天津甚高頻地空通信抗干擾處置方案研究與實施

□ 民航天津空管分局 祝軍 韓丹 趙婷婷/文

甚高頻通信系統(tǒng)是管制人員實施空中交通管制的核心系統(tǒng)之一，其通話質(zhì)量、穩(wěn)定性及可靠性直接關(guān)系到民航飛行安全。由于甚高頻通信方式的特點、信道需求的增加、以及機場附近中低空電磁環(huán)境的日益復(fù)雜，甚高頻通信信號面臨著更加嚴(yán)峻的電磁波干擾，嚴(yán)重影響了飛機與地面指揮之間的通信。甚高頻通信干擾已成為影響飛行安全的重要因素之一。

近年來，天津空管分局某甚高頻系統(tǒng)在雷雨季節(jié)發(fā)生多起類似的無線電干擾事件，嚴(yán)重影響到管制指揮。本文針對該案例，通過自主調(diào)查和研究，分析了該系統(tǒng)可能產(chǎn)生干擾的因素，最終提出了可行的解決方案并予以實施。

干擾現(xiàn)象

民航天津空管分局東區(qū)航管樓塔臺16信道甚高頻天線共用系統(tǒng)自2015年6月投產(chǎn)運行以來，多次發(fā)生陣發(fā)性全信道頻率干擾事件。每次發(fā)生干擾時接收機接收到嘯叫雜亂的干擾音而無有用信號音，背景噪音明顯，以致該系統(tǒng)完全無法使用，而航管樓機房的甚高頻設(shè)備、同頻異址的備份甚高頻臺站設(shè)備接收效果良好。設(shè)備保障部門對此進行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計，包括干擾發(fā)生時的天氣狀況、受干擾情況類型、干擾時長，雷雨（雷電）強弱和持續(xù)時間等詳細(xì)信息。干擾數(shù)據(jù)顯示，該現(xiàn)象均發(fā)生在雷雨前夕或雷雨中，無明顯規(guī)律，每次持續(xù)時長不等，約5～15分鐘，但是雷雨時不一定出現(xiàn)。

干擾類型

從干擾源的產(chǎn)生機理來看，對民航地空通信影響較大的干擾有同頻干擾、互調(diào)干擾、雜散輻射干擾和阻塞干擾四種類型，而比較嚴(yán)重的是同頻干擾和互調(diào)干擾?；フ{(diào)干擾由傳輸信道中的非線性電路產(chǎn)生，主要分為接收機互調(diào)、發(fā)射機互調(diào)和外部互調(diào)。由于干擾現(xiàn)象發(fā)生在雷雨天氣，且為全信道干擾，因而首先以互調(diào)干擾作為排查的切入點，如對此的排查與處置未予以解決，再對其他可能的干擾類型進行排查與研究。

甚高頻接收機非常靈敏，當(dāng)兩個或多個強干擾信號同時饋入接收機時，經(jīng)過具有寬頻帶特性接收機的高放電路和混頻器的非線性作用而產(chǎn)生信號的組合頻率，即發(fā)生接收機互調(diào)干擾。

發(fā)射機互調(diào)是由于在同一個地點設(shè)置了多部發(fā)射機，一部分發(fā)射機信號通過電磁耦合或由其他途徑竄入其他發(fā)射機中，并在該發(fā)射機的輸出信號中發(fā)生互調(diào)，產(chǎn)生新的組合頻率信號與有用信號一起發(fā)射出去，從而對鄰近的接收機形成干擾?？赡苡捎诨咎炀€之間、天線共用設(shè)備之間的隔離度不夠，或前級串?dāng)_等原因?qū)е隆?/p>

外部互調(diào)干擾是由于強電磁場內(nèi)，天線、饋線等構(gòu)建連接處的金屬—氧化物—金屬呈現(xiàn)非線性，兩個以上的信號在這些非線性接頭處混頻形成了外部互調(diào)。在甚高頻系統(tǒng)中，如果射頻信號在天饋線傳輸?shù)倪^程中接頭接觸或屏蔽不好，并在強射頻電場中進行檢波，就會產(chǎn)生外部互調(diào)干擾。其特點是產(chǎn)生條件復(fù)雜，隨天氣而變化，同時受溫濕度影響大。

干擾排查

（一）系統(tǒng)基本情況

該系統(tǒng)工作頻率范圍在118.000MHz至136.975MHz，接收天線安裝于塔臺頂部，采用4根共用天線；接收機安裝于塔臺維修環(huán)機房。我們先對設(shè)備本身及其運行環(huán)境進行自查。

（二）初步排查處置

干擾發(fā)生后，技術(shù)保障部門檢查設(shè)備，未發(fā)現(xiàn)異常，立即將干擾情況上報，并從日常預(yù)防性維護、臺站周邊環(huán)境檢查、雷電防護檢查、塔臺頂部電磁環(huán)境測試等方面進行了排查：

1.半年維護時，組織了對腔體濾波器和隔離器的性能測試與調(diào)整，維護后腔體濾波器鄰道衰減超過60dB，隔離器的反向衰減超過45dB，理論上，可過濾掉大部分干擾信號。

