GBAS導(dǎo)航系統(tǒng)的VDB對VOR干擾防護(hù)間距分析

鄒杰

摘要：GBAS的運用會加劇民航頻率使用資源緊張的局勢。本文分析GBAS導(dǎo)航系統(tǒng)中VDB與同頻段VOR導(dǎo)航設(shè)備之間的影響，提出兩者之間的防護(hù)間距分析方法，避免VDB在投入運用時與VOR導(dǎo)航設(shè)備的干擾，促進(jìn)GBAS系統(tǒng)的順利使用，提高頻率資源利用率。

關(guān)鍵詞：GBAS；甚高頻全向信標(biāo)；甚高頻數(shù)據(jù)廣播；防護(hù)間距；飛行安全

中圖分類號：TN967.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）06-0213-02

近年來，隨著航空業(yè)的高速發(fā)展，新機(jī)場建設(shè)和機(jī)場擴(kuò)建越來越多，而機(jī)場運行離不開空管設(shè)備的建設(shè)，包括配備相應(yīng)的導(dǎo)航設(shè)備，而每個導(dǎo)航設(shè)備均需配備特定的工作頻率。隨著導(dǎo)航設(shè)備的陸續(xù)增加，而頻率資源是一定的，在有限的頻率資源里，如何科學(xué)有效地利用和分配頻率，避免系統(tǒng)間的相互干擾，保障設(shè)備正常運行就顯得尤為重要[1]。

GBAS（Ground-Based Augmentation System，地基增強(qiáng)系統(tǒng)）屬于新型導(dǎo)航設(shè)備，是航空導(dǎo)航的未來發(fā)展方向，已在國際上投入實際運用，我國也在積極推動GBAS系統(tǒng)的運用。GBAS系統(tǒng)與現(xiàn)有大部分導(dǎo)航設(shè)備的使用頻率接近，甚至處于同頻段范圍，隨著系統(tǒng)的投入使用，會加劇導(dǎo)航頻率資源的緊缺局勢，同時也會對同頻段其他導(dǎo)航設(shè)備產(chǎn)生電磁影響。本文提出了GBAS系統(tǒng)中信號發(fā)射設(shè)備VDB（Very-high frequency Data Broadcast，甚高頻數(shù)據(jù)廣播）與VOR（Very high frequency Omni directional Range，甚高頻全向信標(biāo)）導(dǎo)航設(shè)備的防護(hù)間距分析方法，得出不同頻率間隔情況下VDB對VOR的防護(hù)間距[2]，避免VDB在投入運用時與VOR產(chǎn)生干擾，保障GBAS系統(tǒng)正常運行，提高頻率資源利用率。

1 GBAS和VOR介紹

GBAS是國際民航組織規(guī)劃的基于GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）、采用DGPS（差分GPS）技術(shù)建立的系統(tǒng)，以它為基礎(chǔ)的GLS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星地基增強(qiáng)著陸系統(tǒng)）成為目前最令人關(guān)注的一種新型著陸系統(tǒng)。

1.1 系統(tǒng)組成

全球?qū)Ш叫l(wèi)星地基增強(qiáng)著陸系統(tǒng)（GBAS Landing System， GLS）由三個獨立的子系統(tǒng)組成：衛(wèi)星子系統(tǒng)、地面子系統(tǒng)和機(jī)載子系統(tǒng)。GBAS地面子系統(tǒng)通過數(shù)字甚高頻數(shù)據(jù)廣播（VDB）方式向機(jī)載子系統(tǒng)提供GNSS測距信號的數(shù)據(jù)和修正信息。

GBAS地面子系統(tǒng)包括2組或2組以上的GNSS接收機(jī)，以及地面數(shù)據(jù)處理組件、數(shù)據(jù)廣播組件、可靠性監(jiān)控組件和一個或以上的VDB天線，將差分修正量、GNSS完好性及其信息通過VDB天線傳送給飛機(jī)機(jī)載接收系統(tǒng)。機(jī)載接收系統(tǒng)依靠VDB廣播的差分修正值和其他相關(guān)數(shù)據(jù)更正之前自身所測的數(shù)據(jù)，并計算成為所需精度等級的位置信息，然后將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)航引導(dǎo)信號，提供給駕駛艙的顯示器和自動駕駛儀，引導(dǎo)飛機(jī)航行[3]。

1.2 VDB系統(tǒng)信號發(fā)射

VDB使用的無線電頻段為108MHz～117.975MHz，可指配的最低頻率為108.025MHz，最高頻率為117.950MHz，頻率間隔（信道間隔）為25KHz。VDB使用固定幀結(jié)構(gòu)的時分多址訪問（TDMA）技術(shù)，分配為1～8個時隙。GBAS數(shù)據(jù)以3比特字符形式發(fā)射，VDB載波通過八相相移鍵控（D8PSK）調(diào)制方式以每秒10500個字符的速率調(diào)制。

1.3 VOR介紹

VOR是一種用于航空的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，其工作頻段與VDB相同，屬于甚高頻段，一般安裝在跑道延長線上，與機(jī)載無線的羅盤配合使用以指示導(dǎo)航臺相對于飛機(jī)的方向，方便飛機(jī)進(jìn)近著陸。

2 干擾和防護(hù)間距

2.1 干擾分析

民航導(dǎo)航設(shè)備可用的頻率數(shù)量很有限，使用的頻率相對集中。當(dāng)作用在相同區(qū)域時，應(yīng)分析并防止發(fā)射機(jī)和接收機(jī)交互產(chǎn)生的RFI（Radio Frequency Interference，射頻干擾），包括互調(diào)、交調(diào)、接收減敏（過載）、鄰道信號、諧波和AM/FM/TV干擾等。

