城際鐵路對機場導航臺站的電磁影響分析研究

劉慧中

摘 要：研究目的：隨著城際鐵路建設的蓬勃發(fā)展，城際鐵路、地鐵、航空港無障礙換乘成為一種趨勢，然而電氣化鐵路對機場導航臺站等電磁敏感設施的干擾影響日漸突出，成為鐵路進入空港的重要制約因素，如何在鐵路建設的前期做好電磁兼容分析預測，對線路方案設計具有指導意義。文章結合蘭州至中川機場鐵路工程建設中所遇到的實際問題，提出了電氣化鐵路與機場中波導航臺、儀表著陸系統等的電磁兼容預測分析方法，從而為城際鐵路選線的安全性、合理性、可行性提供技術依據。研究方法：根據理論建模，經過計算，分析預測電磁影響的情況，為設計方案選擇提供依據。

關鍵詞：城際鐵路；導航臺站；電磁影響

1 導航臺站電磁環(huán)境評價標準及要求

新建蘭州至中川機場鐵路為電氣化鐵路，采用交流50Hz單相供電制式，供電電壓為27.5kV，速度目標值分別為160km/h。鐵路線路走向與蘭州中川機場主跑道基本平行，間距約800m。機場導航設施包括短波收發(fā)信臺、中波導航臺（NDB）以及儀表著陸系統（ILS：地面航向信標臺、下滑信標臺、指點信標臺，以及飛機上相應的接收機和顯示設備組成）。

本次研究根據《航空無線電導航臺站電磁環(huán)境要求》（GB6364-86）、《對空情報雷達站電磁環(huán)境防護要求》（GB13618-92）的相關標準，并參照MH/T4003-1996《航空無線電導航臺和空中交通管制雷達站設置場地規(guī)范》中的有關規(guī)定，通過理論分析計算，確定滿足電氣化鐵路與機場導航設施的電磁兼容最佳方案，避免鐵路選線不能滿足與機場無障礙銜接的需要或者對機場導航設施搬遷。

2 電磁環(huán)境影響評價

電氣化鐵路對儀表著陸系統電磁干擾可分為無源干擾和有源干擾。無源干擾是指電氣化鐵路的金屬導體對儀表著陸系統發(fā)出的信號產生反射，有可能引起信號場畸變，導致航道偏移。有源干擾主要是指電力機車在行駛過程中由受電弓離線產生電火花而引起的脈沖無線電干擾。在飛機航行或著陸過程中，機載導航接收設備在接收導航臺站發(fā)出的信號場強的同時，也會接收到同頻率的環(huán)境電磁干擾場強，當信號場強與干擾場強的比值不能滿足防護標準的要求時，就可能影響機載導航設備的正常工作。判斷電氣化鐵路是否對儀表著陸系統產生無源或有源干擾，可依據國標GB6364-86《航空無線電導航臺站電磁環(huán)境要求》4中航向信標臺、下滑信標臺、指點信標臺場地保護要求進行。除了按標準指導材料理論計算外，還應作多種方案預測，確保在機場附近修建的鐵路不會影響機場儀表著陸系統的正常工作。

蘭州中川機場設施分布如圖1所示，從北到南依次為北近/中指臺、北航向臺、北下滑臺、DVOR/DME、南下滑臺/測距儀臺、南航向臺、南近/中指臺。

2.1 南近導航臺/指點信標臺及南航向信標臺電磁影響分析

2.1.1 無源干擾分析。中波導航臺對電氣化鐵路的允許安全距離是150m，現狀距離為750m，不存在無源干擾。指點信標臺保護區(qū)內沒有超出以地網或天線陣最低單元為基準、垂直張角為20°的障礙物，不存在無源干擾。對于南航向臺，由于跑道延長線與鐵路走向基本呈平行關系，而且鐵路未進入天線前向±10°范圍內，因此南航向臺也不存在無源干擾。下滑信標臺距離為900m，遠離保護A區(qū)，符合機場場地要求，鐵路對下滑信標臺不構成無源干擾。

2.1.2 有源干擾分析。第一，南近導航臺在飛行區(qū)域的功率未知，其信號場強按規(guī)范要求最差的情況考慮即Es為42dB，根據原鐵道部與空軍聯合試驗組針對陽安線城固機場所做的試驗，得出的無線電干擾特性公式，當 f<30MHz時距鐵路10m處，電氣化鐵路干擾場強的頻率特性為：

E10（dBμV/m）=53.24-14.81Lgf（MHz） （1）

由于陽安線當時的車速是80km/h，而本線最高時速為160km/h，速度增加了160km/h。根據相關試驗實測得出數據，速度每增加10km/h電磁輻射增加0.4～0.6dB，我國的多次試驗結果大約為0.5dB左右。因此，按速度每增加10km/h電磁輻射強度增加0.5dB計算，則對（1）式增加一個4dB的修正量，即頻率特性為：

