地形遮蔽对航向信号覆盖的影响分析

吴疆

引言

近年来，国内某些机场出现了航向信号覆盖不足，多角度限用的情况，对进离场程序的设立和实施带来了负面影响，其原因往往是忽视了机场附近地形的影响。本文从信号空间传播原理出发，分析地形遮蔽对航向信号覆盖的影响。

一、航向信号覆盖规范

依据附件10的要求，飞行高度取跑道头标高以上600米、中间和最后进场区内最高点的标高以上300米、截获下滑道的高度三者之一（以较高的为准），所获取的航道信号必须稳定、清晰且强度必须大于等于5uV（-93dBm）。

二、航向信号的损耗

航向天线阵向空间辐射电磁波信号，在发射端到接收端的传输路径上，信号由直射波和反射波共同构成。直射信号、反射信号在传播过程中都伴随着信号的衰减。

（一）直射信号损耗，距离越远，损耗越大。

此外，机场附近的地形遮蔽，可能造成信号的阻挡损耗。发射端与接收端相连的直线称为视线，一旦有障碍物阻隔了这条直线便会影响空间信号的场强（航向信号频率高，波长短，衍射能力弱）。图1（a）为某机场35°处信号限用的地形，可见高山遮蔽了视线，阻挡了信号。

在实际校飞结论中，我们往往忽略了另一方面的影响，如下图（b）为某机场10°限用的视线与地形，此时障碍物低于视线，收发两端通视，信号仍产生了衰减。造成这一现象，是因为障碍物进入了信号的菲涅尔区。

（二）反射信号损耗

对于航向反射信号，需要考虑天线阵前方的土面倾角，若天线阵前方场地为上坡，即天线阵基础面低于跑道平面，甚至跑道入口与天线阵无法通视时，反射信号强度受较大衰减。航向天线阵垂直面场型由实际天线与地面镜像天线合成信号得到：

对于投产校验覆盖科目而言，作圆弧飞行，其与航向天线阵夹角约为0.764°。设航向天线阵前倾角为0.2°，则飞机相对地面实际仰角为0.564°。信号在16.25°处取得最大场强，并向两侧逐渐减弱，0.564°处的场强显然小于0.764°处的场强，可见航向天线阵前方土面成上坡趋势会造成信号的衰减。

三、增强信号的方法：针对信号可能出现的衰减情况，提出切实可行的改进方案。

由此可见，当天线高度提高一倍时，波瓣增益可以增加近6dB。利用MATLAB仿真，可得到不同天线高度对应的垂直面场型。

（二）天线类型：对于双频航向信标而言，其水平面辐射信号的场强实际是航道CSB与余隙CSB信号的大小，且随天线数目及ADU分配关系的不同而改变。

地形遮蔽会引起信号反射，造成衰减，通常可以用BBP來衡量天线阵多路径反射抑制的能力，其意义是SBO经反射影响航道的大小。随着天线数目的增加，天线阵产生的信号波束变窄，受障碍物影响变小，干扰抑制能力增强。这是因为相同功率下，多天线系统航道主瓣得到压缩，能量集中在跑道上，航道结构更好。通常而言，选择多单元天线阵能减小小角度地形遮蔽的影响。

除此之外，厂家在设计过程中，通过降低大角度余隙信号强度，达到减小余隙信号对航道结构影响的目的，殊不知这种设计理念也是造成了信号覆盖不足的原因。

四、结语：

天线阵的类型决定了航向信号水平面辐射场型，对信号强度影响大。因此，我们在选型安装之前，要勘测周边地形、山体、障碍物、运行标准等，考量航向信号水平面的传播，确定设备类型、天线数量及型号。