九洲导航台DVOR信号抖动超限问题分析

闫飞龙

摘 要 多普勒全向信标DVOR通过辐射无线电信号为民用航空航空器提供导航服务，其信号稳定性直接关系到民用航空安全，文章结合九洲导航台DVOR出现的信号抖动问题，从设备、环境、飞行校验3个方面进行分析，为解决类似问题提供相关经验。

关键词 DVOR；信号抖动；环境；飞行校验

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2019）233-0158-03

九洲导航台隶属于澳门民航局，设备包括一套澳大利亚Interscan公司生产的VRB-52D型多普勒全向信标（DVOR）和一套LDB-102型测距机（DME），为进出澳门国际机场和飞越该台上空空域的航班提供导航信号。

为了保障导航设备的数据准确性，国际民航组织要求设备在投入时需要进行投产校验、投入使用后需要定期进行飞行校验。飞行校验项目包括了信号覆盖、识别、极化、径向、抖动和摆动、调制度等，全面检测DVOR/DME设备的工作性能，九洲导航台2014年投产校验时各项参数符合标准，但是2015年及2016年连续两年校飞DVOR在大约89°～100°之间信号抖动超限，本文从设备、环境、飞行校验几个角度对DVOR信号的异常进行了分析。

1 台站基本情况

九洲导航台坐落于距离珠海市陆地大约2km的海岛九洲岛上，海拔大约45m，于1996年开始运行。导航台刚建成时安装的导航设备只有VRB-51D型DVOR，多年来提供的导航信号均能满足周边澳门机场、珠海机场和深圳机场各类航班的需求。随着近年来通用航空的发展，导航台也为各类通用航空飞行器提供了准确的导航信号。

2014年，为了满足快速发展的民航事业，九洲导航台迎来一次全面的升级改造，DVOR设备型号升级为VRB-52D，并且增加了与DVOR配套使用的测距设备DME，设备升级后的投产校验参数正常，但是后来连续两年定期圆周校验时，在89°～100°之间均出现了DVOR信号抖动超限的问题。出现问题后，技术人员收集资料，从多个方面入手，层层分析，最终解决了问题。

2 设备状况分析

2.1 设备覆盖

国际民航组织在附件10中要求：VOR提供的信号必须在40°仰角以下，使一部标准的机载设备能在飞行区域所要求的高度和距离上理想地工作，并建议为了能使一部标准的机载设备在最大规定服务半径上、以最低的服务电平理想地工作，要求VOR信号的空间场强或功率密度应为90μV/m或-107dBW/m2。一般情况下，当高度为5 000m时，DVOR的覆盖范围约为200km，高度为10 000m时，覆盖范围为300km～350km。

DVOR工作在甚高频波段，受地球曲率的限制，DVOR的覆盖范围只能在视线范围内，也就是常说的视距距离，考虑到无线电波在大气中的折射效应，DVOR的最大覆盖范围稍大于地球曲率所限制的视线距离，视距距离计算公式为（为飞行器高度）。九洲DVOR年度圆周校飞时圆周半径为20nmile（约37km），高度为6000ft（约1 800m），根据视距距离计算公式，飞行器高度为1 800m时，DVOR信号可以覆盖的最大距离约为170km，因此，理论情况下，距离导航台DVOR校飞半径37km处，信号可以完全覆盖。

2.2 设备功率

设备更新改造前，导航台DVOR设备型号VRB-51D，该设备载波中央天线发射信号有效辐射功率为50W，实际发射功率大约54W，改造后VRB-52D型DVOR有效辐射功率为100W，实际发射功率大约为106W。考虑到无线电波实际传播过程中的传播损耗，在不同的斜距和高度上获得空间场强90μV/m，有效辐射功率50W和100W的DVOR信标台与飞行器斜距和高度之间的曲线关系如图1所示。

从曲线图可以看出，DVOR的有效辐射功率从50W增大到100W，对于同一高度，例如6 000m的飞行器的有效作用距离仅从113n mile增加到137n mile，只有44km左右，即在6 000m高度，当DVOR的有效辐射功率从50W增加到100W，增加一倍时，有效作用距离增加的很少。在九洲DVOR圆周校飞处，斜距大概37km，可以看出，发射功率的增加对圆周校飞结果的影响几乎可以忽略不计，因此，设备更新后的功率的增加，在较远距离会增加导航台的有效覆盖范围，但不会因此导致DVOR圆周校飞出现信号抖动超限。

