測(cè)距系統(tǒng)（DME）的開(kāi)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法探索

薛 珂，葉淋美

（國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心福建監(jiān)測(cè)站，廈門(mén) 361004）

電波衛(wèi)士

測(cè)距系統(tǒng)（DME）的開(kāi)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法探索

薛 珂，葉淋美

（國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心福建監(jiān)測(cè)站，廈門(mén) 361004）

目前，對(duì)測(cè)距儀（DME）設(shè)備的工作狀態(tài)評(píng)估主要是通過(guò)設(shè)備的傳導(dǎo)測(cè)試以及DME設(shè)備本身的自檢來(lái)實(shí)現(xiàn)，尚缺乏運(yùn)用監(jiān)測(cè)手段進(jìn)行開(kāi)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和評(píng)估的有效方法。本文通過(guò)對(duì)DME地面臺(tái)應(yīng)答信號(hào)的頻域參數(shù)進(jìn)行開(kāi)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)評(píng)估，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

測(cè)距系統(tǒng)；脈沖間隔；射頻脈沖功率；頻率容差

1 引言

測(cè)距系統(tǒng)（Distance Measuring Equipment，DME）是一種無(wú)線電測(cè)距導(dǎo)航系統(tǒng)[1]，是目前民用航空廣泛運(yùn)用的一種近程航空無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)，通過(guò)儀表顯示為飛行員提供距離信息。當(dāng)DME與VOR合裝時(shí)，VOR提供的方位引導(dǎo)信息與DME提供的距離信息組合后，就能給飛機(jī)定位；當(dāng)DME與ILS合裝時(shí)，能給進(jìn)近和著陸的飛機(jī)提供至測(cè)距儀或著陸點(diǎn)或跑道入口的連續(xù)距離。

國(guó)標(biāo)GB/T 18902-2002《超高頻測(cè)距儀性能要求和測(cè)試方法》[2]詳細(xì)規(guī)定了測(cè)距儀的頻率容差、脈沖波形、射頻脈沖頻譜、脈沖間隔等參數(shù)的指標(biāo)要求、檢測(cè)設(shè)備以及傳導(dǎo)測(cè)試方法等，然而對(duì)于測(cè)距儀的開(kāi)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法尚未有明確標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范，本文從無(wú)線電監(jiān)測(cè)的工作角度，圍繞該設(shè)備的輻射場(chǎng)參數(shù)，探索DME地面臺(tái)應(yīng)答信號(hào)的開(kāi)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法。

2 DME基本原理和典型參數(shù)

DME系統(tǒng)[3]由機(jī)載設(shè)備和地面設(shè)備組成。典型的機(jī)載設(shè)備由詢問(wèn)器、接收機(jī)、天線、距離顯示器組成；典型的地面設(shè)備由安裝在室內(nèi)機(jī)柜中的應(yīng)答器、監(jiān)控器、控制器、電源和室外天線組成。

DME系統(tǒng)是詢問(wèn)—回答式的脈沖測(cè)距儀，通過(guò)測(cè)量無(wú)線電脈沖信號(hào)在空間的傳播時(shí)間得到詢問(wèn)器和應(yīng)答器之間的距離（單位為海里）。DME測(cè)距基本過(guò)程是機(jī)載詢問(wèn)器向地面臺(tái)發(fā)出詢問(wèn)脈沖對(duì)信號(hào)，地面臺(tái)收到有效詢問(wèn)信號(hào)后，由應(yīng)答機(jī)發(fā)出應(yīng)答脈沖對(duì)，機(jī)載接收機(jī)收到已發(fā)詢問(wèn)信號(hào)的應(yīng)答后，計(jì)算從發(fā)出詢問(wèn)信號(hào)到接收應(yīng)答信號(hào)的時(shí)間差，并把時(shí)間轉(zhuǎn)換為距離。