2.使用干擾分析儀對塔臺頂部周邊電磁環(huán)境進行測試，未發(fā)現(xiàn)干擾源。

3.檢測塔臺頂部接地電阻1～1.2歐姆，天饋線及SPD均正常；同時，對塔臺頂部裸露生銹的金屬部位進行防銹漆防腐處理。

4.對塔臺頂部的航空障礙燈進行電磁外泄檢測，確認(rèn)與其無關(guān)。

（三）設(shè)備測試

為進一步判斷產(chǎn)生干擾的原因，對塔臺16信道VHF設(shè)備進行了拆分測試。將其中4信道接收機設(shè)備以及天線分別移至航管樓三樓機房和航管樓樓頂，用以4信道設(shè)備和12信道設(shè)備在出現(xiàn)干擾時進行比對。經(jīng)持續(xù)觀測，4信道甚高頻設(shè)備從塔臺移位到航管樓后效果明顯，未再出現(xiàn)上述干擾現(xiàn)象，但留在塔臺的12信道甚高頻設(shè)備仍然會發(fā)生全信道嚴(yán)重干擾。由此判斷，干擾現(xiàn)象與接收機及天線的位置、高度及安裝工藝有一定的相關(guān)性。

（四）甚高頻設(shè)施設(shè)備雷電防護系統(tǒng)排查

由于干擾現(xiàn)象與雷雨天氣密切相關(guān)，故重點對塔臺建筑的接地系統(tǒng)和甚高頻設(shè)備設(shè)施的雷電防護進行了排查，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研，發(fā)現(xiàn)以下問題：

1.天饋系統(tǒng)電涌保護缺失。一是塔臺頂部設(shè)備天線設(shè)置集中，電磁環(huán)境復(fù)雜，易發(fā)生互調(diào)干擾和外部電磁環(huán)境背景噪音干擾。二是饋線無屏蔽防護。如出現(xiàn)雷擊電磁脈沖或空間電磁場發(fā)生變化，外部電磁脈沖易通過長導(dǎo)體耦合干擾接收機。

2.甚高頻接地系統(tǒng)存在缺陷。一是塔臺維修環(huán)機房接收機及天饋線接地直接利用塔臺建筑物預(yù)留扁鋼接地，并與直擊雷接地系統(tǒng)等電位，銅鐵接地連接不良。雷擊電流和雷擊電磁脈沖易通過地線產(chǎn)生接地干擾。二是塔臺頂部各種設(shè)備接地均連接于基礎(chǔ)鋼筋網(wǎng)，該網(wǎng)與接地扁鋼形成接地平面，諧波干擾較大，易造成電磁信號的反射干擾。

3.設(shè)備電源的電磁脈沖防護未考慮甚高頻設(shè)備的抗擾度。

4.共用天線和射頻電路中部分金屬接頭接觸不良，易產(chǎn)生互調(diào)干擾。發(fā)射機與接收機的通信線纜保護，如接地、屏蔽、浪涌防護等情況存在待進一步核查。

5.臨近電子設(shè)備對甚高頻設(shè)備是否有影響或存在電磁外泄等問題待進一步測試分析。

抗干擾處置方案與實施

為了解決該甚高頻臺站接收機的干擾問題，經(jīng)過反復(fù)研討，對東區(qū)航管樓塔臺建筑的接地系統(tǒng)和甚高頻設(shè)備防雷設(shè)施制定了如下的改造方案：

1.針對問題一，首先測量天線距離塔臺平面的相對高度，并與各電臺計算的對應(yīng)頻率波長進行比較。依據(jù)公式C＝λf，頻率118MHz～130MHz對應(yīng)的波長范圍為（2.54，2.30）米，相對高度要避開1/4λ，即避開（0.57，0.63）米及其倍數(shù)區(qū)間范圍。根據(jù)實際環(huán)境選取相對高度范圍為（0.63，1.14）米。二是整理饋線，敷設(shè)金屬橋架對線纜進行屏蔽，對橋架外的通信線纜用金屬箔帶纏繞屏蔽，并與橋架做等電位連接。三是橋架安裝固定時進一步做屋面防水、頂部防風(fēng)加固及防腐處理。四是橋架接地與塔臺頂部金屬預(yù)留扁鋼等電位連接。

2.針對問題二，斷開天線、饋線、接收機與塔臺建筑物預(yù)留扁鋼之間的接地連接，從塔臺下部總等電位匯集板引出兩根設(shè)備屏蔽接地線纜，通過塔身的電纜橋架分別敷設(shè)至維修環(huán)接收機房與塔臺頂部的設(shè)備接匯集銅板，同時，用絕緣子分別固定設(shè)備等電位接匯集銅板。

3.針對問題三，對維修環(huán)接收機電源采取電磁脈沖防護措施。在三個接收機柜的電源進線處設(shè)置多級集成式電源防護箱，以滿足甚高頻電子設(shè)備的抗擾度防護要求。

4.針對問題四，全面檢查發(fā)射機和接收機的通信線纜接地、屏蔽、浪涌防護設(shè)置，改進安裝工藝，核查設(shè)備支路中各金屬接頭接觸情況，對連接不良或銹蝕的裝置進行處理，避免互調(diào)干擾。

5.采取以上措施后，經(jīng)持續(xù)觀察，類似干擾問題未再出現(xiàn)，驗證了本方案的有效性。

結(jié)束語：

甚高頻地空通信干擾影響了話音通信質(zhì)量，嚴(yán)重時甚至影響正常的航班飛行。針對特定的干擾現(xiàn)象展開分析與研究，并采取必要的措施避免問題重復(fù)出現(xiàn)。甚高頻設(shè)備的干擾排查需從設(shè)備自身、電磁環(huán)境變化、雷電防護等多方面綜合考慮。此外，新建時，應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃配套防雷設(shè)施，綜合雷電環(huán)境和設(shè)施特點，確定防護等級和通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施設(shè)備方案，確保新增設(shè)施設(shè)備投入使用時臺站與機房的綜合防雷體系完整。防雷設(shè)施的定期檢測與維護應(yīng)納入日常維護管理，提高通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)備，提升人員的雷電防護意識與專業(yè)技能是應(yīng)對、預(yù)防雷電干擾的有效手段。