民航GPS導(dǎo)航和塔臺(tái)地空通信的干擾排查與分析

王懷梅

摘要：GPS導(dǎo)航是美國(guó)在陸地、海洋和空中共同開(kāi)發(fā)的，主要在大陸、大海和空中這三個(gè)主要范圍提供整天實(shí)時(shí)全球?qū)Ш?。這項(xiàng)技術(shù)被廣泛使用，特別是在航空企業(yè)。當(dāng)局不斷收到和航空公司干擾的相關(guān)投訴，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)沒(méi)有辦法通過(guò)衛(wèi)星接受到定位信息，被判定為是飛行安全的一個(gè)重大隱患。機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)地對(duì)空通信系統(tǒng)也受到了干擾，收發(fā)器產(chǎn)生持續(xù)噪音，雙方聲音混亂，影響控制和地對(duì)空傳輸。面對(duì)這一問(wèn)題，當(dāng)局決定下派工作人員到航空機(jī)場(chǎng)旁邊調(diào)查的電磁環(huán)境，以檢測(cè)并消除干擾源。

關(guān)鍵詞：干擾;民航;GPS導(dǎo)航;塔臺(tái)

引言：某機(jī)場(chǎng)于2009年9月接到多起民航投訴，稱跑道和著陸區(qū)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)中斷，校飛起降后恢復(fù)航班。沒(méi)有辦法接收衛(wèi)星導(dǎo)航或者位置的信息，這極大影響了飛行過(guò)程的安全。機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)地空通信系統(tǒng)中斷加上出現(xiàn)了收發(fā)器噪聲，為了保障11月機(jī)場(chǎng)民航活動(dòng)正常開(kāi)展， 電力管理服務(wù)已經(jīng)進(jìn)入更好地了解干擾狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)場(chǎng)周圍的電力環(huán)境，并使用電子矢量地圖讀取國(guó)家環(huán)境?？梢詸z測(cè)信號(hào)，并迅速建立了監(jiān)視小分隊(duì)，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)并架設(shè)了消防空中通信設(shè)備。

1排查GPS導(dǎo)航系統(tǒng)干擾

機(jī)場(chǎng)的一名乘務(wù)員報(bào)告說(shuō)，當(dāng) 2009 年 8 月至 9 月機(jī)場(chǎng)恢復(fù)民用航班時(shí)，地面盲著陸平臺(tái)和滑行 GPS 接收器不可用。通過(guò)衛(wèi)星接收導(dǎo)航和位置信息，不可能在起飛和降落區(qū)域放置航班并直行。民航學(xué)院飛行 GPS 接收器接收 F1 MHz、F2 MHz 和 F3 MHz 的頻率。首先，偵查小隊(duì)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，在機(jī)場(chǎng)跑道的多個(gè)位置接收GPS信息，并使用專用的GPS導(dǎo)航儀和學(xué)校GPS接收器搜索識(shí)別衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航。個(gè)人GPS導(dǎo)航儀可以正常搜索和發(fā)現(xiàn)10個(gè)衛(wèi)星信號(hào)，但學(xué)校飛行GPS接收器不能搜索和發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)。出機(jī)場(chǎng)線路對(duì)比表明，這兩種設(shè)備都可準(zhǔn)確地識(shí)別和識(shí)別來(lái)自導(dǎo)航衛(wèi)星的信號(hào)。首先，得出干擾范圍在機(jī)場(chǎng)范圍內(nèi)的結(jié)論。于是決定與學(xué)校交換意見(jiàn)，使用塔的 GPS 衛(wèi)星信號(hào)執(zhí)行電磁環(huán)境測(cè)試以進(jìn)行徹底分析。塔內(nèi)安裝衛(wèi)星天線，連接40dB低噪聲放大器，使用Agilent E4407B頻譜分析儀和Anritsu MS2721B便攜式頻譜分析儀測(cè)試和分析多頻段全向電磁環(huán)境。中心頻率設(shè)置為XXMHz，跨度設(shè)置從20MHz逐漸增加到1G。 XXMHz 處出現(xiàn)一個(gè)長(zhǎng)而異常連續(xù)信號(hào)（見(jiàn)圖 1 中標(biāo)記 1）。改變衛(wèi)星天線方向。當(dāng)天線指向西南時(shí)，異常長(zhǎng)且連續(xù)的信號(hào)電平達(dá)到較高值（-33dBm）（見(jiàn)圖 2中7684標(biāo)記 4）。

高頻信號(hào)強(qiáng)，指向性清晰，于是立即帶了一個(gè)便攜式頻譜分析儀和一個(gè)Anritsu M S2721B定向天線，當(dāng)偵查小隊(duì)徒步行走發(fā)現(xiàn)了XX MH z信號(hào)，在200 MHz那里找到雜散的信號(hào)（見(jiàn)圖 3）。在機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)西南的警署大樓，信號(hào)水平達(dá)到-31 dBm，公共移動(dòng)基站在下方清晰可見(jiàn)。偵查小隊(duì)到達(dá)屋頂，并與當(dāng)?shù)鼐肢@取得聯(lián)系。此時(shí)安立便攜式頻譜分析儀的電平值達(dá)到-29 dBm，安裝的八木定向天線中繼器指向機(jī)場(chǎng)跑道時(shí)，工作頻率范圍是F1 GPS衛(wèi)星的信號(hào)覆蓋范圍。鐵板用于在飛行中保護(hù)天線，但當(dāng)天線被遮住的時(shí)候，學(xué)校 GPS 接收器可在跑道、盲點(diǎn)、塔臺(tái)等處接收信號(hào)，于是找到了鐵板并將其取下用于復(fù)現(xiàn)干擾現(xiàn)象。無(wú)線電管理處處長(zhǎng)立即與相關(guān)企業(yè)聯(lián)系，要求立即確認(rèn)公安局中繼站施主天線及周邊基礎(chǔ)設(shè)施的管理情況。調(diào)整站臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行配置參數(shù)，可避免這種干擾現(xiàn)象。