2.1 波道和頻率

DME共有252個(gè)測(cè)距波道，X波道和Y波道各126個(gè)，相鄰波道詢問(wèn)頻率相差1MHz，每個(gè)波道的詢問(wèn)和應(yīng)答頻率相差63MHz，系統(tǒng)的工作頻率范圍為962-1213MHz，但詢問(wèn)和應(yīng)答頻率是分開(kāi)使用的。以X波道為例，從1#～126#波道，詢問(wèn)頻率為1025-1150MHz，波道號(hào)每增加1號(hào)，頻率增加1MHz。應(yīng)答頻率則分低端和高端，低端1#～63#的頻率為962-1024MHz、高端64#～126#的頻率為1151-1213MHz，如下圖1所示。

2.2 脈沖對(duì)波形及頻譜特點(diǎn)

DME設(shè)備的發(fā)射信號(hào)波形為偽高斯波形或稱為鐘形脈沖，呈現(xiàn)sinc函數(shù)特性，每次發(fā)射脈沖對(duì)信號(hào)的重復(fù)頻率為700Hz-2700Hz，脈沖發(fā)射時(shí)間內(nèi)具有占空特性。

DME脈沖上升時(shí)間≤3μs，脈沖寬度（半幅度點(diǎn)0.5A處）為3.5μs±0.5μs，脈沖下降時(shí)間≤3.5μs。構(gòu)成脈沖對(duì)的兩個(gè)脈沖的間隔為12μs（X模式）或30μs（Y模式）；脈沖間隔在脈沖前沿的半電壓振幅點(diǎn)之間測(cè)量。以X模式為例，脈沖對(duì)寬度3.5μs，脈沖對(duì)里兩個(gè)脈沖間隔為12μs，通過(guò)傅立葉變換，頻域的主瓣寬度為1/12μs，約80kHz，整體帶寬取決于3.5μs的三角脈沖2/3.5μs，約為500kHz，如圖2所示。

圖1 DME的波道和工作頻率示意圖

圖2 DME脈沖對(duì)頻譜圖

2.3 識(shí)別信號(hào)

DME采用調(diào)制單音為1350Hz的國(guó)際莫爾斯電碼發(fā)送識(shí)別信號(hào)[4]。脈沖對(duì)的重復(fù)頻率為1350pp/s，至少每隔40s發(fā)一次，發(fā)射速率至少為每分鐘6個(gè)字。每個(gè)識(shí)別碼組總的發(fā)鍵時(shí)間最大不超過(guò)5s。點(diǎn)的持續(xù)時(shí)間為0.1s～0.16s，劃的持續(xù)時(shí)間為點(diǎn)的持續(xù)時(shí)間的三倍。

2.4 覆蓋區(qū)

DME的作用距離為視距傳播，輸出的是脈沖功率，目前常用的地面設(shè)備的脈沖輸出功率有大于等于1000W(30dBW)和大于等于100W(20dBW)兩種規(guī)格。任何一種輸出功率的設(shè)備與VOR（甚高頻全向信標(biāo)）聯(lián)合工作時(shí)，DME/N的覆蓋區(qū)至少應(yīng)與VOR相等。與ILS（儀表著陸系統(tǒng)）或MLS（微波著陸系統(tǒng)）聯(lián)合工作時(shí)，DME/N的覆蓋區(qū)至少應(yīng)與ILS或MLS方位引導(dǎo)扇區(qū)的覆蓋相等；DME/P的覆蓋區(qū)至少應(yīng)與MLS方位引導(dǎo)扇區(qū)的覆蓋相等。

3 DME監(jiān)測(cè)方法

3.1 監(jiān)測(cè)設(shè)備及監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇

監(jiān)測(cè)設(shè)備由工作頻段覆蓋960MHz-1215MHz的天線，低噪聲放大器（LNA），便攜式接收機(jī)或頻譜儀以及監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)組成，監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)控制接收機(jī)/頻譜儀的參數(shù)設(shè)置以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)，設(shè)備連接圖如圖3所示。

