民航空管二次雷達(dá)系統(tǒng)安全運(yùn)行的電磁環(huán)境探討

郝 娜

（民航新疆空管局空管中心技術(shù)保障中心，新疆 烏魯木齊 830001）

0 引 言

在當(dāng)前機(jī)場(chǎng)附近區(qū)域的電磁環(huán)境中，有源干擾設(shè)施逐漸增多。這些有源干擾設(shè)施會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電磁輻射，從而對(duì)民航空管二次雷達(dá)系統(tǒng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生不同程度的影響，甚至帶來(lái)一定的危害，也會(huì)對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生一定影響，危害人類的身體健康。如果不使用相應(yīng)的屏蔽手段進(jìn)行有效的輻射屏蔽，二次雷達(dá)系統(tǒng)和飛機(jī)的機(jī)載設(shè)備都會(huì)受到輻射影響，從而威脅民航空管二次雷達(dá)系統(tǒng)安全運(yùn)行以及飛機(jī)的安全飛行。因此，無(wú)論是相關(guān)交通建設(shè)還是其他有源干擾設(shè)施，都需要考慮其產(chǎn)生的電磁輻射，確保相關(guān)電磁壞境能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，保證民航空管二次雷達(dá)系統(tǒng)安全運(yùn)行。

1 民航空管雷達(dá)的相關(guān)概念

1.1 空管雷達(dá)的分類

空管雷達(dá)可以分為一次監(jiān)視雷達(dá)和二次監(jiān)視雷達(dá)。一次雷達(dá)能夠自主進(jìn)行電磁波發(fā)射，通過(guò)自身的接收端檢測(cè)目標(biāo)對(duì)電磁波的反射回波，從而準(zhǔn)確獲得目標(biāo)物的位置信息。一次雷達(dá)可以進(jìn)行獨(dú)立的監(jiān)視而不需要被監(jiān)視者進(jìn)行配合工作。測(cè)量時(shí)的參數(shù)包括兩者之間的距離和目標(biāo)的方位角。對(duì)于部分一次雷達(dá)而言，還可以測(cè)定目標(biāo)的相對(duì)速度。二次雷達(dá)不同于一次雷達(dá)的工作方式，可以通過(guò)約定好的相關(guān)詢問(wèn)應(yīng)答模式獲取目標(biāo)的位置、高度以及識(shí)別信息，而需要相應(yīng)的被監(jiān)視者共同完成工作，屬于一種協(xié)同監(jiān)視。

1.2 空管雷達(dá)的工作原理

空管雷達(dá)的工作原理是機(jī)場(chǎng)的雷達(dá)系統(tǒng)會(huì)向空間發(fā)射相應(yīng)的電磁波。當(dāng)目標(biāo)接收到雷達(dá)的電磁波后會(huì)反射相應(yīng)的回波信號(hào)，然后機(jī)場(chǎng)地面的雷達(dá)接收到回波信號(hào)后會(huì)根據(jù)電磁波的往返時(shí)間，計(jì)算目標(biāo)的飛行斜距，通過(guò)相應(yīng)的顯示器觀察目標(biāo)的距離和方位信息。這個(gè)過(guò)程只需要地面的雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射一次電磁波就可以完成。

1.3 二次雷達(dá)的技術(shù)特點(diǎn)分析

在現(xiàn)代化空管系統(tǒng)中，二次雷達(dá)是重要的組成部分。二次雷達(dá)通過(guò)約定好的相應(yīng)詢問(wèn)應(yīng)答模式，獲取目標(biāo)的位置、高度以及識(shí)別信息。它具有相對(duì)較多的優(yōu)勢(shì)，比如，機(jī)場(chǎng)雷達(dá)詢問(wèn)機(jī)的詢問(wèn)頻率和飛機(jī)的應(yīng)答頻率是兩種不同的頻率，目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)也不是依靠反射回波的接收進(jìn)行計(jì)算發(fā)現(xiàn)，避免了一次雷達(dá)中地面相關(guān)交通建設(shè)以及其他有源干擾設(shè)施所產(chǎn)生的電磁輻射的干擾，且二次雷達(dá)的發(fā)射功率相對(duì)較低，同時(shí)具有較遠(yuǎn)的輻射信號(hào)作用距離。

2 二次雷達(dá)系統(tǒng)相關(guān)介紹及有源干擾現(xiàn)象分析

2.1 機(jī)場(chǎng)二次雷達(dá)系統(tǒng)介紹

目前，民航空管雷達(dá)中主要包括一次雷達(dá)和二次雷達(dá)，兩種雷達(dá)具有不同的工作方式。二次雷達(dá)可以通過(guò)相應(yīng)的發(fā)射機(jī)對(duì)相關(guān)目標(biāo)發(fā)出脈沖信號(hào)，機(jī)載的應(yīng)答機(jī)接收到相應(yīng)的詢問(wèn)會(huì)反射回對(duì)應(yīng)的信號(hào)，同時(shí)地面二次雷達(dá)系統(tǒng)會(huì)對(duì)所接收到的信號(hào)進(jìn)行處理，從而獲得所需要的信息。

