也就是多普勒偏移），它就会自动调整内部频率，使其与接收到的信号频率同步。同时，系统还能利用飞机速度信息，预先计算并加入一个反向的频率偏移，从而抵消掉外来的多普勒效应。
更先进的系统甚至能够预测未来的多普勒效应。由于飞机在飞行过程中速度和方向可能发生变化，通讯系统会持续监测这些变化，并根据未来的运动轨迹，主动调整接收频率，确保在整个通讯过程中，信号的频率都保持在最佳的接收范围内。这就像一个经验丰富的司机会根据路况和导航信息，提前调整车速，而不是等到速度失控了才去反应。
因此，飞机上的通讯设备并不是简单地“抵消”多普勒效应，而是一个包含了精确速度测量、频率对比、实时计算和智能反馈的复杂系统。通过这些精密的协同工作，即使飞机在万米高空高速飞行，我们与地面的通讯也能够保持清晰、稳定，就像您在地面上打电话一样自然。这背后，是无数工程师的智慧和严谨的科学原理在默默地发挥作用。
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如果不对这种频率偏移加以校正，会带来一系列问题。最直接的便是信号的失真。我们的通讯系统，无论是语音还是数据传输，都有一个特定的工作频率范围。如果接收到的频率因为多普勒效应而显著偏离了这个范围，通讯质量就会下降，甚至可能导致无法正常通讯。想象一下，如果你在听广播，而调频器上的频道因为某种原因一直在漂移，声音就会变得模糊不清，甚至听不到。无线电通讯也是如此，接收到的频率偏移过大，信号就会被“漏掉”或者错误地解读。
那么，飞机上的通讯设备是如何巧妙地“驯服”这种速度带来的频率变化呢？这不像我们在驾驶汽车时，通过调整收音机频率来追赶模糊不清的电台信号那么简单。飞机上的系统需要的是一种主动、精确的补偿机制，而且它必须是自动完成的。
实现这一点的关键在于，通讯系统必须能够精确地知道飞机当前相对于地面基站的速度。这通常是通过集成多种技术来完成的。首先，飞机自身的导航系统，如GPS（全球定位系统）或者惯性导航系统（INS），能够提供非常精确的飞机位置和速度信息。这些信息会被实时的传输给通讯设备。
当通讯设备接收到来自地面的信号时，它会将接收到的实际频率与一个预期的、基于基站发出的标称频率进行比较。这个预期的频率是固定的，是通讯系统设计时就确定的。然后，系统会根据飞机导航系统提供的高精度速度信息，计算出由于多普勒效应应该产生的频率偏移量。
举个例子，假设地面基站发送的信号频率是100兆赫兹。如果飞机以每秒100米的速度远离基站，那么由于多普勒效应，通讯设备可能会接收到略低于100兆赫兹的频率。通讯系统内部的处理器会立刻接收到来自导航系统的速度数据，并计算出预期的频率偏移。然后，它会“告知”信号处理单元，需要将接收到的信号频率“拉升”回预期的100兆赫兹。
这种“拉升”或“压低”频率的操作，通常是通过一种叫做锁相环（PhaseLocked Loop, PLL）的技术来实现的。简单来说，锁相环就像一个高度灵敏的“频率跟踪器”。它会不断地将接收到的信号频率与一个内部产生的、可调节的频率进行比较。一旦发现差异（也就是多普勒偏移），它就会自动调整内部频率，使其与接收到的信号频率同步。同时，系统还能利用飞机速度信息，预先计算并加入一个反向的频率偏移，从而抵消掉外来的多普勒效应。
更先进的系统甚至能够预测未来的多普勒效应。由于飞机在飞行过程中速度和方向可能发生变化，通讯系统会持续监测这些变化，并根据未来的运动轨迹，主动调整接收频率，确保在整个通讯过程中，信号的频率都保持在最佳的接收范围内。这就像一个经验丰富的司机会根据路况和导航信息，提前调整车速，而不是等到速度失控了才去反应。
因此，飞机上的通讯设备并不是简单地“抵消”多普勒效应，而是一个包含了精确速度测量、频率对比、实时计算和智能反馈的复杂系统。通过这些精密的协同工作，即使飞机在万米高空高速飞行，我们与地面的通讯也能够保持清晰、稳定，就像您在地面上打电话一样自然。这背后，是无数工程师的智慧和严谨的科学原理在默默地发挥作用。
网友意见
不抵消，航空器上和地面空管之间的语音通讯，使用的是对多普勒效应不敏感的调幅方式来调制信号。
在飞机高速飞行中，多普勒效应只会对飞机发射/接收的无线电波频率产生影响，而电波的振幅并不会因为多普勒效应而产生变化。调幅这种对信号的调制方式，是通过改变载波的振幅来表示所要传输的信号(例如：语音)。
飞机高速飞行中和地面联系时所发射的调幅载波频率，在多普勒效应的作用下，会发生整体的偏移(频率升高或降低)。由于调幅这种调制方式的特性，在载波频率改变时，并不会对所运载的语音信号产生失真。
这里要注意，不被多普勒效应影响的只是载波的震动幅度，载波本身的频率还是会被影响。
要弥补载波频率的偏移只需要简单的在接收机端适当增大一点接收的频率范围就可以了。
资料来源：
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