2排除塔內(nèi)地空通信設(shè)備故障

空軍指揮調(diào)度人員在當(dāng)天下午通報(bào)， A1MHz和A2MHz是飛行情報(bào)服務(wù)使用的單頻對(duì)講系統(tǒng)頻率，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一段干擾。干擾信號(hào)微弱，傳輸時(shí)間短，發(fā)生概率低，調(diào)查難度大。監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)音頻表示，音頻內(nèi)容與民空管對(duì)話內(nèi)容相似。 因此，我們立即開(kāi)始了塔式調(diào)諧對(duì)比測(cè)試，將 EB200 接收器連接到新的全向天線。 調(diào)整接收頻率為A1MHz和A2MHz。EB200 接收器在無(wú)干擾的情況下調(diào)整相同的頻率。 如果多臺(tái)接收機(jī)連接到塔的原接收天線上，則不會(huì)產(chǎn)生干擾。偵查小隊(duì)決定現(xiàn)場(chǎng)觀察機(jī)場(chǎng)周邊范圍，發(fā)射天線連接并將其連接到 Agilent E4438C 矢量信號(hào)發(fā)射器。分別發(fā)送兩個(gè)調(diào)制無(wú)線電信號(hào) AMA1 或 A2MHz。使用塔地空通信系統(tǒng)時(shí)，干擾噪聲非常清晰明顯。三階互調(diào)信號(hào)的計(jì)算過(guò)程如下：三 階 互 調(diào) 信 號(hào) 頻 率 ， ，其中M，。則M，M。接收機(jī)的最小接收帶寬為50 kHz，信號(hào)頻率af和bf接近接收機(jī)A1和A2的工作頻率，造成三階互調(diào)干擾。之后，給塔臺(tái)人員換專業(yè)的高頻天線的建議，用更好的電源與屏蔽線再次安裝，不要采用之前的塔臺(tái)接收機(jī)修改工作頻率。 更新天饋線之后，噪聲干擾現(xiàn)象會(huì)得到了改進(jìn)。

3GPS接收機(jī)干擾原因分析

GPS 是使用 24 顆繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星來(lái)準(zhǔn)確計(jì)算用戶的位置。衛(wèi)星總是將自己的星歷數(shù)據(jù)和時(shí)間信息發(fā)送出去。 當(dāng)飛行校準(zhǔn) GPS 接收器得到到信號(hào)之后，可以檢測(cè)出飛行器的定位坐標(biāo)、前進(jìn)方位、速度。擴(kuò)頻信號(hào)被衛(wèi)星發(fā)射出來(lái)，原子鐘主要是控制定位精度，產(chǎn)生L波段基頻C1MHz。消除電離層屈光不正的頻率是154、120、115。推導(dǎo)出由和衛(wèi)星發(fā)射的三個(gè)信號(hào)載波頻率 F1、F2、F3：F1 = C1M Hz × 154，F(xiàn)2 = C1MHz × 120，F(xiàn)3 = C1MHz × 115。直放站施主天線方向性強(qiáng)，面向相對(duì)應(yīng)的基站小區(qū)，把來(lái)自基站的下行信號(hào)接收且擴(kuò)大，通過(guò)重傳天線發(fā)送給移動(dòng)臺(tái)，移動(dòng)上行信號(hào)被放大之后發(fā)送。來(lái)自施主天線的信號(hào)傳輸，具有穩(wěn)定的空間路線以及相對(duì)而言比較窄的區(qū)域。在路線外或者遠(yuǎn)離路線的地方接受到微弱的信號(hào)，可以使用低噪聲放大器和定向衛(wèi)星天線在單點(diǎn)測(cè)量方向，并沿著方向感測(cè)線逐步定位干擾源。

總結(jié)

通過(guò)把民航機(jī)場(chǎng)周圍的廣播電臺(tái)信息進(jìn)一步完善，能夠降低搜索干擾源的不可見(jiàn)性，極大減少的調(diào)研時(shí)間的花費(fèi)。干擾看起來(lái)只是一個(gè)技術(shù)任務(wù)，但實(shí)際上，歷史信息的組合，是經(jīng)過(guò)積極的溝通和協(xié)商、綜合的臺(tái)站數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)，現(xiàn)象和來(lái)源進(jìn)行的。理論上可以猜到位置，尋找干擾源的繁瑣工作也大大減少。

參考文獻(xiàn)：

[1]喬廣軍.GPS導(dǎo)航系統(tǒng)在民航應(yīng)用中存在的干擾分析及對(duì)策[J].中國(guó)新通信，2013，15（03）：64.