E10（dBμV/m）=53.24+4-14.81Lgf（MHz） （2）

參考歐洲標準EN50121-2《整個鐵路系統對外界的電磁輻射》中提出的橫向衰減計算方法，即：

EX（dBμV/m）=E10（dBμV/m）-20Lg[h（m）]，則

EX（dBμV/m）=57.24-14.81Lgf（MHz） -20Lg[h（m）]

取頻率f=700kHz，d=750m時，EX=22.03dBμV/m。

信噪比：Es-EX=42-22.03=19.97dBμV/m，大于15dBμV/m的防護率要求。

第二，指點信標臺覆蓋區(qū)內最低信號場強Es為64dBμV/m，工作頻率f=75MHz，f>30MHz，干擾場強的經驗公式為：

E10（dBμV/m）=61.46-10.46Lgf（MHz） （3）

EX（dBμV/m）=61.46-10.46Lgf（MHz）+4-20Lg[h（m）] （4）

則，EX=7.8dBμV/m

信噪比：Es-EX=64-7.8=56.2dBμV/m，遠遠大于23dBμV/m的防護率要求。

第三，航向信標臺覆蓋區(qū)內最低信號場強Es為32dBμV/m，工作頻率f=111.975MHz，d=800m，f>30MHz，根據公式（4）

EX=6.02dBμV/m

信噪比：Es-EX=32-6.02=25.98dBμV/m，大于20dBμV/m的防護率要求。

第四，下滑信標臺覆蓋區(qū)內最低信號場強Es為52dBμV/m，工作頻率f=335.4MHz，，d=900m，f>30MHz，根據公式（4）

EX=-0.0038dBμV/m

信噪比：Es-EX=52-（-0.0038）=52.0038dBμV/m，遠大于20dBμV/m的防護率要求。

由于北近導航臺/指點信標臺/北航向信標臺及北下滑信標臺距離鐵路的距離相對于南側分布的臺站更遠，因此鐵路更不會對其產生電磁干擾影響。

2.2 DVOR/DME（全向信標臺/測距臺）臺電磁影響分析

2.2.1 無源干擾分析。DVOR/DME（全向信標臺）距離鐵路1000m，無源干擾要求參考GB6364-86 5.7.4條：“360m以外架空金屬線纜的高度不應超過以天線頂部為準C=0.5°垂直張角”；DVOR/DME所處位置標高1919m，天線高度5m，DVOR/DME天線頂部標高h=1924m。鐵路線路所處位置標高1930m，蘭州至中川機場鐵路可行性研究本段線路采用特大橋方案與隧道方案比選，采用橋梁方案時，橋梁高度15m，接觸網回流線距離軌面5.7m，因此接觸網回流線的標高為H=1950.7m。根據GB6364-86 5.7.4條的要求，滿足DVOR/DME無源干擾條件應符合以下公式：

h+tgC*d>H，1924+tg0.5°*1000=1932<1950.7，不滿足GB6364-86 5.7.4的規(guī)定，線路采用橋梁方案時，鐵路線路及接觸網回流線DVOR/DME構成無源干擾。

2.2.2有源干擾分析。全向信標臺覆蓋區(qū)內最低信號場強Es為39dBμV/m，工作頻率f=117.975MHz，f>30MHz，根據公式（4）EX=-3.99dBμV/m

信噪比：Es-EX=39-（-3.99）=42.99dBμV/m，遠大于20dBμV/m的防護率要求。

測距臺覆蓋區(qū)內最低信號場強Es為63dBμV/m，工作頻率f=1215MHz，f>30MHz，根據公式（4）EX=-6.8dBμV/m

信噪比：Es-EX=63-（-6.8）=69.8dBμV/m，遠大于8dBμV/m的防護率要求。

3 結束語

綜上所述，本段線路采用橋梁方案時，電氣化鐵路接觸網回流線DVOR/DME構成無源干擾，不構成有源干擾，根據甘肅空管中心來函說明，本臺站為不可遷建臺站。

本線在初步設計階段結合蘭州中川機場擴建工程，以及地方政府空港與城際鐵路無障礙換乘的需求，要求本線中川機場站站位盡量靠近航站樓，因此本線線位需整體向跑道方向平移200米，本線線路將距離航站樓150m，航站樓設置有甚高頻地空通信系統、短波收發(fā)信臺，按照MH/T4001.1-2006《甚高頻地空通信地面系統第1部分：話音通信系統技術規(guī)范》8.2.2條“對電氣化鐵路的防護距離為300m”以及MH/T4002.1-1995《短波低空通信地面設備通用規(guī)范第1部分：波段單邊設備技術要求》4.4.1設置短波收發(fā)信臺電磁環(huán)境要求，按照1級臺站0.5-5KW短波收發(fā)信臺電磁防護要求2km的要求，均不滿足規(guī)范防護要求。