根據(jù)所使用的頻率和信號傳播公式，可以求出VDB系統(tǒng)與同頻段導(dǎo)航設(shè)備在保守估計（最壞情況）下的地理分隔距離。如果擬建VDB臺站與VOR設(shè)備之間符合地理間隔的防護(hù)間距要求，則兩者不會產(chǎn)生相互干擾影響[4]。

2.2 防護(hù)間距計算

當(dāng)VDB與VOR安裝在同一區(qū)域，需考慮兩種導(dǎo)航設(shè)備的工作頻率、覆蓋場強(qiáng)大小和地理間距，以分析兩者是否相互干擾。在同一區(qū)域，覆蓋場強(qiáng)大的信號易對覆蓋場強(qiáng)小的信號產(chǎn)生干擾，即當(dāng)兩信號重疊時，若覆蓋場強(qiáng)小的信號不受場強(qiáng)大的信號干擾，則兩臺站之間互不干擾。

VOR信號覆蓋區(qū)域內(nèi)最低信號場強(qiáng)為90μV/m，VDB的垂直極化信號最小場強(qiáng)信號為136μV/m，即VOR場強(qiáng)信號易受VDB場強(qiáng)信號的干擾[5]。在VOR與VDB同區(qū)域安裝時，根據(jù)易受干擾信號（即VOR信號）的抗干擾特性和頻率使用情況進(jìn)行計算。抗干擾特性是指D/U（Desired/Undesired，期望信號與干擾信號的功率比）值，即信干比，是保障被保護(hù)信號不受干擾信號影響時，受保護(hù)信號與干擾信號的比值。

為保障VOR不受GBAS系統(tǒng)VDB信號干擾，VOR針對VDB信號所要求的D/U比值應(yīng)滿足表1所示。

根據(jù)公式3，在同頻（同信道）情況（參考頻率f為112MHz）下，見參考文獻(xiàn)2附錄D的7.2節(jié)可知：VDB的有效輻射功率TVDB=47dBm，VOR覆蓋邊緣的最小輻射功率PVOR保護(hù)=-79dBm，由此可求出相應(yīng)的路徑損耗L其最小值應(yīng)不小于152dB。

大氣層的折射率隨高度而逐漸變化，這就使得無線電波輕微地朝著地球表面彎曲（或在一些情況下，朝著與地球表面相反的方向彎曲）。彎曲的結(jié)果就是無線電波能夠傳播到物理地平線以外的地方去。

在接收天線高度為40000英尺時，由于發(fā)射機(jī)在地表上，hRX>>hTX，所以可認(rèn)為hTX=0，則無線電地平線距離dRH=246NM。

根據(jù)ITU-R Recommendation P.528-2公布的標(biāo)準(zhǔn)傳播模型或者自由空間損耗模型，在視距范圍外，當(dāng)頻率范圍108～137MHz時，衰落因子a為0.5dB/NM。

由表2和公式（3）可以計算出自由空間的路徑損耗（L）。然后，根據(jù)L和公式（5）或（6）可以計算出VDB距離A點的距離，再加上VOR覆蓋半徑，就可以得出地里位置間隔。比如，在同一信道時，L=152dB，求得d=296NM，加上VOR覆蓋半徑185NM，則地理位置間隔為481NM。

依次對不同頻率分配下VDB和VOR進(jìn)行地理間隔計算，結(jié)果如表2所示，其中VOR的覆蓋半徑包括了185nm、162nm、90 nm三種情況。

3 結(jié)語

通過上述GBAS系統(tǒng)VDB與VOR導(dǎo)航設(shè)備的防護(hù)間距計算分析，并結(jié)合現(xiàn)有導(dǎo)航設(shè)備布局和頻率使用情況，合理地選用VDB使用頻率，既可以避免相互干擾，又能促進(jìn)GBAS系統(tǒng)順利投入使用，增加頻率復(fù)用，提高頻率資源利用率。以上方法是基于理想地理環(huán)境下，即最有害的干擾條件下，在現(xiàn)實情況中若臺站間頻率和距離條件滿足以上關(guān)系，則不會產(chǎn)生相互干擾，可作為必要的初步判斷。通常在現(xiàn)實情況下，特別在山區(qū)或遮擋較大等復(fù)雜地理條件下，臺站間的防護(hù)間距會更短，此時應(yīng)根據(jù)實際情況進(jìn)行進(jìn)一步計算。

參考文獻(xiàn)

[1]國際民航組織.國際民用航空公約附件十[M].蒙特利爾：國際民航組織出版社，2013.

[2]工業(yè)和信息化部電信研究院等. GB6364-2013航空無線電導(dǎo)航臺（站）電磁環(huán)境要求[S]， 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

[3]中國民航局行業(yè)管理辦公室等.MH/T4003-2014民用航空通信導(dǎo)航監(jiān)視臺（站）設(shè)置場地規(guī)范第2部分：監(jiān)視[S].北京：中國民航出版社，2014：13-15.

[4]FAA6050.32B-2005，Spectrum Management Regulation Sv1[S].

[5]Doc9718 AN/957-2013，民用航空無線電頻率需求手冊[S].

Abstract：The use of GBAS will aggravate the situation of the frequency of the use of civil aviation frequency resources. This paper analyzes the impact between VDB and VOR navigation equipment in the same frequency band in GBAS navigation system， and proposing a method for analysis of protection spacing between them to avoid interference with VOR navigation equipment when using VDB， and promotes the smooth use of GBAS system. At the same time， this can also increase the utilization of frequency resources.

Key words：GBAS； VOR； VDB； protection space； flight safety