探索电磁环境下民航空管二次雷达系统的安全运行

郑逸浩

（民航汕头空管站技术保障部，广东 汕头515000）

空管二次雷达系统是保障飞机正常、安全的运行系统，通过实时显示航空动态，管制员及时对航空交通进行管制，指挥飞机安全的飞行与降落。而交通快速的发展，地铁、高速机场四周的有源干扰设施不断增加，电磁辐射也不断增多，二次雷达系统还受场地环境中的无线电信号的反射和有源信号的干扰。而电磁辐射不仅干扰民航二次雷达系统的安全运行，还对人员的身体健康有一定的影响，所以需要对电磁环境进行分析研究，针对各方面的建设布局都需要首先考虑到电磁环境，保证机场的雷达系统正常运行与飞机的安全飞行。

1 空管雷达系统的概念

1.1 空管雷达的工作原理

空管雷达主要是靠机场的雷达发射机对空间发射电磁波，当目标接收到电磁波后反射相应的回波信号，在机场地面的雷达系统接收到回波信号时，依据电磁波往返时间来计算目标的飞行斜距，通过天线发射的旋转扫描与扇形窄波束同步进行，显示器就能显示出目标的方位与距离。雷达主要任务就是发现目标与测量目标的参数，并且雷达发射机只需发射一次电磁波就能确定目标方位与距离的电子系统。

当前民航空管雷达有一次监视雷达、二次监视雷达。一次监视雷达能自动发射电磁波，又称反射式主雷达，在其装置的接收端可检测目标对其电磁波的反射回波，准确判断目标物的位置信息。电磁发射机接收机、天线信号处理机、雷达显示终端等组成了一次雷达。在测量时需考虑与监视者间的距离与方位角，但某些一次雷达还能测定目标的相对速度，并且一次雷达不用飞机的配合就可进行监视活动。

1.2 空管二次雷达系统分析

相比于一次雷达，我国民航监视信号源更多的是来自于二次监视雷达，最初是应用在空战中识别敌我的电子系统。当前在民航空管中使用的二次雷达系统主要应用于航路监视。二次雷达需要相应的发射脉冲信号的发射机以及接收机载应答机回答信号的接收机。当接收到机载应答机返回的信号，二次雷达中的计算机系统再进行处理，获得目标的位置、高度、速度、航向等数据，从而把握飞机航行动态。其主要由天线系统、机载应答机、地面询问机、通道控制盒组成，需要被飞机的记载应答机与二次雷达协同完成工作。

二次雷达有许多优点，如不靠接收反射回波来计算发现目标，避免建筑物与其他有源干扰设施产生的电磁辐射干扰；可通过机载异频收发机，用编码处理询问与应答信号，在询问目标航班号、位置、航向时都可利用编码来交换信息；其发射功率较低但信号作用距离较远。但二次雷达系统发射的电磁波容易受天线高度影响，雷达天线在空间的电磁场能量形成立体辐射图，在垂直方向上可对地面发射造成的影响进行分析，水平上可对不同方位的目标物精度进行分析，但在探测性上受地形与地标物对电磁波的遮挡与反射影响，其覆盖的距离与应答效果有直接影响。

2 二次雷达系统的干扰与排查

二次雷达系统针对有源干扰需要进行排查，还需要对雷达站的场地进行保护，根据规范标准来评估干扰源在雷达作用范围外，还应注意障碍物的防护间距，不影响雷达的正常运行。首先要针对雷达电磁环境中的有源干扰对二次雷达系统的电磁辐射情况分别评估，计算干扰源产生的干扰是否在雷达正常工作要求范围内。有源干扰主要有接收机的调幅与调频干扰，还有随机高频脉冲干扰。当外部有源干扰在二次雷达发射脉冲信号询问时或者飞机附近空域出现其他与雷达信号频率相近并且频率较强的信号时，那么飞机的机载应答机在对脉冲信号不能准确的识别的情况下就可能发生未作出相应应答，信号丢失容易出现的不安全状况。当二次雷达在接收机载应答机返回的信号时，雷达天线附近出现与应答信号频率相近的较强干扰性信号则会影响雷达接收机对飞机应答信号的解码，出现丢点现象。在排查雷达干扰及优化雷达运行电磁环境的措施有：

2.1 建立快速排查机制。在干扰发生时，空管设备部门提供详细干扰信息，如干扰时间、干扰频率、方位、高度等，来确定干扰信号来源。电磁环境保护责任单位、无线电排查与管理机构可迅速的进行干扰排除。部门间协调合作可以迅速降低威胁民航安全的因素。