綜合考慮，蘭州至中川機場鐵路在進入機場前采用隧道方案均能滿足上述要求。

隨著我國鐵路客運專線和城際鐵路的建設，解決好電磁兼容問題將直接影響整個工程設計方案，因此根據實際情況對電磁兼容預測分析是十分重要的。本次研究的實測數據和測試方法，對同類項目的設計和實施，具有參考和借鑒意義。

參考文獻

[1]GB6364-86.航空無線電導航臺站電磁環(huán)境要求[S].

[2]GB13618-92.對空情報雷達站電磁環(huán)境防護要求[S].

[3]MH/T4003-1996.航空無線電導航臺和空中交通管制雷達站設置場地規(guī)范[S].

[4]MH/T4001.1-2006.甚高頻地空通信地面系統第1部分：話音通信系統技術規(guī)范[S].

[5]MH/T4002.1-1995.短波低空通信地面設備通用規(guī)范第1部分：波段單邊設備技術要求[S].

EX=-0.0038dBμV/m

信噪比：Es-EX=52-（-0.0038）=52.0038dBμV/m，遠大于20dBμV/m的防護率要求。

由于北近導航臺/指點信標臺/北航向信標臺及北下滑信標臺距離鐵路的距離相對于南側分布的臺站更遠，因此鐵路更不會對其產生電磁干擾影響。

2.2 DVOR/DME（全向信標臺/測距臺）臺電磁影響分析

2.2.1 無源干擾分析。DVOR/DME（全向信標臺）距離鐵路1000m，無源干擾要求參考GB6364-86 5.7.4條：“360m以外架空金屬線纜的高度不應超過以天線頂部為準C=0.5°垂直張角”；DVOR/DME所處位置標高1919m，天線高度5m，DVOR/DME天線頂部標高h=1924m。鐵路線路所處位置標高1930m，蘭州至中川機場鐵路可行性研究本段線路采用特大橋方案與隧道方案比選，采用橋梁方案時，橋梁高度15m，接觸網回流線距離軌面5.7m，因此接觸網回流線的標高為H=1950.7m。根據GB6364-86 5.7.4條的要求，滿足DVOR/DME無源干擾條件應符合以下公式：

h+tgC*d>H，1924+tg0.5°*1000=1932<1950.7，不滿足GB6364-86 5.7.4的規(guī)定，線路采用橋梁方案時，鐵路線路及接觸網回流線DVOR/DME構成無源干擾。

2.2.2有源干擾分析。全向信標臺覆蓋區(qū)內最低信號場強Es為39dBμV/m，工作頻率f=117.975MHz，f>30MHz，根據公式（4）EX=-3.99dBμV/m

信噪比：Es-EX=39-（-3.99）=42.99dBμV/m，遠大于20dBμV/m的防護率要求。

測距臺覆蓋區(qū)內最低信號場強Es為63dBμV/m，工作頻率f=1215MHz，f>30MHz，根據公式（4）EX=-6.8dBμV/m

信噪比：Es-EX=63-（-6.8）=69.8dBμV/m，遠大于8dBμV/m的防護率要求。

3 結束語

綜上所述，本段線路采用橋梁方案時，電氣化鐵路接觸網回流線DVOR/DME構成無源干擾，不構成有源干擾，根據甘肅空管中心來函說明，本臺站為不可遷建臺站。

本線在初步設計階段結合蘭州中川機場擴建工程，以及地方政府空港與城際鐵路無障礙換乘的需求，要求本線中川機場站站位盡量靠近航站樓，因此本線線位需整體向跑道方向平移200米，本線線路將距離航站樓150m，航站樓設置有甚高頻地空通信系統、短波收發(fā)信臺，按照MH/T4001.1-2006《甚高頻地空通信地面系統第1部分：話音通信系統技術規(guī)范》8.2.2條“對電氣化鐵路的防護距離為300m”以及MH/T4002.1-1995《短波低空通信地面設備通用規(guī)范第1部分：波段單邊設備技術要求》4.4.1設置短波收發(fā)信臺電磁環(huán)境要求，按照1級臺站0.5-5KW短波收發(fā)信臺電磁防護要求2km的要求，均不滿足規(guī)范防護要求。

綜合考慮，蘭州至中川機場鐵路在進入機場前采用隧道方案均能滿足上述要求。

隨著我國鐵路客運專線和城際鐵路的建設，解決好電磁兼容問題將直接影響整個工程設計方案，因此根據實際情況對電磁兼容預測分析是十分重要的。本次研究的實測數據和測試方法，對同類項目的設計和實施，具有參考和借鑒意義。

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[3]MH/T4003-1996.航空無線電導航臺和空中交通管制雷達站設置場地規(guī)范[S].

