民航雷達電磁環(huán)境評估方法*

韓 丹，蔣 豪，楊曉嘉

（1.中國民用航空飛行學院空中交通管理學院，四川廣漢　618307；2.中國民用航空局第二研究所，成都　610041）

民航雷達電磁環(huán)境評估方法*

韓 丹**1，蔣 豪1，楊曉嘉2

（1.中國民用航空飛行學院空中交通管理學院，四川廣漢618307；2.中國民用航空局第二研究所，成都610041）

目前有關民航雷達電磁環(huán)境評估的方法國內(nèi)尚未有統(tǒng)一的標準規(guī)范。針對這一問題，分析了MH/T4003-2014和GB13618-92，結合實際經(jīng)驗，從有源干擾和無源干擾兩個方面提出了一套普遍適用的雷達電磁環(huán)境評估方法。以中南某機場擬建磁懸浮工程對該機場二次雷達的電磁環(huán)境影響為例進行了評估分析，并給出了建議及措施，證明了方法的可行性。該方法可以從源頭上遏制電磁干擾的發(fā)生，為雷達電磁環(huán)境評估標準及相關規(guī)章體系的建設和完善提供參考。

民航雷達；電磁環(huán)境評估；飛行安全；有源干擾；無源干擾

1　引　言

民航雷達作為保障航空器安全飛行、航班正常及提高空中交通管制效率的一種手段，管制人員通過對雷達設施的監(jiān)控，可以有效維護飛行秩序，準確地掌握空中情況，不間斷地實施飛行指揮［1］。

隨著我國民用航空器的數(shù)量以及機場、航路和管制扇區(qū)的不斷增加，各機場對航空通信頻率的需求量迅速增長，各類電子設備大量普及與應用［2］，使得民航無線頻譜占用急劇增加，各類干擾事件時有發(fā)生。其中，民航雷達的電磁干擾問題愈加突出［3-4］，電磁環(huán)境變得尤為復雜，嚴重地影響了飛行安全，特別是一些信號較強的干擾源可導致通話中斷、雷達失效等。雖然民航的大多數(shù)設備都有備份（即主機發(fā)生故障后，可以馬上啟用備機），但電磁干擾可以令主備機同時失效［4］。

目前，國內(nèi)有部分學者對民航雷達的電磁環(huán)境評估進行了研究∶張磊等［1］通過對西安機場建設雷達站周圍電磁環(huán)境的監(jiān)測、預測，分析了建設雷達站對周圍電磁環(huán)境的影響；孔雨飛［2］提出根據(jù)天線系數(shù)公式，對機場無線電臺站電磁環(huán)境進行評估，給出了保護方案；高水生等［5］利用電磁輻射分析儀對成都、新疆區(qū)域管制中心內(nèi)雷達的電磁輻射污染源狀況進行了監(jiān)測，根據(jù)GB8702-88的相關限制要求，分開機、關機兩種狀態(tài)對各測試點的電磁輻射狀況進行了評定，并根據(jù)測試結果有針對性地提出了電磁輻射防護措施；費偉［6］對二次雷達的電磁環(huán)境防護要求、電磁環(huán)境測試系統(tǒng)靈敏度要求及測試過程等關鍵技術進行了研究，并給出了測試建議。

但是，眾多學者都是針對雷達的測試內(nèi)容進行研究，并未涉及對民航雷達電磁環(huán)境評估方法的探討。此外，目前國內(nèi)尚未制定民航雷達電磁環(huán)境評估方法的標準。本文通過研究普遍適用于雷達電磁環(huán)境的評估方法，旨在從源頭上遏制電磁干擾的發(fā)生，保障雷達的正常運作和飛行安全。

2　雷達電磁環(huán)境評估方法

評估雷達的電磁環(huán)境，是為了保護雷達的電磁環(huán)境，使得雷達的電磁干擾在其正常工作允許的影響范圍之內(nèi)，不會對雷達的工作造成干擾。那么，應該保證干擾源產(chǎn)生的干擾場強不大于雷達工作允許的最大干擾場強，同時，也應該保證雷達信號的覆蓋范圍在可接受的影響范圍之內(nèi)。