對(duì)于民航空管二次雷達(dá)系統(tǒng)，電磁波主要是由系統(tǒng)的發(fā)射天線產(chǎn)生，而電磁輻射的大小以及分布會(huì)受到天線形式和高度的影響。二次雷達(dá)的天線在空間輻射電磁場(chǎng)的能量會(huì)形成一個(gè)立體輻射圖，水平方向性的主要作用是可以對(duì)目標(biāo)物的方位角的精度以及不同方位角飛機(jī)的分辨能力進(jìn)行分析，垂直方向性的主要作用是對(duì)地面發(fā)射所造成的影響進(jìn)行分析。

2.2 民航空管二次雷達(dá)系統(tǒng)有源干擾現(xiàn)象分析

以下面一種情況進(jìn)行分析：有一民航管制員反映，在距離中心點(diǎn)雷達(dá)站大概60 km、方位為180°～200°的航線上，民航飛機(jī)易發(fā)生丟點(diǎn)情況。飛機(jī)丟點(diǎn)易造成管制員缺乏對(duì)其位置的準(zhǔn)確判斷，會(huì)給飛機(jī)的飛行安全造成一定危害。相關(guān)技術(shù)人員通過(guò)一定技術(shù)手段對(duì)該雷達(dá)的原始視頻信號(hào)進(jìn)行提取和分析發(fā)現(xiàn)，該雷達(dá)的原始應(yīng)答報(bào)告處于一種無(wú)序狀態(tài)，相關(guān)報(bào)文的解碼應(yīng)答也不正確，而這種情況容易導(dǎo)致目標(biāo)點(diǎn)跡信號(hào)丟失。維護(hù)人員通過(guò)分析相應(yīng)的干擾現(xiàn)象，確認(rèn)該現(xiàn)象不是二次雷達(dá)系統(tǒng)內(nèi)部自身原因造成的，而是外部的有源干擾造成的[1]。

外部有源干擾對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)的影響主要可以分為以下兩類。第一類，二次雷達(dá)詢問(wèn)階段。根據(jù)民航機(jī)場(chǎng)二次雷達(dá)系統(tǒng)的相關(guān)工作流程，如果二次雷達(dá)系統(tǒng)在詢問(wèn)時(shí)飛機(jī)附近空域有其他信號(hào)出現(xiàn)，且這種信號(hào)的頻率和雷達(dá)詢問(wèn)信號(hào)頻率相近，信號(hào)強(qiáng)度較強(qiáng)時(shí)，對(duì)于飛機(jī)的機(jī)載應(yīng)答機(jī)而言，在接收到雷達(dá)的詢問(wèn)脈沖信號(hào)時(shí)無(wú)法對(duì)其準(zhǔn)確識(shí)別，從而不會(huì)做出相應(yīng)應(yīng)答，造成信號(hào)丟失。第二類，二次雷達(dá)接收階段。如果在機(jī)載應(yīng)答機(jī)的應(yīng)答過(guò)程中，二次雷達(dá)的天線上同時(shí)出現(xiàn)了其他信號(hào)，且和應(yīng)答信號(hào)具有相似或者相同頻率，還表現(xiàn)出較強(qiáng)的干擾性，將造成飛機(jī)的應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生畸變，從而使雷達(dá)接收機(jī)無(wú)法正常對(duì)應(yīng)答信號(hào)進(jìn)行解碼和糾錯(cuò)，最終造成丟點(diǎn)現(xiàn)象。

3 二次雷達(dá)系統(tǒng)電磁環(huán)境分析與相關(guān)污染防治措施

3.1 二次雷達(dá)系統(tǒng)電磁環(huán)境分析

3.1.1 電磁環(huán)境安全區(qū)域范圍計(jì)算分析方法

在對(duì)二次雷達(dá)系統(tǒng)電磁環(huán)境安全區(qū)域范圍進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)，需要注意在計(jì)算地面到天線相關(guān)預(yù)測(cè)點(diǎn)和發(fā)射方向之間的夾角時(shí)，不同發(fā)射天線的塔高是重要的依據(jù)。想要獲取預(yù)測(cè)點(diǎn)位置的垂直方向性函數(shù)，需要參考每個(gè)發(fā)射天線的垂直方向性圖。在對(duì)預(yù)測(cè)點(diǎn)的功率密度值進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要將相應(yīng)的基本參數(shù)帶到相關(guān)公式中。

