航空无线电干扰测试与应对措施

王通通

（甘肃省无线电管理委员会办公室嘉峪关管理处 甘肃 嘉峪关 735100）

0 引言

在飞机正常航行过程中，无线电技术是确保飞机顺利航行的重要组成部分，尤其在飞机起飞与降落过程时，既能架起飞行员与地面塔台之间沟通的桥梁，也能避免日常空中各类事故的发生，同飞机监视、气象、通信及导航之间有着密不可分的联系。随着各类电子信息通信设备的崛起，各类无线电干扰日益复杂，造成诸多危险事故，带来不可估量的后果。因此增强对无线电干扰的测试，制定有效排查及应对措施，逐步成为当前民航集团与各省市无线电主管部门重点考虑的内容，从根本上解决不良因素，成为技术人员一项刻不容缓的使命。

1 我国航空无线电技术的概述

我国航空无线电控制系统目前主要运用于通信与导航两个方面，是飞机航行过程中必不可少的一部分。在日常航空通信系统中，重点在于保持飞机飞行人员时刻与地面飞行管理人员、设备维护管理人员等之间实现双向语音交流和信息联系，多采用甚高频（very high frequency，VHF）通信、高频（high frequency，HF）通信、气象卫星等多种通信方式，用以确保航行安全。另一方面，也适用于机内通话、广播、记录驾驶舱内语音通话和向旅客提供音影等娱乐信息。导航系统，主要用于引导飞机能够按照预定航路，完成规定航行任务，多采用全向信标、气象雷达等设备，用以规避航行过程中，可能存在的突发性事件与自然灾害，确保航行的安全。

2 航空无线电干扰的原因和类型

2.1 干扰原因

航空飞行器在设计构件过程中，为满足日常航行安全，便于及时了解飞机在飞行中的实时情况，会在航空器内部安装多个不同类型的无线电发射与接受设备，用于架起地面与空中信息数据采集的桥梁。在日常航行过程中，无线电信息采集相关电子设备工作时，将会产生无线电波，进而造成无线电设备内部干扰。其次，除内部干扰因素外，日常生活中，乘客未能及时关闭手机、广播电视台发射功率过大，均会不同程度的造成无线电各类干扰的产生。

2.2 航空无线电干扰类型

目前，在我国常见的航空干扰类型中，同频干扰、邻道干扰、互调干扰成为了主要的干扰模式[1]。

2.2.1 同频干扰

同频干扰是指2个及以上电台因使用同一频率，在一定信道带宽内所产生的干扰。目前我国民航通信业务中，为实现对VHF信号的有效全覆盖，通常采用同频异址台方式，用以确保信息通信之间无盲区。换句话说，想要使飞机在航行中每个方位均能保持通信，于有可能存在信号遮挡区域的地形附近，搭建多个相同频率的遥控异址台，确保实现信号的全覆盖，以至于多造成同频干扰情况。

2.2.2 邻道干扰

航空无线电设备信号发射时段，由于发射带宽超宽，使其落入到左、右相邻信道内的功率远超规定值，造成对左、右相邻邻道产生信号干扰。目前，由于无线电民航通信业务发展，无线电发射台之间在短距离内发射信号极易产生频段干扰，信号在日常发射过程中，较少信号落在民航通信导航电台频段内，被民航导航系统接收，形成邻道干扰。

2.2.3 互调干扰

接收机互调干扰、发射机互调干扰，以及带外效应产生的互调干扰，是航空无线电干扰的主要模式。通常是由2个或者多个频谱分量于非线性器件内相互产生无用频谱分量，形成互调干扰。其互调频率为f=mf1+nf2；而常见的2种互调干扰形式，可表示为：