圖3 監(jiān)測(cè)設(shè)備連接框圖

圖4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)選擇條件示意圖

以DME地面臺(tái)發(fā)射天線為圓心，符合視距傳輸?shù)谋O(jiān)測(cè)點(diǎn)為滿足第一菲涅爾半徑內(nèi)無(wú)障礙物阻擋的距離D，如圖4所示。將監(jiān)測(cè)距離設(shè)置為50米、100米、300米、500米，依次選取符合條件的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。應(yīng)答器的發(fā)射天線在俯仰角小于零度時(shí)，增益衰減較快，監(jiān)測(cè)天線應(yīng)至少與應(yīng)答器的發(fā)射天線等高。

3.2 監(jiān)測(cè)參數(shù)及指標(biāo)[5]

結(jié)合《超高頻測(cè)距儀性能要求和測(cè)試方法》和《航空無(wú)線電導(dǎo)航設(shè)備測(cè)試要求》對(duì)DME的測(cè)試參數(shù)描述，可以通過(guò)開(kāi)場(chǎng)監(jiān)測(cè)得到的DME工作參數(shù)指標(biāo)要求如下：

（1）頻率容差（頻偏），應(yīng)答器工作頻率相對(duì)指配頻率的偏差不應(yīng)超過(guò)±0.002%。

（2）發(fā)射脈沖寬度應(yīng)為3.5μs±0.5μs。

（3）發(fā)射脈沖對(duì)間隔應(yīng)為12μs（X模式）或30μs（Y模式），脈沖間隔公差為±0.25μs（DME/ N），±0.1μs（DME/P）。

（4）射頻脈沖功率，DME/N有效輻射功率的峰值應(yīng)不小于為保證在最大服務(wù)區(qū)的邊緣處（在距離上和高度上）達(dá)到大約-83dBW/m2的峰值脈沖功率密度所需的數(shù)值。DME/P等值各向同性輻射功率的峰值應(yīng)不小于為保證所有的可運(yùn)行的氣象條件下達(dá)到下述的峰值脈沖功率密度的所需數(shù)值：在覆蓋區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)，離開(kāi)應(yīng)答器天線13km以上的地方為-89dBW/m2；在覆蓋區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)，離開(kāi)應(yīng)答器天線13km以內(nèi)的地方為-75dBW/m2。

3.3 監(jiān)測(cè)方法和步驟

（1）確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置D1,…,DN，依次記錄每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度Di。

（2）設(shè)備開(kāi)機(jī)加電、自校，設(shè)置監(jiān)測(cè)儀器的工作參數(shù)。

（3）在960MHz-1215MHz進(jìn)行頻段掃描，記錄所有出現(xiàn)的信號(hào)，根據(jù)DME信號(hào)特征依次確定待測(cè)信號(hào)的中心頻點(diǎn)f1,…,fN。

（4）依次監(jiān)測(cè)待測(cè)信號(hào)參數(shù)。將接收機(jī)/頻譜儀中心頻點(diǎn)設(shè)為fi(i=1,…,N)，SPAN設(shè)置為DME信號(hào)帶寬的2倍（約1MHz）。中頻帶寬設(shè)置為500kHz，檢波方式為峰值檢波，分別選擇99%功率測(cè)量帶寬和x-dB帶寬計(jì)算信號(hào)占用帶寬和主瓣寬度，每個(gè)頻點(diǎn)采樣1,000次，輸出并存儲(chǔ)該頻點(diǎn)的峰值功率Pi、占用帶寬Wi、主瓣寬度和頻偏值?fi，并保存頻譜截圖。

（5）依次對(duì)Di，i=1,…,N，重復(fù)上述步驟。

（6）對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，計(jì)算每個(gè)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)平均值。

3.4 數(shù)據(jù)處理

以頻率容差為例，通過(guò)頻段掃描，確定中心頻點(diǎn)為995M的DME應(yīng)答信號(hào)，通過(guò)監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)對(duì)接收機(jī)/頻譜儀的工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，為保留采集樣本的隨機(jī)性，需對(duì)采集并存儲(chǔ)連續(xù)的樣本值，如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)軟件

圖6 采樣點(diǎn)的頻率容差分布

頻偏數(shù)據(jù)可以直接用來(lái)求其統(tǒng)計(jì)平均值評(píng)估DME頻率容差，如圖6所示，此次采集的樣本均值可以計(jì)算出頻率容差為-0.0027%，其他監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（Pi,Wi,）均需經(jīng)過(guò)處理來(lái)評(píng)估DME設(shè)備的工作狀態(tài)。