[4]MH/T4001.1-2006.甚高頻地空通信地面系統第1部分：話音通信系統技術規(guī)范[S].

[5]MH/T4002.1-1995.短波低空通信地面設備通用規(guī)范第1部分：波段單邊設備技術要求[S].

EX=-0.0038dBμV/m

信噪比：Es-EX=52-（-0.0038）=52.0038dBμV/m，遠大于20dBμV/m的防護率要求。

由于北近導航臺/指點信標臺/北航向信標臺及北下滑信標臺距離鐵路的距離相對于南側分布的臺站更遠，因此鐵路更不會對其產生電磁干擾影響。

2.2 DVOR/DME（全向信標臺/測距臺）臺電磁影響分析

2.2.1 無源干擾分析。DVOR/DME（全向信標臺）距離鐵路1000m，無源干擾要求參考GB6364-86 5.7.4條：“360m以外架空金屬線纜的高度不應超過以天線頂部為準C=0.5°垂直張角”；DVOR/DME所處位置標高1919m，天線高度5m，DVOR/DME天線頂部標高h=1924m。鐵路線路所處位置標高1930m，蘭州至中川機場鐵路可行性研究本段線路采用特大橋方案與隧道方案比選，采用橋梁方案時，橋梁高度15m，接觸網回流線距離軌面5.7m，因此接觸網回流線的標高為H=1950.7m。根據GB6364-86 5.7.4條的要求，滿足DVOR/DME無源干擾條件應符合以下公式：

h+tgC*d>H，1924+tg0.5°*1000=1932<1950.7，不滿足GB6364-86 5.7.4的規(guī)定，線路采用橋梁方案時，鐵路線路及接觸網回流線DVOR/DME構成無源干擾。

2.2.2有源干擾分析。全向信標臺覆蓋區(qū)內最低信號場強Es為39dBμV/m，工作頻率f=117.975MHz，f>30MHz，根據公式（4）EX=-3.99dBμV/m

信噪比：Es-EX=39-（-3.99）=42.99dBμV/m，遠大于20dBμV/m的防護率要求。

測距臺覆蓋區(qū)內最低信號場強Es為63dBμV/m，工作頻率f=1215MHz，f>30MHz，根據公式（4）EX=-6.8dBμV/m

信噪比：Es-EX=63-（-6.8）=69.8dBμV/m，遠大于8dBμV/m的防護率要求。

3 結束語

綜上所述，本段線路采用橋梁方案時，電氣化鐵路接觸網回流線DVOR/DME構成無源干擾，不構成有源干擾，根據甘肅空管中心來函說明，本臺站為不可遷建臺站。

本線在初步設計階段結合蘭州中川機場擴建工程，以及地方政府空港與城際鐵路無障礙換乘的需求，要求本線中川機場站站位盡量靠近航站樓，因此本線線位需整體向跑道方向平移200米，本線線路將距離航站樓150m，航站樓設置有甚高頻地空通信系統、短波收發(fā)信臺，按照MH/T4001.1-2006《甚高頻地空通信地面系統第1部分：話音通信系統技術規(guī)范》8.2.2條“對電氣化鐵路的防護距離為300m”以及MH/T4002.1-1995《短波低空通信地面設備通用規(guī)范第1部分：波段單邊設備技術要求》4.4.1設置短波收發(fā)信臺電磁環(huán)境要求，按照1級臺站0.5-5KW短波收發(fā)信臺電磁防護要求2km的要求，均不滿足規(guī)范防護要求。

綜合考慮，蘭州至中川機場鐵路在進入機場前采用隧道方案均能滿足上述要求。

隨著我國鐵路客運專線和城際鐵路的建設，解決好電磁兼容問題將直接影響整個工程設計方案，因此根據實際情況對電磁兼容預測分析是十分重要的。本次研究的實測數據和測試方法，對同類項目的設計和實施，具有參考和借鑒意義。

參考文獻

[1]GB6364-86.航空無線電導航臺站電磁環(huán)境要求[S].

[2]GB13618-92.對空情報雷達站電磁環(huán)境防護要求[S].

[3]MH/T4003-1996.航空無線電導航臺和空中交通管制雷達站設置場地規(guī)范[S].

[4]MH/T4001.1-2006.甚高頻地空通信地面系統第1部分：話音通信系統技術規(guī)范[S].

[5]MH/T4002.1-1995.短波低空通信地面設備通用規(guī)范第1部分：波段單邊設備技術要求[S].