2.3 设备自身状态

飞行校验结果出現信号抖动后，技术人员立即对设备进行了分析，检查是否设备自身原因导致校飞结果异常。校飞前，更新后的DVOR系统两台机均已稳定运行一年多，中间未发生过严重故障，没有特别需要关注的故障点。因DVOR系统的有效辐射功率主要来自中央天线的载波信号，技术人员首先检查了载波信号通道各个板卡测量点的波形、功率，与设备安装调试的数据进行比对分析，确认载波天线驻波比等相关数据正常。考虑到圆周校飞只有89°～100°之间信号异常，其他方向无异常，技术人员又检查了89°～100°之间的边带天线及信号，着重检查了边带信号通路边带信号调制放大模块之后信号分散之后的各个组件，包括边带切换单元、天线分配开关、继电器、边带天线及天线馈线等，均未发现异常。结合以往经验，出现部分角度信号抖动超限问题跟设备本身工作性能关系不大，基本排除了设备自身状态导致系统的信号抖动超限。

3 环境分析

DVOR辐射的无线电信号容易受到来自周边环境、建筑物、树木以及能源传输线的多路径干扰。《航空无线电导航台（站）电磁环境要求》中明确规定了在以DVOR台为中心的范围内的障碍物高度限制以及以DVOR天线反射网平面为基准面的障碍物的垂直张角要求，在选择新设备台址以及考虑临近已建台的开发可接受性时，会从多方面充分考虑上述因素的影响。

九洲导航台位于九洲岛的山体顶部，台站与周边海面之间存在一定的相对高度落差，台站附近周边障碍物高度符合DVOR无线电信号电磁环境要求。但是由于近年来台站周边城市建设发展迅速，新增高楼数不勝数，虽未超过《航空无线电导航台（站）电磁环境要求》中台站范围内的障碍物高度限制，但是再考虑到台站周边珠三角地区鳞次栉比的低海拔山脉，人为障碍物的增多加上复杂的地理环境使反射波对DVOR系统造成的影响也越来越大。DVOR系统辐射的信号在地面或周边障碍物反射后，相位将发生改变，直射波与反射波在空间合成后，将导致信号强度降低。除了台站周边障碍物，台站相对地面高度、天线反射平台面积、飞机飞行高度等因素都会影响设备空间信号受反射波干扰的程度。

图2所示，根据九洲导航台1 800m信号覆盖图，台站东方、西北方、西方、西南方四个方向都有地势相对较高的山体遮挡，信号覆盖在这四个方向也有明显的缺口。因此，当圆周飞行高度较低，DVOR信号特别容易在低高度、远距离上受地面、障碍物反射波的影响，从而导致直射波和反射波信号在空间合成后，信号强度会出现一定程度的下降。经分析发现，圆周校飞信号抖动超限的89°～100°之间刚好是台站东方，在距离台站20n mile位置有最高海拔约935m的大屿山，不难发现，高海拔障碍物的遮挡，再加上校飞的高度比较低，很可能导致了九洲导航台DVOR信号在89°～100°的抖动超限。

4 飞行校验分析

校验飞机在校验过程中出现某一点存在信号抖动超限的问题，可能导致的因素较多。然而在校验数据中可参考的内容较少，直接原因较难判断。上文分析设备故障等因素导致的信号抖动超限的可能性较小，可能与地形原因造成的反射波有关，而飞行校验的高度也可能与之有关。

根据澳门民航局要求，九洲导航台圆周校验科目的飞行高度为6 000ft，约为1 800m，而通常全向信标的圆周校验高度为3 300m左右。飞行高度的差异导致飞机处于台站的垂直仰角位置不相同，按九洲导航台台站椭球高度47m计算，校验飞机在距台站20n mile、1 800m高度的位置上，相对于台站天线反射平台的垂直张角约为2.71°；校验飞机在距台站20n mile、3 300m高度的位置上，反射平台的垂直张角约为5°，如图3所示。

根据DVOR天线辐射场型，设备信号辐射场型最大值约在垂直张角为30°的方位上，经测算，在2.7°张角上的信号强度约为0.3，要小于5°张角上的信号强度0.55，飞行高度偏低使校验飞机接收到的信号强度减弱，造成信号稳定性较差，出现波动。

理论分析指向了飞行校验的高度也是造成信号抖动超限的原因之一，该结果也很快通过飞行校验得到了验证，将圆周飞行校验高度由6 000ft（约1 800m）提高到9 000ft（约2 700m）后，DVOR信号在89°～100°之间的信号抖动恢复到正常范围之内，其他飞行校验参数也均正常。进一步说明了复杂的地形环境加上校验飞机的飞行高度造成了九洲DVOR信号在89°～100°方向的信号抖动超限。

5 结论

本文结合实际应用，从设备、环境、飞行校验3个方面入手，最终发现了导致DVOR信号抖动超限的原因并找到了解决方案。导致DVOR无线电信号不稳定的因素很多，设备自身状态、频率干扰、周边地形、障碍物等都会对导航无线电信号造成影响。近些年，随着城市及信息化的发展，民用航空导航台站周边高楼迅速增多、无线电电磁环境不断恶化，导航台站技术维护部门面临的压力也越来越大。我们应该提前行动，做好应对方案，全力保障民用航空无线电导航台站信号稳定。