電氣化鐵路影響下二次雷達(dá)的電磁環(huán)境評估分析

韓丹 蔣豪

摘要：為探究電氣化鐵路對二次雷達(dá)的電磁環(huán)境影響程度。分析了二次雷達(dá)的電磁環(huán)境要求;對動車的錨段關(guān)節(jié)、牽變所、分區(qū)所等典型位置，利用電磁干擾接收機(jī)進(jìn)行點(diǎn)頻測試，得到了其在二次雷達(dá)下行工作頻率下的電磁輻射特性;應(yīng)用電磁傳播理論，以電氣化鐵路垂直穿越航空器下滑道為例，理論分析了典型位置電磁輻射對二次雷達(dá)的影響。根據(jù)GB 6364航向信標(biāo)防護(hù)率要求，結(jié)合典型位置實(shí)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行了電磁兼容預(yù)測。結(jié)果表明：當(dāng)電氣化鐵路滿足二次雷達(dá)場地保護(hù)要求時，電氣化鐵路不會影響二次雷達(dá)的正常工作。研究結(jié)果能給電氣化鐵路和民用航空機(jī)場區(qū)域的電磁兼容問題提供建議和數(shù)據(jù)支撐。

Abstract： To explore the degree of influence of electrified railway on the electromagnetic environment of Secondary Surveillance Radar， the electromagnetic environment requirements of the Secondary Surveillance Radar are analyzed. For the typical positions such as overlap， traction substation and section post， the electromagnetic frequency interference receiver is used for the point frequency test， and the electromagnetic radiation characteristics of the Secondary Surveillance Radar operating frequency are obtained. Using electromagnetic propagation theory， taking the electrified railway vertically through the aircraft glide path as an example， the theoretical analysis of the influence of typical position electromagnetic radiation on the Secondary Surveillance Radar is conducted. According to the GB 6364 localizer protection rate requirement， combined with the measured data of the typical position， the electromagnetic compatibility prediction was carried out. The results show that when the electrified railway meets the requirements of Secondary Surveillance Radar site protection， the electrified railway will not affect the normal operation of the Secondary Surveillance Radar. The findings provide advice and data support for electromagnetic compatibility issues in electrified railway and civil aviation airport areas.

關(guān)鍵詞：二次雷達(dá);電氣化鐵路;輻射特性;電磁環(huán)境

Key words： Secondary Surveillance Radar;electrified railway;radiation characteristics;electromagnetic environment

中圖分類號：V241.62;V242 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）12-0152-03

0 ?引言

近年來，民航運(yùn)輸快速發(fā)展，多地通過新建機(jī)場及擴(kuò)建機(jī)場等方式促進(jìn)運(yùn)輸能力和效率的提升;此外，隨著交通網(wǎng)的逐漸完善，越來越多的電氣化鐵路進(jìn)入機(jī)場，機(jī)場由過去的單一式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榇笮偷木C合運(yùn)輸樞紐，乘客可在機(jī)場區(qū)域換乘鐵路[1]，像虹橋機(jī)場、雙流機(jī)場等。

電氣化鐵路上的電子電氣設(shè)備重多，在交流傳動電力機(jī)車上裝有大功率的牽引變流裝置，促使電壓和電流的變化率較大，勢必會產(chǎn)生諧波。在電氣化鐵路和機(jī)場并存的環(huán)境中，極有可能對飛機(jī)的導(dǎo)航設(shè)備的正常工作產(chǎn)生影響，影響飛行安全。當(dāng)下，機(jī)場的運(yùn)行離不開二次雷達(dá)的保障。因此，評估電氣化鐵路影響下二次雷達(dá)的電磁環(huán)境，以進(jìn)一步保障雷達(dá)的正常運(yùn)行，保障飛行安全顯得尤為重要。

1 ?電氣化鐵路

電力牽引供電系統(tǒng)為電氣化鐵路提供動能。牽引供電系統(tǒng)由牽引變電所和接觸網(wǎng)兩部分組成。牽引變電所對高壓交流電進(jìn)行降壓傳輸至鐵路軌道上空的接觸網(wǎng)上，接觸網(wǎng)在鋼軌上呈“之”字型假設(shè)，供受電弓取流。

目前主要有兩種供電技術(shù)，分別是BT供電模式的供變電技術(shù)和SF6自耦變電器[2]。被廣泛采用的是第二種供電方式，又稱為AT供電方式。AT供電方式下對外發(fā)射的主要干擾源有高壓運(yùn)輸線、錨段關(guān)節(jié)、牽變所、AT所[3]。

2 ?二次雷達(dá)電磁防護(hù)要求

二次雷達(dá)是高精度的近程脈沖（時間）測距/測向系統(tǒng)，作為作終端區(qū)和高密度陸地空域的監(jiān)視使用。其工作在L波段，上行工作頻率1030MHz，下行工作頻率1090MHz，分為地面雷達(dá)設(shè)備和航空器應(yīng)答機(jī)兩部分，雷達(dá)和航空器通過問答方式獲取航空器呼號、二次代碼、距離、方位角和高度信息，二次雷達(dá)干擾分析只考慮下行工作頻率。

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》[4]中對雷達(dá)臺站（近/遠(yuǎn)程一次監(jiān)視雷達(dá)、二次監(jiān)視雷達(dá)）與干擾源和障礙物的防護(hù)間距作出了要求，詳見表1。即二次雷達(dá)與電氣化鐵路的平面防護(hù)間距應(yīng)不小于700m。