根據(jù)MH/T4003-2014《民用航空通信導航監(jiān)視臺（站）設置場地規(guī)范第2部分∶監(jiān)視》［7］和GB13618-92《對空情報雷達電磁環(huán)境防護要求》［8］，結合實際經(jīng)驗，對民航雷達的電磁環(huán)境評估主要從有源干擾和無源干擾兩個方面進行，流程如圖1所示。首先判斷當前的雷達工作環(huán)境是否滿足我國民用航空雷達設置的場地保護要求，當不滿足要求時，應將待評估障礙物作為干擾源，從有源干擾和無源干擾兩個方面對當前雷達的電磁輻射情況進行評定；然后分別計算這些干擾源對雷達運行產(chǎn)生的干擾，判斷是否在雷達正常工作所需的電磁環(huán)境要求范圍內(nèi)，當同時滿足有源干擾和無源干擾要求時，可以判斷當前雷達的電磁環(huán)境滿足雷達正常工作要求；反之，則不滿足。若不滿足，尋求相應的解決辦法，以使電磁環(huán)境能滿足雷達工作要求；若找不到合適的解決辦法，則說明待評估障礙物不滿足雷達的工作要求。

圖1　雷達電磁環(huán)境評估流程Fig.1 Flowchart of electromagnetic environment assessment method for civil aviation radars

2.1雷達場地保護要求

場地保護是在雷達站的作用范圍之內(nèi)，根據(jù)已有的規(guī)范標準，評估干擾源在不影響雷達正常運行時應滿足的場地要求。

文獻［7］附錄B規(guī)定了雷達臺站（近/遠程一次監(jiān)視雷達、二次監(jiān)視雷達）對干擾源和障礙物的防護間距要求，其中，平面防護間距為典型值，而對于具體的實際情況，可以按照2.2節(jié)和2.3節(jié)中的方法進行計算。

2.2有源干擾

有源干擾是指干擾能量由雷達之外的輻射源（有源干擾源）產(chǎn)生，破壞雷達檢測、追蹤目標［9］。有源干擾分析主要分析有源干擾源的電磁信號對雷達正常運行造成的影響程度。

參照GB13618-92《對空情報雷達電磁環(huán)境防護要求》［8］，對有源干擾進行分析主要分為兩類∶一是隨機高頻脈沖干擾；二是接收機通頻帶以外的調(diào)幅、調(diào)頻干擾。在雷達接收機輸入端的最大容許干擾電壓有效值（單位μV）為

式中∶C為相當于白噪聲最大容許干擾電壓的增量系數(shù)；Unf為等效到接收機輸入端的系統(tǒng)噪聲電壓有效值（單位μV），對于300～3 000 MHz的雷達接收機取0.85 μV。

最大容許干擾電壓峰值（單位dBμV）為

式中∶KΔf為干擾信號頻率偏離接收機工作頻率Δf的接收機帶外抑制系數(shù)；Ujpmax為接收機通頻帶內(nèi)最大容許干擾電壓峰值（單位dBμV）。

主要參數(shù)值見表1～3。

表1　不同性質(zhì)隨機高頻脈沖干擾的增量系數(shù)和接收機輸入端最大容許干擾電壓、功率Tab.1 The incremental coefficient of random high frequency pulse interference and the maximum allowable interference voltage and power of receivers＇input

表2　接收機帶外抑制系數(shù)Tab.2 The receiver out-band rejection coefficient

表3　接收機通頻帶內(nèi)最大容許干擾電壓、功率Tab.3 The maximum interference voltage and power of the receiver passband