3.1.2 根據(jù)遠(yuǎn)近場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算和分析

二次雷達(dá)系統(tǒng)會(huì)劃分相應(yīng)的遠(yuǎn)近場(chǎng)區(qū)。近場(chǎng)區(qū)域是指天線中線點(diǎn)和水平90 m之間的區(qū)域；遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)相對(duì)于近場(chǎng)區(qū)域，距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)近場(chǎng)區(qū)。通過(guò)應(yīng)用相應(yīng)的計(jì)算公式對(duì)近場(chǎng)區(qū)域的最大功率密度進(jìn)行計(jì)算，可以得到相應(yīng)的結(jié)果為0.375 W/m2。根據(jù)相關(guān)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，可以了解到相對(duì)天線之間的距離為27°，在雷達(dá)站地面距離中心點(diǎn)小于30°的范圍內(nèi)，最大功率密度為6.06×10-4W/m2，小于相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值，所以不需要設(shè)置相關(guān)防護(hù)距離[2]。

3.1.3 安全區(qū)域中分析距離和高度之間的關(guān)系

利用相關(guān)的計(jì)算公式，根據(jù)相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)不同高度和天線之間的達(dá)標(biāo)距離進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)安全區(qū)域中高度為3 m時(shí)，計(jì)算得到的水平達(dá)標(biāo)距離為40 m；當(dāng)距離地面的高度達(dá)到10 m時(shí)，計(jì)算得到的天線之間的達(dá)標(biāo)距離為70 m；當(dāng)安全區(qū)域中高度達(dá)到16 m時(shí)，計(jì)算得到的天線之間的達(dá)標(biāo)距離為90 m；當(dāng)安全區(qū)域中高度達(dá)到22 m時(shí)，計(jì)算得到的天線之間的達(dá)標(biāo)距離為150 m。

對(duì)比和分析相關(guān)數(shù)據(jù)可以知道，水平輻射達(dá)標(biāo)的距離與電磁輻射聯(lián)系緊密。達(dá)標(biāo)距離越遠(yuǎn)，輻射的安全區(qū)域高度越高。通過(guò)相應(yīng)的分析可以得知，為保證民航空管二次雷達(dá)系統(tǒng)正常運(yùn)行，雷達(dá)站的建設(shè)最適合在近場(chǎng)區(qū)域建設(shè)。對(duì)相關(guān)維護(hù)人員而言，該安全區(qū)域也能避免對(duì)維護(hù)人員造成傷害。電磁輻射在16 m以內(nèi)的高度范圍內(nèi)，不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生相應(yīng)危害。而對(duì)于民航二次雷達(dá)系統(tǒng)的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域而言，隨著距離的不斷增加，電磁輻射的功率密度會(huì)隨著高度的增加而逐漸減小，所以一定高度以上的范圍是安全的輻射區(qū)域。

3.2 二次雷達(dá)系統(tǒng)電磁環(huán)境相關(guān)污染防護(hù)措施

雷達(dá)站在空中交通管制工作中是重點(diǎn)的管理區(qū)域。雷達(dá)站的建設(shè)是保證飛機(jī)飛行安全及促進(jìn)民航事業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。所以，在雷達(dá)站建設(shè)中，需要對(duì)民航二次雷達(dá)系統(tǒng)的電磁環(huán)境進(jìn)行實(shí)際分析，對(duì)雷達(dá)站建設(shè)對(duì)周?chē)姶怒h(huán)境的影響進(jìn)行相應(yīng)分析，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的污染防治。

（1）對(duì)空管雷達(dá)站的建設(shè)地址要進(jìn)行科學(xué)合理選擇。該建設(shè)地址需要考慮航路以及機(jī)場(chǎng)其他發(fā)展要求，且該建設(shè)地址的電磁環(huán)境要達(dá)到良好，同時(shí)能夠很好地進(jìn)行控制，不會(huì)對(duì)機(jī)場(chǎng)周?chē)h(huán)境造成相應(yīng)影響。

（2）民航相關(guān)部門(mén)要不斷完善電磁輻射環(huán)境的相關(guān)管理制度，安排專業(yè)的管理人員落實(shí)好相應(yīng)的電磁輻射管理制度，同時(shí)在不斷的實(shí)踐應(yīng)用中健全管理制度，將電磁輻射管理歸納到民航的管理體系中。

（3）相關(guān)管理部門(mén)要定期檢查維修雷達(dá)站，保證民航雷達(dá)站的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)能夠達(dá)到相應(yīng)要求，確定好相應(yīng)的電磁環(huán)境安全區(qū)域范圍，保證民航能夠安全運(yùn)行。

4 結(jié) 論

在對(duì)民航二次雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行電磁環(huán)境安全評(píng)估分析探討時(shí)，需要全面考慮民航的實(shí)際運(yùn)行情況，利用相應(yīng)的計(jì)算公式進(jìn)行科學(xué)合理計(jì)算，從而為進(jìn)行有源干擾的排查以及分析奠定良好的基礎(chǔ)?？梢酝ㄟ^(guò)應(yīng)用相應(yīng)的抗干擾措施確保民航雷達(dá)站的正常電磁安全區(qū)域，從而保障民航飛機(jī)飛行的安全。