基于电磁环境的二次雷达场地安全分析研究

2017-11-07段锋，黄坚

中国测试 2017年10期

关键词：场强空管接收机

段锋，黄坚

（1.新疆民航空管设备有限责任公司，新疆乌鲁木齐 830011；2.云南省计量测试技术研究院，云南昆明 650228)

基于电磁环境的二次雷达场地安全分析研究

段锋1，黄坚2

（1.新疆民航空管设备有限责任公司，新疆乌鲁木齐 830011；2.云南省计量测试技术研究院，云南昆明 650228)

二次雷达是空中交通管制领域重要的监视设备，其工作性能的发挥与周围电磁环境密切相关。为保证二次雷达安全运行，需要对周围的场地环境进行分析和评估。首先，介绍电磁环境评估的一般方法；其次，分析基于电磁环境的二次雷达场地安全评估的流程；最后，以新疆乌鲁木齐机场新建二次雷达和拟建机场高速公路为例，通过在各个频点对高速公路产生的干扰场强进行测量，利用无源干扰和有源干扰对机场附近的电磁环境进行分析。结果表明：高速公路产生的峰值场强、平均值场强均不会影响该机场拟建空管二次雷达的正常运行。

二次雷达；有源干扰；无源干扰；电磁评估

0 引言

空管二次雷达在保障民航飞行安全中起着重要作用，能实时显示航空器的动态信息，是管制员正确指挥飞行的重要手段[1]。二次雷达的正常运行会受到周围电磁环境和场地条件的影响，包括大型障碍物对无线电信号产生的反射干扰和有源信号的干扰。随着国民经济的快速发展，机场周围的高速公路等交通基础设施日渐兴起，但在这些交通设施上运行的车辆会产生电磁波，可能会影响设备的正常运行，对飞行安全造成隐患[2-3]。

目前，在国内有不少学者对民航雷达的电磁环境评估进行了分析和研究。郝佳新等[4]采用功能性仿真，建立了雷达探测的概率模型和仿真算法。高涛等[5]运用专家分析法和层次分析法对二次雷达选址进行了综合评价。蒋兰[6]对影响雷达站选址的各方面因素进行了分析和总结，提出了相应对策。

高速公路上的铁护栏以及公路上行驶的汽车等都会产生电磁辐射，对周围电磁环境造成一定干扰。因此，在高速公路规划建设阶段，应对其进行评估，以分析高速公路对二次雷达是否存在电磁干扰而影响其正常工作，确保二次雷达能够安全运行[7]。

1 干扰分析方法

电磁环境的干扰影响主要分为两种：无源干扰和有源干扰。无源干扰是指本身不主动辐射，而是反射、改变对方的辐射能量；有源干扰是指利用本身产生的电磁能量，主动作用于对方。

1.1 无源干扰分析方法

国家标准和民航法规等政策已对各类干扰源的防护间距进行了明确规定，给出了相应防护间距的计算方法和公式。GB/T 13618——1992《对空情报雷达站电磁环境防护要求》[8]和MH/T 4003.2——2014《民用航空通信导航监视台（站)设置场地规范第2部分：监视》[9]给出了各个干扰源的防护间距，如表1所示。其中，雷达对高速公路的防护间距：干扰源信号在80～300MHz时为 1km，在 300～3000MHz时为 700m。

表1 部分干扰源防护间距（km）表

1.2 有源干扰影响分析方法

空管二次雷达的工作频段为1 030 MHz和1090MHz。为保证正常接收航空器反射回的信号，需考虑二次雷达接收的高速公路产生的干扰场强对其造成的影响。由于只考虑接收信号，所以只需要分析高速公路产生的1090MHz及相邻频段的干扰场强[10]。

国家标准GB/T 13618——1992《对空情报雷达站电磁环境防护要求》明确规定了空情雷达对各类干扰源的最大干扰场强，并给出了相应公式，所以依据此技术标准分析、处理高速公路与空管二次雷达之间电磁环境干扰等问题，公式如下：

式中：Ejpmax——最大允许干扰场强，dBμV/m；

Ujfmax——最大允许干扰电压有效值，dBμV；

f——雷达工作频率，MHz；

G——雷达天线增益，dB；

Z——雷达接收机输入阻抗，Ω；

ΔEgp——准峰值场强与峰值场强分贝数之差，dB；

L——雷达天馈系统损耗，dB。

国家标准GB/T 13618——1992中规定，雷达接收机输入端最大容许干扰电压为

式中：Ujfmax——接收机输入端最大容许干扰电压有效值，μV；

C——相对于白噪声最大容许干扰电压的增量系数；

Unf——等效到接收机输入端的系统噪声电压有效值，μV。

根据自由空间传播的信号场强可以计算干扰无线电脉冲衰减辐射到空管二次雷达天线处的干扰场强，其中信号场强为

式中：ES——信号场强，dBμV/m；

P——有效发射功率，W；

d——计算点至空管设备接收处的距离，km。

1.3 场地安全分析流程

根据上述分析，民航二次雷达场地安全评估的流程如图1所示。

2 分析与评估

2.1 选址规划

乌鲁木齐区管二次雷达为拟建雷达，具备询问旁瓣抑制和接收旁瓣抑制功能[11]，天线采用大垂直口径平面开放式阵列形式，天线高1.8m，长约8m，工作询问模式通常为A、C和S模式，询问频率为（1030±0.01)MHz，接收频率[12]为（ 1090±0.5)MHz。