對有源干擾的實際測量記為Ejp，一般為場強值，將其與雷達最大允許干擾場強Ejpmax進行比較∶

若不等式成立則說明不會對雷達的正常運行造成影響；反之，則影響。

MH/T4003-2014附錄B2.2中規(guī)定，空管雷達對高壓架空輸電線路、變電站、鐵路、汽車公路及工學醫(yī)射頻等最大允許干擾場強按式（4）計算∶

式中∶Ejpmax、Ujfmax同前；f為信號頻率（MHz）；G為雷達天線增益（dB）；Z為雷達接收機輸入阻抗（Ω）；ΔEgp為準峰值場強Ejq與峰值場強Ejp分貝數(shù)之差（dB）；L為雷達天饋系統(tǒng)損耗（dB）。

2.3無源干擾

無源干擾是指雷達的信號照射到具有反射或吸收電磁波的器材后散射的回波［9-10］。無源干擾分析主要是將影響設備作為無源干擾（障礙物），計算對雷達造成的遮蔽影響。

MH/T4003-2014附錄C雷達臺站場地保護區(qū)遮蔽限制要求［7］中給出了單體（或密集）障礙物（在水平方位角度上的單個障礙物或障礙物群）對雷達臺站遮蔽角的計算公式。該規(guī)定分垂直遮蔽角θ垂直和水平遮蔽角θ水平對雷達的遮蔽角進行計算，當兩者同時超過允許范圍時，說明障礙物不滿足雷達臺站的場地保護要求；只要其中一個滿足要求，則滿足雷達臺站的場地保護要求。具體計算按照式（5）和式（6）∶

式（5）中∶B為障礙物海拔高（m）；T為天線海拔高（m）；D為障礙物距臺站距離（km）且D≤30。要求凈高度，即B-T在1 km處不大于4.4 m，在2 km處不大于8.9 m，在4 km處不大于18.4 m。

式（6）中∶W為障礙物水平寬度（m）；D為障礙物距臺站距離（km）且D≤30。要求障礙物寬度在1 km處不大于26 m，在2 km處不大于52 m，在4 km處不大于104 m。

3　實例分析

本文采用中南地區(qū)某機場擬建磁懸浮專線實例，對上述雷達電磁環(huán)境評估方法進行分析。如圖2所示，根據(jù)規(guī)劃，該線路距離機場二次雷達［11-12］站的最近距離為402.7 m，擬建磁懸浮線路距離雷達站天線最近處的地面標高為74.15 m；雷達站的地面標高為86.56 m，塔高12 m；線路軌面標高與雷達站的發(fā)射塔相對高度差為24.41 m；磁懸浮車輛最高處與發(fā)射塔的相對高差為20.54 m。

圖2　磁懸浮專線與雷達站相對位置Fig.2 Relative position between maglev line and radar station

3.1雷達場地保護要求影響分析

該磁懸浮專線屬于電氣化運輸，根據(jù)文獻［7］附錄B，有雷達臺站對電氣化鐵路的防護間距要求為不小于700 m［3］。而該磁懸浮列車最近處距離二次雷達僅402.7 m，不滿足民航雷達的防護間距要求，因此需要進一步評估。

3.2有源干擾分析

首先，計算該機場二次雷達允許的最大干擾場強。參照表1，Ujfmax取1.6 μV。根據(jù)式（4），二次雷達下行接收頻率f為1 090 MHz，電氣化鐵路的準峰值場強與峰值場強分貝數(shù)之差參考國家標準GB13618-92，可以得到空管二次雷達最大干擾場強為25.15 dBμV/m。那么式（3）等價于式（7），通過計算該磁懸浮線路在二次雷達下行頻率1 090 MHz產(chǎn)生的電磁干擾衰減到二次雷達接收天線處的干擾場強，將其與二次雷達允許的最大干擾場強進行比較，若式（7）成立，則說明不會對二次雷達的運作產(chǎn)生影響；反之，則有影響。

分別以磁懸浮列車牽引、制動運行，測量并計算產(chǎn)生的有源干擾，具體分析如表4所示。對每種列車運行狀態(tài)分峰值、準峰值和平均值3種掃描類型進行掃描，得到在距離列車10 m處的干擾場強值；然后根據(jù)自由空間傳播的信號場強計算公式（8），推算得到距離線路402.7 m（等效于線路距二次雷達站最近點的距離）處的干擾場強值；進而判斷式（7）成立與否∶