三阶一型互调干扰[2]，f0=2f1-f2，

三阶二型互调干扰，f0= f1+f2-f3。

3 无线电在航空中的具体应用

3.1 通信系统应用

3.1.1 VHF通信

VHF通信广泛运用于我国民航航空通信管制系统中，多用于指挥飞机起飞、降落等安全通信，成为机场业务管制、进近管制、机场放行等主要交通通信手段。常被我国民航航空业务部门实现飞机与地面、飞机与飞机及飞机与机场航空监测中心、航空地面操作人员之间的双向交流。采用（108.000～151.975）MHz(实际使用至137 MHz)频段，是我国目前民航航空业务中主要的地空通信手段，为我国民航航空安全做出了质的贡献，并逐步占据民航航空通信的主导地位。

3.1.2 HF通信

HF通信采用频段为（3～30）MHz的航空无线电通信业务，传播方式主要由天波与地波方式构成，常用于解决我国民航通信系统中VHF通信不能覆盖区域的通信问题，成为辅助VHF通信系统正常运行的重要保障手段。但HF通信系统容易受太阳黑子活动、通信距离等诸多不利因素的影响，在进行语音通信时时常出现背景噪声大、可通信性能差的缺点，从而在我国民航航空业务中，只能配合使用或出现紧急事件中重点启用，以实现飞机航行过程中安全保障。

3.2 导航系统应用

3.2.1 无方向信标

无方向信标（non-directional beacon，NDB）是主要应用于民航组织标准进程导航的设备，工作频率范围在190 KHz～1 750 MHz。我国目前采用发射功率为500 W、作用距离高达150 km的信标台，飞机的进场着陆与离场飞行均由NDB引导完成，并通过建设特定频率的信标台，均匀沿地平面全方位范围内发射无线电波，引导飞机准确沿规定航线飞行。同时，为确保驾驶员在执行飞行任务过程中能够与机载无线电罗盘有效配合使用，借助相对方位角，采用等幅报或调幅报方式进行发射信号识别，可高效完成飞行任务。

3.2.2 仪表着落系统

仪表着落系统（instrument landing system，ILS）又可称仪器降落引导系统,为中国目前民航体系建设中，较为成熟并普遍使用的一种飞机的精密仪器进近与着陆的指引系统。一般通过为飞机地面控制中心发送的二束无线电信息，来实现对飞机的飞行航向道和下降航向道分别进行导航。建立起一个飞机从地面跑道上指向空中目标的虚拟导航路线，有效地引导飞机驾驶员通过计算机与其他机载信息接收传送装置的配合，判断飞机自身位置和建立虚拟导航网道路线间的相应情况，做出一个正确的判断，保证在飞机的航行起落过程中能沿正确的方向安全飞向跑道，实现有效平稳下降，安全着陆。且由于该系统能够于低天气标准与驾驶员目视距离受阻的情况下，准确引导、保障飞机进近着陆，广泛受到了航空公司的青睐，又称盲降系统[3]。

3.3 监视系统应用

3.3.1 一次雷达

一次雷达主要通过地面设备向各个方向发射无线电波，采用电波反射原理，准确接收飞机航空飞行反射回波，进而实现对飞机航行定位与飞行距离的推算。一次雷达在使用过程中有着不论是否安装应答机均能正常运行工作的优势，广泛受到我国民航航空集团使用。但由于无法确定目标飞机的高度、代码，以及反射回波能力较弱，易受固定目标影响的问题，所以无法与二次雷达竞争，只使用在远程空管一次雷达、中进程空管一次雷达、精密进近雷达技术和地面监视雷达测速等方面。

3.3.2 二次雷达

二次雷达地面设备又称地面发射机设备，目前广泛应用于地面工作人员与飞机驾驶人员进行双向互通联系。由地面发射机发射询问信号，装有应答机设备的航空飞行机进行接收，回复地面询问信息内容，实时保持飞机驾驶员与地面航空工作人员之间紧密交流。区别于一次雷达，可通过二次雷达看到飞机在航行过程中飞行高度与飞行速度，具有回声增强、无目标闪烁效应，以及询问波长和应答波段不同等的特性，有效减少了地物杂波和气象杂波所产生的影响，实现飞机航行安全。