图1 二次雷达场地安全评估流程图

图2 空管二次雷达与S114线高速公路相对位置示意图

乌鲁木齐自治区政府规划新建S114线高速公路，根据建设规划方案，其距离区管内二次雷达站最近处的水平距离为100m，距离雷达天线105.2m，雷达天线与高速公路高度差为32.7m，相对位置如图2所示。

2.2 无源干扰分析

根据乌鲁木齐区管现场实际条件，规划中的S114线高速公路到空管二次雷达的水平距离为100 m。依据本文1.1节，规划的高速公路在空管二次雷达的防护间距700 m范围之内，可能会对其正常工作产生影响。

因此，需要分析、评估高速公路对空管二次雷达的影响，在必要时还需要进行模拟验证，以判断拟规划的高速公路是否影响二次雷达的正常运行。

2.3 有源干扰分析

根据本文1.2节所述，应首先计算空管二次雷达对高速公路的最大允许干扰场强。取f为1090MHz（只考虑下行工作频率)；汽车公路的准峰值场强与峰值场强分贝数之差ΔEgp可参考文献[8]，取为-10dB。根据机场拟建二次雷达的参数配置，接收机输入阻抗Z取值为50 Ω；天线增益大于天线损耗，取L-G为-9.46dB。

国家标准GB/T 13618——1992中规定，汽车公路的增量系数C为4，300～3000MHz频率接收机输入端等效噪声电压Unf为0.85μV。根据式（2)计算可知：U高速公路jfmax=1.632μV，经单位换算，即为4.254dBμV。

根据式（1)可以求出二次雷达最大干扰场强E高速公路jfmax=28.75dBμV/m，当规划中的高速公路产生的干扰场强满足式（4)时，则不会影响二次雷达的正常运行，否则需要采取相应措施，以避免对二次雷达的正常运行产生影响。

2.3.1 数据采集

在测试位置的选取原则上，项目组严格按照GB/T 6364——2013《航空无线电导航台（站)电磁环境要求》和GB/T 24338.2——2011《轨道交通电磁兼容第2部分：整个轨道系统对外界的发射》的要求进行选点，若实际条件不能够满足测试要求，则可根据具体情况寻求尽量满足标准要求的位置进行测试。

由于S114线高速公路正处于建设规划阶段，所以选机场附近的高速辅道、互通立交和机场高速附近为3个测试点，对乌鲁木齐机场高速进行类比测试[13]。二次雷达技术规范[14]中接收机工作频率为（1090±3)MHz，为了全面分析高速公路对二次雷达的影响，将测试频谱放大为1080～1100MHz。

数据采集所需工具包括接收机和天线等。天线的类型包括环形天线、双锥形天线、大对数周期天线和小对数周期天线等。接收机的类型包括真空管、腔体式等。测试工具类型的选取很重要，对测量数据的准确性有较大影响。

根据所测频段和准确度要求，本次试验项目组选取HL223型大对数周期天线，其测试频率范围为0.3～2 GHz，以及符合 CISPR16-1-1要求、满足民用EMC标准的德国R&S公司ESCI接收机。

在测试点，利用ESCI接收机和大对数周期天线，在1 080～1 100 MHz频段时，采取点频在各个频点分别测试测量高速公路产生的有源干扰场强，ESCI接收机点频测试中分辨率带宽的选取，严格执行GB/T 24338.2——2011中的相关规定[15]，由于二次监视雷达接收机工作频率为1090MHz，所以选择120kHz带宽。测试数据如表2所示。

由表可知，测试类型共有4种，这种全面测量可最大程度地评估干扰源的场强。结果显示，测试的峰值并不一定比平均值大，这与测试地点和测试类型有关。

表2 高速公路产生的电磁干扰测量数据 dBμV/m

2.3.2 数据分析与评估

根据式（3)和10，5 m处干扰场强的测试数据，可计算当辐射点距离雷达天线105.2m时，高速公路产生的无线电脉冲衰减到二次雷达天线处的干扰场强（即推导场强)，具体数据如表3所示。

表3 高速公路在1080～1100MHz频段的产生的电磁干扰测试值及相应推导值 dBμV/m

依据式（4)和表3中的推导场强数据，通过与最大容许场强相比较，可看出所有的推导场强均小于最大容许场强。

由于测试地点的选择分别为高速辅道、互通立交和机场高速附近，并且测试类型包括水平平均、水平峰值、垂直平均和垂直峰值，可看出选取的测试地点具有代表意义、测试类型也较为全面，所以由测试数据推导出的干扰场强也比较科学。