式中∶Es為信號場強（單位dBμV/m）；P代表有效發(fā)射功率（單位W）；d是計算點距雷達的距離（單位km）。

表4　列車牽引和制動時產(chǎn)生的1 090 MHz干擾場強Tab.4 1 090 MHz interference field strength generated by train traction and braking dBμV/m

由表4可以看出∶在磁懸浮列車牽引和制動時，以峰值場強計算，得到的磁懸浮列車產(chǎn)生的無線電脈沖在二次雷達接收頻率內(nèi)的干擾場強，會影響二次雷達的正常運行；以準峰值和平均值場強計算，不會影響二次雷達的正常運行。

3.3無源干擾分析

將該磁懸浮專線作為絕緣障礙物，對二次雷達的運行影響進行評估。

（1）垂直遮蔽分析

磁懸浮線路最近點距民航雷達402.7 m，即D= 0.402 7 km；該處線路海拔高為74.15 m，列車廂高3.87 m，則障礙物海拔高B=74.15+3.87= 78.02 m；雷達天線中心線海拔高度T為地面標高、塔高及雷達半徑2.75三者之和，即T=86.56+12+ 2.75=101.31 m。根據(jù)式（5），凈高度B-T= -23.29 m，滿足其凈高度要求；代入計算，得到不等式成立。

（2）水平遮蔽分析

根據(jù)式（6）有W為障礙物水平寬度即線路的水平寬度，也就是無限寬，所以不等式不成立。

國家標準MH/T4003-2014中規(guī)定∶當垂直遮蔽角和水平遮蔽角同時超過允許范圍時，不滿足雷達臺站的場地保護要求。因此，磁懸浮線路滿足對民航雷達的場地保護要求。

3.4總體分析

綜上分析，根據(jù)上述雷達電磁環(huán)境評估方法，該機場的磁懸浮工程不滿足二次雷達的場地規(guī)范要求。但是，進行有源干擾和無源干擾分析發(fā)現(xiàn)，作為無源干擾時，該線路滿足二次雷達的場地要求；作為有源干擾分析時，該線路在牽引和運行狀態(tài)運作下，測量產(chǎn)生的準峰值和平均值干擾場強滿足二次雷達的干擾場強要求，而峰值干擾場強不滿足二次雷達的干擾場強要求。

已知該磁懸浮專線與上海磁懸浮列車原理相同，均采用常導電電磁鐵磁吸懸浮和車載短定子單邊直線電機牽引的中低速磁懸浮列車系統(tǒng)，技術原理類似。上海的磁懸浮工程中，為了減少列車運作時產(chǎn)生的電磁干擾，在列車的取流靴上增加了金屬屏蔽罩。

因此，本文基于實例分析結果和上海磁懸浮列車的防護措施，對上海磁懸浮列車的屏蔽效能進行實測分析。分別對上海磁懸浮列車線路在列車經(jīng)過和無列車經(jīng)過時，在二次雷達接收和發(fā)射時的頻率上產(chǎn)生的電壓值進行測量，測量時保持峰值不變，結果如表5所示。

表5　有無列車經(jīng)過時在1 030 MHz、1 090 MHz上的電壓值Tab.5 The voltage value of the train passing or not on 1 030 MHz，1 090 MHz

測量結果表明列車運行時的電壓較無列車經(jīng)過時的背景電壓無變化，即由于上海磁懸浮在取流靴增加了金屬屏蔽罩，列車經(jīng)過時沒有產(chǎn)生干擾信號。因此，實例中的擬建磁懸浮專線列車可以參考該方法，在取流靴上增加金屬屏蔽罩，屏蔽列車運作時產(chǎn)生的電磁干擾。該方法可以作為一種有效的措施，為減少該磁懸浮專線對機場二次雷達的電磁干擾影響提供參考依據(jù)。