根據(jù)脈沖對(duì)波形及頻譜特點(diǎn)，發(fā)射脈沖寬度τi為占用帶寬Wi的函數(shù)：τi=2/Wi；發(fā)射脈沖對(duì)間隔?τi為主瓣寬度的函數(shù)：?τi=1/。依次判斷τi的統(tǒng)計(jì)平均值是否落在（3.5μs±0.5μs）區(qū)間內(nèi)，?τi的統(tǒng)計(jì)平均值是否落在{12（30μs）±0.25μs （DME/N）}或{12(30μs)±0.1μs(DME/P)}區(qū)間內(nèi)，其中X模式取12μs，Y模式取30μs。

射頻脈沖功率指標(biāo)無(wú)法直接從地面開(kāi)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲得，應(yīng)經(jīng)過(guò)近似估算。根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)符合視距傳輸?shù)臈l件，應(yīng)用自由空間損耗模型，將DME射頻脈沖功率的路徑損耗用Lp=32.5+20lgf(MHz)+20lgD(km)來(lái)計(jì)算，則覆蓋區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)的峰值脈沖功率密度指標(biāo)折算為監(jiān)測(cè)點(diǎn)的峰值脈沖功率密度指標(biāo)，間接評(píng)估DME射頻脈沖功率是否符合要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，關(guān)于無(wú)線電臺(tái)站在用發(fā)射設(shè)備的空間輻射場(chǎng)測(cè)試方法研究較少，且參考傳導(dǎo)檢測(cè)的參數(shù)指標(biāo)對(duì)監(jiān)測(cè)參數(shù)指標(biāo)量化還需要嚴(yán)格的理論證明（如傳播模型仿真）、暗室測(cè)試以及更多的輻射測(cè)試統(tǒng)計(jì)值。然而針對(duì)無(wú)線電臺(tái)站的電磁波信號(hào)進(jìn)行輻射場(chǎng)測(cè)試的結(jié)果，可以集中反映包括發(fā)射機(jī)在內(nèi)的整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)的性能，因此，基于無(wú)線電管理部門(mén)通用監(jiān)測(cè)設(shè)備積極探索無(wú)線電臺(tái)站的開(kāi)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法，對(duì)全面了解臺(tái)站在用設(shè)備的實(shí)際性能情況是非常有利的。

[1] 國(guó)際民用航空公約．國(guó)際民航組織

[2] 馮忠和等．GB/T 18902-2002超高頻測(cè)距儀性能要求和測(cè)試方法

[3] 民航常用無(wú)線電導(dǎo)航設(shè)備簡(jiǎn)介．空管行業(yè)管理辦公室，AC-115-TM-2013-01

[4]航空無(wú)線電導(dǎo)航設(shè)備測(cè)試要求．中國(guó)民用航空局空管行業(yè)管理辦公室，AC-115-TM-2013-03

[5]蘇玲等．MH/T 4006.3-1998航空無(wú)線電導(dǎo)航設(shè)備第3部分：測(cè)距儀（DME）技術(shù)要求

Monitoring Method of Distance Measuring Equipment

Xue Ke,Ye Linmei
（State Radio Monitoring Center Fujian Station,Xiamen,361004）

At present,the working state assessment of Distance Measuring Equipment (DME) is mainly via conduction testing and DME self-inspection,which is lack of effective open-field test and assessment method.In this paper,according to the frequency domain parameter identification of the DME response signal,we designed an open-field test methods based on radio monitoring equipment with statistics of typical parametersto evaluate the status of DME,as well as the specific details on test steps.

DME;pulse interval;RF pulse power;frequency tolerance

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.05.019

TN924 文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

1672-7274（2016）05-0059-04

薛 珂，女，1988年生，碩士，現(xiàn)任國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心福建監(jiān)測(cè)站助理工程師。

葉淋美，女，1989年生，碩士，現(xiàn)任國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心福建監(jiān)測(cè)站助理工程師。