3 模拟验证

图3 ADS-B输出数据

为进一步评估拟建的高速公路对二次雷达的影响，项目组通过模拟测试对其进行验证。在模拟验证过程中，选取某高速来模拟拟建的S114线高速公路，同时采用与空管二次雷达接收原理类似（接收频率与空管二次雷达的一致，均为1 090MHz)的空管监视设备（ADS-B)来模拟二次雷达。

通过采集ADS-B接收机的接收数据，如图3（a)和图3（b)所示，根据接收数据的质量情况，对此进行对比分析，验证高速公路对空管二次雷达接收性能的影响。

本次模拟验证测试使用ADS-B进行了为期1h的数据记录，探测到飞行目标最远距离为300.25km。根据对采集到的ADS-B数据进行分析，可以看出航空器飞行目标的航迹连续，数据质量几乎没有差异。因此，通过ADS-B模拟验证分析试验，可以看出该高速公路不会对ADS-B（类二次雷达)接收信号造成影响，不会对其造成有源干扰。

4 结束语

我国民航事业正处在大发展时期，各地都在规划和新建机场，特别是通用航空机场。机场基础设施的建设，特别是空管设备，容易受到各种障碍物和其他设备的干扰影响。为了保证机场空管设备的正常运行，应对其进行电磁环境方面的安全评估。本文基于电磁环境的二次雷达场地安全评估，利用有源干扰和无源干扰分析方法，对干扰物的场强进行分析和验证，适用于当前机场电磁环境的安全评估。以新疆乌鲁木齐机场拟建高速公路影响空管二次雷达的情况为实例，通过测试、分析和验证，可以看出拟建高速公路产生的峰值场强、平均值场强均不会影响该机场拟建空管二次雷达的正常运行。

[1] 国际民航组织.国际民用航空公约附件十[M].蒙特利尔：国际民航组织出版社，2013：71-79.

[2]霍振飞，张勇.雷达运行安全浅析[J].民航科技，2011（5)：25-26.

[3] 张勇.雷达系统运行安全评估[D].广汉：中国民航飞行学院，2011.

[4]郝佳新，甘斌.复杂电磁环境下防空雷达的探测模型研究[J].计算机仿真，2009，26（6)：33-36，69.

[5]高涛，张兴旺.空管二次监视雷达选址评价指标体系构建[J].价值工程，2011，30（29)：55-57.

[6] 蒋兰.影响空管雷达站选址的因素及对策分析[J].河南科技，2014（2)：228-229.

[7]International Civil Aviation Organization.Procedures for Air Navigation Services， Rulesofthe Air and Air Traffic Services[M].Montreal：ICAO，1985：121-147.

[8] 对空情报雷达站电磁环境防护要求：GB/T 13618-1992[S].北京：中国标准出版社，1992.

[9]民用航空通信导航监视台（站)设置场地规范第2部分：监视：MH/T 4003.2-2014[S].北京：中国民航出版社，2014.

[10]斯科尼克.雷达手册[M].王军，译.2版.北京：电子工业出版社，2003：1-5.

[11]International Civil Aviation Organization.Manual on the Secondary Surveillance Radar（SSR)Systems[M].Montreal：ICAO，2004：32-37.

[12]BAKER J L， ORLANDO V A， LINK W B， et al.Mode S system design and architecture[J].IEEE，1989，77（11)：1684-1694.

[13]中国民航局行业管理办公室.民用机场与地面航空无线电台（站)电磁环境测试规范[S].北京：中国民航出版社，2006.

[14]空中交通管制二次监视雷达设备技术规范：MH/T4010-2006[S].北京：中国民航出版社，2006.

[15]轨道交通电磁兼容第2部分：整个轨道系统对外界的发射：GB/T 24338.2-2011[S].北京:中国质检出版社，2011.

Safety analysis and research on secondary surveillance radar site based on electromagnetic environment

DUAN Feng1，HUANG Jian2
（1.Xinjiang Civil Aviation Air Control Equipment Co.，Ltd.，Urumqi 830011，China；2.Yunnan Institute of Measuring and Testing Technology，Kunming 650228，China)

Secondary surveillance radar（SSR)is a kind of important surveillance equipment in the airtraffic control field， and its working performance is closely related to the surrounding electromagnetic environment.In order to ensure the safe running of SSR，it is necessary to analyze and evaluate the surrounding environment.Firstly，the general method of electromagnetic environment assessment is introduced.Secondly，the process of safety assessment for secondary radar site based on electromagnetic environment is analyzed.Finally，taking the new SSR in Xinjiang Urumqi airport and proposed airport highway as examples，by measuring the interference field strength generated by the expressway at various frequency points， the electromagnetic environment near the airport is analyzed through passive interference and active disturbance.The results show that the peak field strength and the average field strength of the highway will not affect the normal operation of proposed air traffic control SSR.

SSR； active interference； passive interference； electromagnetic assessment

1674-5124（2017）10-0028-04

10.11857/j.issn.1674-5124.2017.10.006