4　結束語

民航雷達的正常運行涉及航空器運行、機場運作和空管指揮等有關民航安全方方面面。科學合理地評估雷達的電磁環(huán)境，保障其正常運行顯得尤為重要。本文系統(tǒng)性地提出了一套雷達電磁環(huán)境評估方法，從有源干擾和無源干擾兩個方面對雷達的電磁環(huán)境進行評估。該方法可用于新建雷達基站或周邊設施的電磁環(huán)境評估方法，也可用于雷達臺站周邊電磁輻射污染源的分析。因此，本文的研究具有十分重要的現(xiàn)實意義，可以一定程度上促進和保障雷達的合理規(guī)范運行，保障民航安全；同時，該方法也填補了我國民航雷達電磁環(huán)境評估標準研究的空白，希冀為我國民航雷達電磁環(huán)境評估相關標準、規(guī)章體系的建立和完善貢獻微薄之力。在此研究基礎上可進一步對該套方法逐漸補充完善，增強實用價值。

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韓 丹（1991—），女，陜西渭南人，2013年獲學士學位，現(xiàn)為碩士研究生，主要研究方向為空中交通管理、雷達電磁環(huán)境評估；

HAN Dan was born in Weinan，Shaanxi Province，in 1991.She received the B.S.degree in 2013.She is now a graduate student.Her research concerns air traffic control and electromagnetic environment assessment of civil aviation radar.

Email∶419025046@qq.com

蔣 豪（1989—），男，四川雅安人，2013年獲學士學位，現(xiàn)為碩士研究生，主要研究方向為空中交通管理；

JIANG Hao was born in Yaan，Sichuan Province，in 1989. He received the B.S.degree in 2013.He is now a graduate student.His research concerns air traffic control.

Email∶jiang_hao6666@163.com

楊曉嘉（1967—），男，四川瀘州人，2000年獲碩士學位，現(xiàn)為研究員，主要研究方向為通信、導航和監(jiān)視。

YANG Xiaojia was born in Luzhou，Sichuan Province，in 1967.He received the M.S.degree in 2000.He is now a senior engineer of professor.His research concerns communication navigation and surveillance.

Email∶atmyxj@163.com

An Electromagnetic Environment Assessment Method for Civil Aviation Radars

HAN Dan1，JIANG Hao1，YANG Xiaojia2
（1.College of Air Traffic Management，Civil Aviation Flight University of China，Guanghan 618307，China；2.The Second Research Institute of Civil Aviation Administration of China，Chengdu 610041，China）

∶At present，there is no unified standard specification for civil aviation radar electromagnetic environment assessment.In order to solve the problem，MH/T4003-2014 and GB13618-92 are analyzed.According to practical experience，a general evaluation method for radar electromagnetic environment is proposed from two aspects of active jamming and passive jamming.The electromagnetic effect of a maglev project to be constructed in a south-central China airport is taken as example to prove the feasibility of this method. This method can restrain the electromagnetic interference fundamentally，and provides reference for the construction and improvement of radar electromagnetic environment assessment standards and regulations.

∶civil aviation radar；electromagnetic environment assessment；flight safety；active jamming；passive jamming

Xiang Magnetic Contract［2014］2；Graduate Student Innovation Fund Project of Civil Aviation Flight University of China in 2014（X2014-28）

TN954

A

1001-893X（2016）05-0585-06

10.3969/j.issn.1001-893x.2016.05.019

韓丹，蔣豪，楊曉嘉.民航雷達電磁環(huán)境評估方法［J］.電訊技術，2016，56（5）∶585-590.［HAN Dan，JIANG Hao，YANG Xiaojia.An electromagnetic environment assessment method for civil aviation radars［J］.Telecommunication Engineering，2016，56（5）∶585-590.］

2015-09-15；

2015-12-18Received date：2015-09-15；Revised date：2015-12-18

湘磁合同［2014］2號；2014年中國民用航空飛行學院研究生創(chuàng)新基金項目（X2014-28）

**通信作者：419025046@qq.comCorresponding author：419025046@qq.com