3.4 气象雷达系统应用

3.4.1 风廓线雷达

风廓线雷达是属于地面无线电遥感监测的大气垂直探测遥感装置，从低空地面天线向中高空的不同垂直方位发出的电磁波束，并能根据地面因高空大气的垂直和结构的不均匀平衡，所产生反射和接收反射到地面的各种波束的信号，对中高空进行风场垂直监测的一类无线电遥感装置。其工作基本原理是利用雷达多普勒效应，对中高空风向、风速变化等空中各种灾害性天气因素进行垂直监测，使航空地面人员和飞机驾驶地面人员之间能够由于飞行高度上的差异而不断变化，了解不同方位的航行信息，保障航空安全。风廓线雷达在日常航空测量中具备测量空间清晰度高、自动化程度大等优势。目前，各国在风廓线雷达技术基础上添加了声发射装置设备，构成无线电声检测系统，用以遥感测量大气环境中温度的垂直廓线。

3.4.2 气象雷达

气象雷达是一款应用于航空中可进行大气监测的天气雷达，属主动式微波大气遥感装置。采用天线辐射后遇障碍物发射接收其电磁波原理，实现对突发性、灾害性事故进行提前预警或及时警报。同时是中、小尺寸天气系统作为警戒和天气预报的主要侦察工具之一，常和无线电探空仪配合运用，进行高空天气探测。在我国航空领域中，多采用X波段机载气象雷达，主要对航空驾驶员提供航空气象、地表特征等重要信息，便于规避事故与障碍危险。

4 航空无线电干扰频段测试分析

4.1 航空无线电台受干扰地域范围分析

航空电台在实际使用过程中，路径因完全未被地面接收天线干扰或阻拦，故中国航空人员经常利用地球半径画路径抛物线进行干扰距离测定，用于受干扰地域范围排查。假设飞机距离干扰源直线距离为D，飞行高度为h1、距地面高度为h2[4]，与干扰源形成联系(图1)，具公式可表示为：

图1 航空干扰地域分析图示

4.2 航空无线电干扰源查找手段

4.2.1 地面无线电干扰监测

地面航空无线电干扰查找监测主要依赖于各地市无线电管理部门，由航空公司通过干扰申诉，驻地无线电部门通过机场固定站、移动监测车与便携式设备进行干扰查找，确定干扰信号与疑似范围，进行实地查处，消除干扰。目前，我国主要利用地面无线电监测干扰排查方法与手段，有效对干扰源进行排查，用以确保民航航空安全。

4.2.2 机载无线电监测

机载无线电监测系统[5]主要由频谱分析仪、定向仪、天线、系统软件构成，主要应对地面无线电干扰源查找极具困难的情况，用于克服目前地面监控系统在排除航空干扰过程中所出现的问题。通过机载无线电电子计量学抗干扰检测系统，可以通过飞机沿干扰源方位向前飞行，甚至相反方向的定位方式，判断干扰源方位，从而进行对短时间干扰源信息的侦察和甄别。目前，美国所使用的国际材料数据系统（International Material Data System，IMDS）系统，成为世界各个国家航空集团青睐的无线电干扰查找机载系统。

4.3 采用N9020A监测接收机开展干扰测试分析

假设收到某航空移动频段无线电干扰申诉，初步判断有效干扰频段出现在（2 800～3 000）MHz内，为确保民航航行安全，恳请无线电业务部门协助民航开展排查干扰，进行测试分析。

4.3.1 起始频率与终止频率测量

有效设置N9020A监测接受设备，输入干扰频段范围，打开最大保持，通过跟踪监测，测得该民航干扰起始频率为2 850 MHz（图2）、终止频率为2 950 MHz（图3）。

图2 干扰频段起始频率

图3 干扰频段终止频率

4.3.2 计算占用带宽

通过公式计算终止频率与起始频率差值，得到该航空移动干扰频段占用带宽为100 MHz。

4.3.3 测量频率间隔

对该干扰频段内某一确定点进行标记打点，调整span数值，通过旋转按钮测得该航空干扰频段频率间隔为1 MHz（图4）。

图4 测量频率间隔

4.3.4 计算测量单点驻留时间、点数与周期

对该航空移动干扰频段频率进行打点（确定打点取某一频率峰值），令span=0，测得该干扰频段频率单点驻留时间为30 ms（由于在测量过程，设备自带存在4.7 ms误差，如图5所示）；通过公式计算可得频段点数为101个，借助单点驻留时间与频段点数乘积可得，该航空干扰周期为3 s。

