磁悬浮铁路对空管一次雷达的影响分析

2018-01-08段锋,张勇

雷达科学与技术 2017年2期

关键词：场强磁悬浮空管

段锋,张勇

(1.新疆民航空管设备有限责任公司,新疆乌鲁木齐830011;2.中国民用航空局第二研究所,四川成都610041)

磁悬浮铁路对空管一次雷达的影响分析

段锋1,张勇2

(1.新疆民航空管设备有限责任公司,新疆乌鲁木齐830011;2.中国民用航空局第二研究所,四川成都610041)

一次雷达是空中交通领域重要的监视设备,是国防和民航空管的核心装备。周围的地形和设施可能会影响一次雷达性能的正常发挥,为保证航空安全,需要对雷达场地周围的地形和设施进行评估分析。以东部机场规划建设磁悬浮铁路为例,分析评估了磁悬浮铁路对机场空管一次雷达的影响。结果表明:磁悬浮列车牵引和制动时,产生的峰值场强、准峰值和平均值场强不会影响该机场空管一次雷达的正常运行;磁悬浮铁路在有列车经过时,也不会影响空管一次雷达的正常运行。

磁悬浮铁路;一次雷达;有源干扰;无源干扰;电磁评估

0 引言

空管一次雷达是ATC系统监视空中航空器飞行动态的重要信息源之一,是确保航空安全,实现雷达管制,提高空域容量和航空器运行效率的基础[1]。一次雷达性能的发挥和保障质量的高低,除受限于设备本身的技术性能,还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。随着民航机场的迅速发展,同时方便人们出行,机场周围的交通设施日趋完善,地铁、磁悬浮等交通设施已渐渐与机场接轨。但这些交通设施在运行时会产生电磁波,受影响的频谱可从数百千赫兹至数百兆赫兹,覆盖民航通信导航监视设备工作的频率范围,会对机场的通信、导航和监视信号造成影响,严重时可能会影响设备的正常运行,对飞行安全造成影响。

目前,国内有学者对机场和民航雷达的电磁环境评估进行了分析和研究。田斌[2]针对机场选址,给出了电磁环境测试方法和相关计算的研究;顾有林等[3]设计并实现了一种可以实施评估电磁环境复杂度的系统,对评估算法进行了研究和仿真实现;郝佳新等[4]针对复杂电磁环境下电子对抗和雷达装备的特点,参考雷达探测的BLAKE图解法,采用功能性仿真,建立了雷达探测的概率模型和仿真算法。程岩松等[5]为了使空管监视设备的选址更加科学高效,探讨了一种减小选址范围的分析方法。韩丹等[6]分析了二次雷达周围的电磁环境,针对民航雷达提出了电磁环境评估方法,具有一定借鉴意义。

磁悬浮铁路属于电气化运输,磁悬浮列车的大电流会导致轨道附近产生静态(工频)磁场,影响周围的电磁环境;同时,列车、受电轨、输电线、运行控制系统也会产生电磁辐射,对周围环境造成电磁干扰。因此,在磁悬浮工程开工建设和投入运行之前,应对其进行评估,以分析磁悬浮工程对空管一次雷达是否有影响,确保雷达能正常工作,保障航空器安全飞行。

1 干扰分析方法

磁悬浮铁路对空管一次雷达的影响分为两种: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,起压制和欺骗作用;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

干扰源通过反射、改变设备的辐射能量而对设备起到压制和欺骗作用,影响设备的正常运行。通过对干扰源的无源干扰分析,在不影响设备正常运行的前提下确定设备与各干扰源的最小间隔距离(防护间距)。

国家标准GB 13618—1992《对空情报雷达站电磁环境防护要求》第4条[7]和 MH/T 4003—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》[8]规定,对空情报雷达对电气化铁路的防护间距为700 m,如表1所示。如果规划中的磁悬浮铁路在空管一次雷达的防护间距之内,则不满足空管一次雷达的防护间距要求,需分析磁悬浮铁路对空管一次雷达的影响,以确保其不会影响空管一次雷达的正常运行。

表1 各种干扰源的防护间距表

1.2 有源干扰影响分析方法

以国家标准GB 13618—1992为技术标准,分析、处理电气化铁路与空管雷达之间电磁兼容问题。由于空管一次雷达的工作频段为2 760 MHz和2 840 MHz,为保证空管一次雷达能安全接收航空器反射回的信号,需考虑空管一次雷达接收到的磁悬浮铁路产生的2 760/2 840 MHz干扰场强对空管一次雷达的影响。为保证雷达正常运行,其接收到的干扰场强应不大于空管一次雷达的最大容许干扰场强。

国家标准GB 13618—1992附录B中规定,空情雷达对变电站、铁路、汽车公路等设备的最大允许场强可由式(1)计算:

式中,Ejpmax为最大允许干扰场强(dBμV/m),Ujfmax为最大允许干扰电压有效值(dBμV),f为雷达工作频率(M Hz),G为雷达天线增益(d B),Z为雷达接收机输入阻抗(Ω),ΔEgp为准峰值场强Ejp与峰值场强Ejp分贝数之差(d B),L为雷达天馈系统损耗(dB)。

国家标准GB 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为接收机输入端最大容许干扰电压有效值(μV),C为相对于白噪声最大容许干扰电压的增量系数,Unf为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计算式(3),可以计算干扰无线电脉冲辐射到空管设备位置处的干扰场强:

式中,Es为信号场强(dBμV/m),P为有效发射功率(W),d为计算点至空管设备接收处的距离(km)。

若干扰场强满足式(4),则障碍物不会影响空管设备的正常工作:

3 实例分析

本文以东部某机场拟建磁悬浮铁路为例,对有源干扰评估方法进行分析、验证。

3.1 选址规划

图1是拟规划的磁悬浮专线与空管一次雷达站的相对位置图。兴建中的磁悬浮专线距离机场空管一次雷达天线距离最近处为402.7 m,该处线路标高为76.72 m。雷达站的地面标高为86.56 m,塔高12 m,线路轨面标高与雷达站的发射塔相对高差为21.84 m,磁悬浮车辆最高处与发射塔的相对高差为20.54 m。

图1 磁悬浮专线与空管一次雷达相对位置图

规划中的磁悬浮专线到空管一次雷达的距离为402.7 m,在空管一次雷达的防护间距700 m范围之内,其产生的电磁波可能会对一次雷达的正常工作产生影响,可能影响的范围包括目标在雷达屏幕上能否正常显示等。因此,需要分析、论证城际铁路对一次监视雷达的影响,以判断磁悬浮专线是否影响一次雷达正常运行。

3.2 有源干扰分析

首先计算出空管一次雷达对电气化铁路的最大允许干扰场强。取f为2 760/2 840 MHz;电气化铁路的准峰值场强Ejp与峰值场强Ejp分贝数之差ΔEgp参考文献[9];根据该机场雷达的参数配置,接收机输入阻抗取值为50Ω;天线增益大于天线损耗,取L,G为-7.43 dB;具体参数取值如表2所示。

表2 计算最大容许干扰场强的各参数值

国家标准GB 13618—1992中规定,电气化铁路的增量系数C为4,300～3 000 M Hz频率接收机输入端等效噪声电压Unf为0.85μV,再根据式(2)计算为1.632μV,经单位换算,即为4.254 dBμV。

3.2.1 数据采集

由于磁悬浮铁路正在规划,将测试地点选在磁悬浮厂商的工厂,以及上海磁悬浮龙阳路站至浦东机场运营段进行。由于工厂周围场地的局限性,将在离磁悬浮直线距离17 m处对磁悬浮铁路在列车全牵引、全级制动等情况下进行测试。然后根据测试点的测试数据,根据式(3)计算磁悬浮线路在2 760/2 840 MHz频段产生的电磁干扰衰减到空管一次雷达接收天线处的干扰场强,如图2所示。

在测试点,利用ESCI接收机和DS-50300小对数周期天线,在磁悬浮列车以全牵和全级制动形式经过时,采取点频测试分别测量磁悬浮此时产生的有源干扰场强,测试数据如表3所示。

图3 测试点与磁悬浮专线相对位置简图

表3 列车牵引和制动时2 760/2 840 MHz点频测量数据

ESCI接收机点频测试中分辨率带宽的选取,严格执行GB/T 24338—2011《轨道交通电磁兼容》中的相关规定,如表4所示。

表4 点频测试分辨率带宽设置

3.2.2 数据分析

根据式(3),分别计算在牵引和制动情况下,磁悬浮列车运行时产生的无线电脉冲在空管一次雷达频率内的干扰场强,如表5所示。通过与最大容许场强相比较,根据式(5)可以得出磁悬浮铁路有列车经过时不会影响空管一次雷达的正常运行。

4 结束语

通过测试、验证和仿真,对东部某机场磁悬浮铁路影响空管一次雷达的情况进行了分析。可以看出,磁悬浮列车全牵引和制动时,产生的峰值场强、准峰值和平均值场强不会影响该机场空管一次雷达的正常运行;磁悬浮铁路在有列车经过时,也不会影响空管一次雷达的正常运行。

表5 列车全牵和全级制动时产生的2 760/2 840 MHz干扰场强

[1]国际民航组织.国际民用航空公约:附件10 航空电信[M].蒙特利尔:国际民航组织出版社,2013.

[2]田斌.机场选址电磁环境测试方法和相关计算的研究[D].昆明:云南大学,2009.

[3]顾有林,张志,王伟,等.电磁环境复杂度评估算法研究与仿真实现[J].系统仿真学报,2012,24(2):394-397,403.

[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]程延松,孙清清,祝亮,等.一种确定空管监视台站选址范围的方法[J].雷达科学与技术,2015,13(4):345-349.

[6]韩丹,蒋豪,杨晓嘉.民航雷达电磁环境评估方法[J].电讯技术,2016,56(5):585-590.

[7]对空情报雷达站电磁环境防护要求:GB 13618-1992[S].北京:中国标准出版社,1992:4-6.

[8]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,2014:13-15.

Evaluation of the Impact of Maglev Railway on PSR

DUAN Feng1,ZHANG Yong2
(1.Xinjiang Civil Aviation Air Control Equipment Co Ltd,Urumqi830011,China;2.The Second Research Institute of CAAC,Chengdu610041,China)

Primary Surveillance Radar(PSR)is of significant importance to the air traffic control for its important surveillance information.The surrounding terrain and facilities are the main factors that affect the PSR performance.To ensure aviation safety,it is necessary to evaluate the influences of terrain and facilities around the radar site.Take an airport in the eastern China region as an example,near which a magnetic levitation railroad is planning to construct.The analysis and evaluation of the railway influence on the airport air traffic control primary radar are made.The results indicate that the peak magnetic field strength and the quasi-peak strength and the average field strength created when the maglev train tracts and brakes will not affect the operation of the ATC primary radars.Also,when maglev railway train passing by,the PSR operation is able to maintain its normal performance.

maglev railway;primary surveillance radar(PSR);active interference;passive interference;electromagnetic assessment

TN954+.1

1672-2337(2017)02-0137-04

10.3969/j.issn.1672-2337.2017.02.005

2016-08-23;

2016-12-02