除此以外，還需分析電氣化鐵路給二次雷達(dá)的帶來的電磁干擾問題。目前，尚未有專門適用于民航雷達(dá)的電磁環(huán)境防護(hù)要求，因此以GB13618-92《對空情報(bào)雷達(dá)電磁環(huán)境防護(hù)要求》[5][6]作為正確處理電氣化鐵路與空管二次雷達(dá)站之間電磁兼容問題的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

為保證二次雷達(dá)能接收航空器應(yīng)答機(jī)反饋的應(yīng)答信號，那么電氣化鐵路對下行頻率1090MHz的干擾場強(qiáng)衰減到空管二次雷達(dá)接收天線處時，應(yīng)小于二次雷達(dá)的最大容許干擾場強(qiáng)。GB13618-92中規(guī)定雷達(dá)接收機(jī)輸入端最大容許電壓為：

其中，Es即電氣化鐵路產(chǎn)生的干擾信號輻射至二次雷達(dá)接收站處的干擾場強(qiáng)。

3 ?算例分析與仿真

本文采用國內(nèi)某機(jī)場擬建電氣化鐵路實(shí)例，對電氣化鐵路對二次雷達(dá)的電磁環(huán)境影響進(jìn)行分析。如圖1所示，電氣化鐵路垂直于跑道延長線，交點(diǎn)記為A，電氣化鐵路A點(diǎn)距二次雷達(dá)的直線距離為4276m。

3.1 計(jì)算分析

結(jié)合表1，將電氣化鐵路作為干擾源，電氣化鐵路與二次雷達(dá)的直線距離為4276m，大于700m的防護(hù)要求，可以得到電氣化鐵路滿足二次雷達(dá)的場地保護(hù)要求。

為保障二次雷達(dá)正常工作，分析電氣化鐵路對雷達(dá)電磁環(huán)境的影響。

根據(jù)式（2），二次雷達(dá)下行接收頻率f為1090MHz，雷達(dá)天線增益G，雷達(dá)接收輸入阻抗Z為50Ω，雷達(dá)天饋系統(tǒng)損耗L為4dB;參考國家標(biāo)準(zhǔn)GB13618-92，電氣化鐵路的準(zhǔn)峰值場強(qiáng)與峰值場強(qiáng)分貝數(shù)之差ΔEgp為-13dB;可以得到二次雷達(dá)最大允許干擾場強(qiáng)Ejpmax為25.15dBμV/m。

那么，對于公式（3）有Es<25.15，即電氣化鐵路產(chǎn)生的干擾信號輻射至二次雷達(dá)處的干擾場強(qiáng)Es小于25.25dBμV/m，這種情況下電氣化鐵路對二次雷達(dá)的正常工作不會造成影響。

為詳細(xì)分析Es大小，選取錨段關(guān)節(jié)、牽變所、AT所等典型位置，采用R&S公司的ESCI接收機(jī)，在距干擾源30m處，采用峰值[7]檢波方式，分列車牽引和制動兩種情況對電氣化鐵路產(chǎn)生的干擾信號進(jìn)行分析。測試所得數(shù)據(jù)見表2。

參照表2數(shù)據(jù)，利用對不同干擾源的測試數(shù)據(jù)，分別得到列車制動和牽引兩種不同的狀態(tài)下，各典型位置干擾源距二次雷達(dá)距離H和干擾源在雷達(dá)位置處的干擾場強(qiáng)E之間的關(guān)系。圖2為干擾源為錨段關(guān)節(jié)（或牽變所）列車制動下H和E的關(guān)系;圖3為干擾源為分區(qū)所時列車牽引下H和E的關(guān)系。

結(jié)合表4中的測試數(shù)據(jù)，對照圖2、3的曲線可以看出：結(jié)合目前的場地規(guī)范要求，當(dāng)電氣化鐵路滿足二次雷達(dá)場地保護(hù)要求時，可以忽略電氣化鐵路對二次雷達(dá)正常工作造成的干擾影響。

4 ?總結(jié)

隨著機(jī)場不斷地朝大型機(jī)場綜合運(yùn)輸樞紐轉(zhuǎn)變，越來越多的電氣化鐵路進(jìn)入機(jī)場區(qū)域范圍，勢必會造成機(jī)場區(qū)域范圍頻譜增多，對飛機(jī)的起飛和著陸的安全性產(chǎn)生影響。論文主要對電氣化鐵路對二次雷達(dá)的下行工作影響程度進(jìn)行了分析，以期為電氣化鐵路能夠順利引入機(jī)場區(qū)域作參考和支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉志勇，劉引川，朱峰，等.弓網(wǎng)離線電弧對機(jī)場ADS-B地面站系統(tǒng)電磁騷擾測試與分析[J].北京：電子測量與儀器學(xué)報(bào)， 2018，32（02）：56-61.

[2]任崇巍，譚韌斯.探究電氣化鐵道供電系統(tǒng)新技術(shù)的發(fā)展[J].電氣時代，2019（01）：82-83.

[3]鄒杰.淺談電氣化鐵路對儀表著陸系統(tǒng)的干擾影響[J].太原：科技與創(chuàng)新，2017（21）：26-27.

[4]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].

[5]GB13618-92，對空情報(bào)雷達(dá)電磁環(huán)境防護(hù)要求[S].

[6]韓丹，蔣豪，楊曉嘉.民航雷達(dá)電磁環(huán)境評估方法[J].電訊技術(shù)，2016，56（05）：585-590.

[7]GB 24338-2-2011/IEC 62236-2：2003：軌道交通電磁兼容第 2 部分：整個軌道系統(tǒng)對外界的發(fā)射[S].