图5 干扰频段单点驻留时间

5 航空无线电干扰应对措施

5.1 完善查找流程，提高监测能力

采用“一听、二析、三查、四记”流程，开展航空无线电干扰查处工作。一听是指通过监测设备对干扰频率进行监听，判断干扰来源信息，确定干扰频率f1、f2、f3。二析是指判断该信号干扰属于常见的哪种干扰类型，利用固定站等设备实现交互定位，确定干扰大致范围。三查是指根据确定干扰范围，技术人员赶赴现场进行干扰排查，确定干扰源，消除航空干扰。四记是指记录总结查找经验，整理成档，便于学习交流，有效提高监测能力，提升排查效率。

5.2 加强监管力度，健全保护机制

无线电管理部门应加强频率台站管理，严格按照中国无线电管理条例及各省无线电管理办法，要求合理使用频率资源，安全建立站点，有效杜绝航空干扰。并按期联合广电、公安、航空、铁路等各重点设台单位，对设台使用频率及设台地址进行核查，确保依法设台、依法用频。无线电管理部门也应定期开展航空无线电电磁环境监测，合理批复使用频率，净化有效区域电磁环境。

5.3 培养人才队伍，增强设施建设

各级无线电监测队伍应结合自身条件，积极开展无线电技术演练，开展业务培训学习，主动联系周边各成员单位与相邻省市无线电管理部门，多次开展联合培训演练，加强技术交流，形成联动机制，培养一支业务能力突出、能够迎难而上的人才队伍。另一方面，由于5G、互联网科技的发展，无线电各项业务呈现几何式增长，加大无线电各类基础项目投入、加大日常监测站点建设成为保障日常业务开展与提升队伍整体能力的夯基石。

6 典型案例分析

2020年11月22日，甘肃省无线电管理委员会办公室嘉峪关管理处收到民航甘肃航空公司嘉峪关机场雷达站干扰申诉，称中心频率为120.5 MHz，航路对空通信波道地面接收端严重受到广播干扰，干扰内容模糊不清、卡顿不流畅、干扰时断时续，请求协助排查。管理处迅速开展监测排查，采用“一听、二析、三查、四记”流程，在有限的时间内迅速消除干扰，高效完成此次排查任务，具体排除过程如下：

（1）“一听”：通过机场固定站对中心频率120.5 MHz进行监测监听，提取录音文件，进行反复监听，确定该干扰内容涉及玉门广播电视台，技术人员当即决定对广播频段进行监听对比，发现其中一部分干扰播放内容与91.3 MHz内容相同。

（2）“二析”：技术人员采用互调干扰计算公式，得出另外一个干扰频率为105.9 MHz，并通过频率监听比对，确定此次航空干扰由频率为91.3 MHz与105.9 MHz产生三阶一型互调干扰导致。

（3）“三查”：管理处领导当即与玉门广播电视台取得联系，通过例行询问与远程开关广播电台，确定该干扰由玉门广播电视台2套广播节目互调导致，并采用降低发射功率的方法，消除干扰。

（4）“四记”：消除干扰后，管理处积极组织全体职工召开总结会议，上报相关查处文件，并针对次干扰申诉排查，形成经验总结，完善不足之处，有效为下次航空排查积累经验。

7 总结

无线电技术及相关设备的发展日新月异，不规范地使用无线电设备极易造成民航干扰。究其航空干扰缘由，主要是通过频率的违法使用与台站的不规范建造有关，类型多变，情况复杂。只有通过有效的干扰查找手段，严格按照航空干扰排查的应对措施，逐步提升测试分析能力，并不断总结航空干扰查处经验，积极组建培养人才队伍，方能极大程度确保航空运行安全，有效净化电磁环境。