基于开场测试的 民航空管无线电信号监测与分析系统应用

徐如兰潘云飞 2

（ 1.中国民用航空华北地区空中交通管理局，北京 100621；2.中国民用航空华北地区空中交通管理局内蒙古分局，内蒙古 呼和浩特 010070）

1 系统概述

民航空管无线电信号监测与分析系统包括“可搬移式民航空管无线电监测测向设备”和“空管无线电数据分析处理平台”2个部分。系统 组成如图1所示。

“ 可搬移式民航空管无线电监测测向设备”的硬件包括双通道监测接收机（含监测测向天线）、数字信号处理板、嵌入式计算机、存储设备、通信设备、远程监控环境监控设备及电池等。设备端需要进行设备控制、软件无线电处理、数据采集分析、记录及通信。

“空 管无线电数据分析处理平台”子系统包括空管无线电数据分析处理软件、空 管电子地理信息软件（基于G IS）和空管无线电数据库（基于Oracle）3项应用软件。空管无线电数据分析处理软件是该平台的核心，基于平台的框架体系和数据总线，向电子地理信息软件推送原始或经计算的数据，可显示数据分析的结果，并支持数据库的高速访问，可完成数据存储、处理和提取；空管电子地理信息软件可存储、处理和提取设备台站的相关信息。应用软件之间可进行信息交互共享。空管无线电数据分析处理平台的总体架构[1]如图2所示。

通过监测测向设备，实时采集无线电台站设备在不同时间与地点发射信号的电磁数据，利用空管无线电数据分析处理平台将采集的数据与台站标称数据进行比较，计算频率占用度等参数信息，评估空管频率资源的使用效率，有利于监控设备台站发射信号的各项参数，并实现对民航无线电干扰监测分析。在GIS平台上可直观展示所辖空管设备及周围电磁环境的信号信息，包括设备台站信号的射频工作状态以及频率使用效率、民航无线电事实干扰及潜在干扰数据等。该设备可以处理监测数据，生成多种无线电统计报表，例如 民航台站信号参数测量统计表、民航专用频段监测统计表、民航干扰信号监测统计表、民航专用频段噪声监测统计表等，空管无线电数据分析处理平台主界面如图3所示。

图 3 空管无线电数据分析处理平台主界面图

民航空管无线电信号监测与分析系统主要应用如表1所示。

表1 民航空管无线电信号监测与分析系统主要应用

2 民航空管无线电台站信号开场测试的应用

该应用对空管台站设备的无线电发射进行开场测试和数据采集，所有测试结果存入数据分析处理系统并进行统计分析，完成对发射设备的射频部分运行状态和质量的辅助监测。在数据分析处理系统中，将历史数据、不同方位测试数据与台站标称数据进行比较，可分析台站可能受扰的情况。

空管电子地理信息软件和空管无线电数据库，对在数据库中录入和存储管理的地空甚高频台、航向信标、下滑台、一、二次雷达等无线电台站的标称数据进行查询、统计和信息展现。 将同一台站同一设备的最新发射信号测量数据与数据库中的台站标称数据进行比较；分析设备性能的变化。

测量记录的民航无线电台站和无线电信号[2]包括以下几项：1）VHF地空通信台站。VHF地空通信无线电台站信号（117MHz～137MHz）。2）导航台站。仪表着陆系统-指点信标信号（74.6MHz～75.4MHz）、仪表着陆系统-航向信标信号（108MHz～112MHz）、仪表着陆系统-下滑信标信号（328.6MHz～335.4MHz）、全向信标台信号（108MHz～118MHz）、测距仪信号（906MHz～1215MHz）。3）监视雷达台站。空管近程一次监视雷达（A路2760MHz，B路2840MHz）、空管远程一次监视雷达（1250MHz～1350MHz）、空管二次雷达（发射频率TX：1030MHz，接收频率RX：1090MHz）。4）卫星导航系统信号（GNSS）：GPS信号（L1波段：（1575.42±10.00）MHz；L2波段：（1227.60±10.00）MHz）。

民航无线电台站信号参数和数据的测量记录包括：1）信号幅度、场强（可通过无线电传播模型推算发射功率）。2）中心频率、频差、频偏、带宽。3）调制模式、调制参数。4）底噪、载噪比信号IQ数据、频谱图、解调话音、测量时间、地点（经纬度）、测量设备ID、天线ID和极化形式、测量人员。

为了保持数据的可比性，每次对上述台站进行开场测量须使用同一监测天线和方法，比较的数据须使用在相同的时间段（每日）和地点测量获得的数据，记录和展示的信号幅度可采用电平值或场强值，如使用电平值须消除天线增益及线缆损耗的影响实现归一化，场强值则可使用天线因子计算而获得。

3 民航无线电专用频段和有关频段监测的应用

扫描监测民航无线电专用频段，利用监测设备采集获取的连续监测数据或频率/时间占用度统计数据，扫描监测易对民航产生干扰的调频广播、电视等频段的电磁环境信息，采集全频段频谱和底噪频谱数据，检测发现未注册非法信号和疑似干扰信号，并记入监测数据库。

空管电子地理信息软件和空管无线电数据库，可实现对周边区域调频广播、电台相关数据的查询和结果展示。通过处理 IQ 数据，回放地空通信语音以及动态时域下的频域信息，掌握信号频域、时域和调制域特征，进一步确认存在参数偏离或受干扰的情况。