2.2 无线电干扰危害民航安全的宣传。空管部门需要对机场周边乡镇普及无线电频段、干扰对民航的威胁，与周边公安、派出所协调网格管理协议，加强周边群众的电磁环境保护意识，一旦出现干扰立即出动排查。联合无委等部门对雷达周边电磁环境进行排查，选定合适的雷达站建设点从建设初期就把可能出现的干扰问题消除。

2.3 在具体的干扰排查工作中需考虑各种影响因素，合理的运用科技设备，可将监测设备接入用户的雷达接收天线中，借助二次雷达的天线方向性来确定干扰信号来源，提高工作效率。如果干扰信号与一些无线电用户设备引起的，技术人员需指导用户对设备更换或重新安装；如与无线电用户无关，还需继续对空管区进行排查，多采用专业监测设备，扩大对干扰信号的分析。

3 二次雷达系统的安全电磁环境范围计算

3.1 雷达系统的安全电磁环境标准与计算方法

民航空管二次雷达系统的询问频率在1030MHz，应答频率在1090MHz 上。在雷达站天线为中心，450m 的半径范围内不能有高压输电线、金属建筑物、密集的建筑物等。而在800m 半径范围内不能有气象雷达、高频炉等电气设备。在计算雷达辐射的安全范围时，需依据不同发射天线的塔高计算地面与天线发射方向与预测点间的夹角，天线的垂直方向图以及预测点的功率密度。根据不同发射天线的垂直方向性图，获取预测点位置与垂直方向性函数。计算预测点功率密度值时要根据相关公式加入天线垂直方向性函数和天线增益等基本参数。

3.2 远近场区域的计算与分析

雷达系统的远近场区域是指天线中点线与水平90m 内或外的距离，超过则叫远，小于90m 则叫近场区域。相关计算公式可算出近场区的最大功率密度为0.375W/m2，相对天线间距离为27m。而二次雷达站地面距离中心点30m 内的最大功率密度6.06×10-1W/m2，小于标准值，就不需设置防护距离。而雷达天线垂直方向图与远场区域＞90m 开始用相关公式计算，在水平距离100m 的功率密度为 48×10-4W/m2，500m 的功率密度 为5×10-4W/m2。二次雷达主波束按照 集合换算，不能达到超过500m 外的区域，那么依据距离与数据的关系，距离越远辐射密度减小，小于评价标准值，所以此区域内的电磁辐射危害不会伤害人体，不需特别防护。

3.3 安全范围的距离与高度分析

根据计算公式与评价标准值来计算天线的不同高度的达标距离。如安全区域内3m 高的水平距离为40m；10m 高时水平距离为70m，以此类推可将数据绘成趋势图，达标距离越远辐射安全区域高度越高，所以安全辐射区域为远场区90m 处、高度16m 以下，150m 位置处与 22m 高度以下不会对人体产生危害。为保证二次雷达系统正常运行，所以雷达站的建设适合近场区域建设。

4 二次雷达系统的电磁环境污染的防治

当前在航空交通管制工作中的起重要作用的就是雷达站，雷达站的空管作用保障了飞机的安全飞行与民航运输业的不断发展。所以对雷达站的建设需要不断的研究与分析，监测好电磁环境，预测电磁干扰的相关数据，并根据雷达站对电磁环境的影响进行分析，并作出相应的污染防治措施。主要有三方面：首先，科学的选址。在建设民航空管雷达站的时候需要对地址进行科学的选择，根据机场建设与航线的规划，应选择电磁辐射较小、电磁环境容易控制的区域，减少电磁辐射的影响。其次，完善电磁辐射环境管理制度。民航相关部门需要针对电磁辐射的环境管理，安排相应的专业人员进行管理，根据管理制度进行电磁辐射的监测与管控，在运用中不断优化电磁辐射管理制度。最后，定期检修雷达。空管设备保障部门需要根据国家电磁辐射防护规定，定期检查维修雷达，保证民航雷达站的各技术指标达到相关规定，确定电磁环境的正常来保证民航安全运行。

5 结论

我国的民航事业不断发展，2018 年底全国就有235 个颁证运输机场，4945 条定期航班航线。那么在众多机场的基础设施建设中的空管雷达系统，容易受到其他设备的干扰与障碍物的影响。在建设时需针对机场的实际情况，全面分析并计算，对当前机场的电磁环境进行安全评估，排查电磁干扰源，通过合理的防治措施保证空管二次雷达的正常运行，保证我国民航事业的安全、平稳的发展。