4 民航无线电干扰自动监测和分析的应用

利用监测设备的干扰自动监测分析功能，定期、定点监测和检测出对民航地空甚高频通信、导航和监视雷达等无线电台站构成事实干扰的干扰信号，或在接到民航干扰申诉后到干扰发生区域进行干扰监测和分析，查明干扰产生机理和干扰类型，分析干扰源；对难以复现的随机、短时干扰，可将监测设备进行临时架设采取长期、不间断监测方式进行侦测捕获，出现干扰后自动实时分析和记录（包括IQ数据），为无委或民航部门最终查找和排除干扰提供充分的信息支持。

4.1 实时监测和自动分析民航无线电干扰

查明干扰方式（机理）和干扰类型，分析干扰源，记录干扰现场的全息电磁环境数据。干扰类型分析判别时，给出判断准确度概率。基于空管电子地理信息软件和空管无线电数据库，可存储空管无线电干扰数据和告警，便于无线电监测部门及时获得干扰预警信息，掌握设备台站可能受到干扰的具体情况，有针对性地制定空管设备干扰预防的防护手段。

笔者将民航干扰方式总结为以下6种类型：同频干扰、邻频干扰、互调干扰、杂散干扰、突发干扰、GPS干扰。

将民航干扰信号总结为以下11种类型：FM广播发射互调干扰、FM广播泄漏杂散干扰、广播电视增补频道发射干扰、有线电视增补频道泄漏干扰、非法广播干扰（直接或杂散干扰）、非法电视发射干扰、数传发射干扰、视频无线数传发射干扰、ISM设备杂散干扰和噪声干扰、GPS干扰、其他干扰。

4.2 互调信号分析

自动计算出同一时间发射的频率产生出的互调信号，分析其可能对相应航空信号产生的影响。互调干扰分析判断时可计算出判断准确度概率。

4.3 干扰管理功能

具有对干扰告警和分析结果的查询、添加、处理、删除功能。

4.4 干扰统计功能

具有对干扰信号进行统计的功能，统计内容包括信号类型、干扰分布、受干扰部门和干扰特征等。可对统计结果进行查询，监测台站射频信号参数情况，评估空管设备台站电磁环境存在的干扰等潜在威胁的信息，生成民航专用频段监测统计表、民航干扰信号监测统计表、民航专用频段噪声监测统计表等。

4.5 干扰分析功能

具有对航空频段信号进行干扰分析的功能，包括时域分析及能量分析、相似广播信号分析，具有频谱分析的功能，通过对电磁环境监测保存大量数据，可实现台站电磁环境态势的分析，并结合电子地图进行可视化展示。

4.6 干扰告警记录管理功能

查询当前监测网内存在的告警信号，告警信号类型包括新增、疑似黑广播、持续存在、电平变化、有相似广播信号等。

5 民航无线电干扰测向、定位和逼近查找的应用

使用测向天线对发现的干扰信号或干扰源信号进行测向，在GIS上绘制方向图和来波最大场强示向线；通过在多地点对干扰信号或干扰源信号进行测向，在GIS上对信号进行交汇定位；通过人工携带设备或车载方式在行进中测向，可逼近和查找干扰信号或干扰源信号，测向准确度测试如图4所示。

图4 测向准确度测试图

测向准确度测试模拟验证如下：1）选取测试频率点。30MHz、117MHz、127MHz、137MHz、3000MHz；2）发 射天线指向测向天线的中心位置，并在整个测试过程中方向保持不变。3）以0°方位为起点，以22.5°间隔均匀选取16个方位作为测量方位（α）；4）将信号发生器的输出频率依次设置为各测量频率fi（i=1～n）点 ，同时调整输出电平，使接收到的信号电平高于噪声电平30dB以上，天线发射连续等幅垂直极化信号；然后测向设备进行测向，得到0°方位所有测量频率点的示向度和示向误差，并将测量结果数据记录在相应表格中；5）转动旋转平台到另一个测量方位αj（j=1～m），重复（4）步骤得到所有测试方位在各测试频率点上的示向度误差；6）依次完成所有测试方位的测试，并将所有测试数据记录在表2中；7）将所有测试数据汇总并按公式（1）计算均方根误差。

表2 测向准确度测试记录表

式中：Δθrms为均方根误差，单位（°）；Δθij为测试方位αj（j=1～m）在测试频率fi（i=1～n）上的示向度误差角，单位（°）。

测试结果优于3°视为测向准确度合格。

6 结语

民航机场及航路的电磁环境复杂，全面地掌握空管运行电磁环境的分布情况是民航空管无线电精细化管理的基础。基于开场测试的民航空管无线电信号监测与分析系统可分析设备台站电磁信号的幅射情况，掌握民航专用频段的实际使用情况和电磁环境态势，为改进民航频率使用效率和质量，及时排除干扰和潜在干扰威胁提供有力的数据信息支持。同时，系统完成了对在用空管无线电设备工作状态和质量的定性、定量的分析，通过比较台站不同测量时间得到的信号标称值的结果，掌握台站设备射频信号的性能，反映设备运行状态的变化趋势，缩短空管设备故障的排查时间。