基于電磁環境的二次雷達場地安全分析研究

段 鋒，黃 堅

（1.新疆民航空管設備有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830011；2.云南省計量測試技術研究院，云南 昆明 650228)

基于電磁環境的二次雷達場地安全分析研究

段 鋒1，黃 堅2

（1.新疆民航空管設備有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830011；2.云南省計量測試技術研究院，云南 昆明 650228)

二次雷達是空中交通管制領域重要的監視設備，其工作性能的發揮與周圍電磁環境密切相關。為保證二次雷達安全運行，需要對周圍的場地環境進行分析和評估。首先，介紹電磁環境評估的一般方法；其次，分析基于電磁環境的二次雷達場地安全評估的流程；最后，以新疆烏魯木齊機場新建二次雷達和擬建機場高速公路為例，通過在各個頻點對高速公路產生的干擾場強進行測量，利用無源干擾和有源干擾對機場附近的電磁環境進行分析。結果表明：高速公路產生的峰值場強、平均值場強均不會影響該機場擬建空管二次雷達的正常運行。

二次雷達；有源干擾；無源干擾；電磁評估

0 引 言

空管二次雷達在保障民航飛行安全中起著重要作用，能實時顯示航空器的動態信息，是管制員正確指揮飛行的重要手段[1]。二次雷達的正常運行會受到周圍電磁環境和場地條件的影響，包括大型障礙物對無線電信號產生的反射干擾和有源信號的干擾。隨著國民經濟的快速發展，機場周圍的高速公路等交通基礎設施日漸興起，但在這些交通設施上運行的車輛會產生電磁波，可能會影響設備的正常運行，對飛行安全造成隱患[2-3]。

目前，在國內有不少學者對民航雷達的電磁環境評估進行了分析和研究。郝佳新等[4]采用功能性仿真，建立了雷達探測的概率模型和仿真算法。高濤等[5]運用專家分析法和層次分析法對二次雷達選址進行了綜合評價。蔣蘭[6]對影響雷達站選址的各方面因素進行了分析和總結，提出了相應對策。

高速公路上的鐵護欄以及公路上行駛的汽車等都會產生電磁輻射，對周圍電磁環境造成一定干擾。因此，在高速公路規劃建設階段，應對其進行評估，以分析高速公路對二次雷達是否存在電磁干擾而影響其正常工作，確保二次雷達能夠安全運行[7]。

1 干擾分析方法

電磁環境的干擾影響主要分為兩種：無源干擾和有源干擾。無源干擾是指本身不主動輻射，而是反射、改變對方的輻射能量；有源干擾是指利用本身產生的電磁能量，主動作用于對方。

1.1 無源干擾分析方法

國家標準和民航法規等政策已對各類干擾源的防護間距進行了明確規定，給出了相應防護間距的計算方法和公式。GB/T 13618——1992《對空情報雷達站電磁環境防護要求》[8]和MH/T 4003.2——2014《民用航空通信導航監視臺（站)設置場地規范第2部分：監視》[9]給出了各個干擾源的防護間距，如表1所示。其中，雷達對高速公路的防護間距：干擾源信號在80～300MHz時為 1km，在 300～3000MHz時為 700m。

表1 部分干擾源防護間距（km）表

1.2 有源干擾影響分析方法

空管二次雷達的工作頻段為1 030 MHz和1090MHz。為保證正常接收航空器反射回的信號，需考慮二次雷達接收的高速公路產生的干擾場強對其造成的影響。由于只考慮接收信號，所以只需要分析高速公路產生的1090MHz及相鄰頻段的干擾場強[10]。

國家標準GB/T 13618——1992《對空情報雷達站電磁環境防護要求》明確規定了空情雷達對各類干擾源的最大干擾場強，并給出了相應公式，所以依據此技術標準分析、處理高速公路與空管二次雷達之間電磁環境干擾等問題，公式如下：

式中：Ejpmax——最大允許干擾場強，dBμV/m；

Ujfmax——最大允許干擾電壓有效值，dBμV；

f——雷達工作頻率，MHz；

G——雷達天線增益，dB；

Z——雷達接收機輸入阻抗，Ω；

ΔEgp——準峰值場強與峰值場強分貝數之差，dB；

L——雷達天饋系統損耗，dB。

國家標準GB/T 13618——1992中規定，雷達接收機輸入端最大容許干擾電壓為

式中：Ujfmax——接收機輸入端最大容許干擾電壓有效值，μV；

C——相對于白噪聲最大容許干擾電壓的增量系數；

Unf——等效到接收機輸入端的系統噪聲電壓有效值，μV。

根據自由空間傳播的信號場強可以計算干擾無線電脈沖衰減輻射到空管二次雷達天線處的干擾場強，其中信號場強為

式中：ES——信號場強，dBμV/m；

P——有效發射功率，W；

d——計算點至空管設備接收處的距離，km。

1.3 場地安全分析流程

根據上述分析，民航二次雷達場地安全評估的流程如圖1所示。

2 分析與評估

2.1 選址規劃

烏魯木齊區管二次雷達為擬建雷達，具備詢問旁瓣抑制和接收旁瓣抑制功能[11]，天線采用大垂直口徑平面開放式陣列形式，天線高1.8m，長約8m，工作詢問模式通常為A、C和S模式，詢問頻率為（1030±0.01)MHz，接收頻率[12]為（ 1090±0.5)MHz。

圖1 二次雷達場地安全評估流程圖

圖2 空管二次雷達與S114線高速公路相對位置示意圖

烏魯木齊自治區政府規劃新建S114線高速公路，根據建設規劃方案，其距離區管內二次雷達站最近處的水平距離為100m，距離雷達天線105.2m，雷達天線與高速公路高度差為32.7m，相對位置如圖2所示。

2.2 無源干擾分析

根據烏魯木齊區管現場實際條件，規劃中的S114線高速公路到空管二次雷達的水平距離為100 m。依據本文1.1節，規劃的高速公路在空管二次雷達的防護間距700 m范圍之內，可能會對其正常工作產生影響。

因此，需要分析、評估高速公路對空管二次雷達的影響，在必要時還需要進行模擬驗證，以判斷擬規劃的高速公路是否影響二次雷達的正常運行。

2.3 有源干擾分析

根據本文1.2節所述，應首先計算空管二次雷達對高速公路的最大允許干擾場強。取f為1090MHz（只考慮下行工作頻率)；汽車公路的準峰值場強與峰值場強分貝數之差ΔEgp可參考文獻[8]，取為-10dB。根據機場擬建二次雷達的參數配置，接收機輸入阻抗Z取值為50 Ω；天線增益大于天線損耗，取L-G為-9.46dB。

國家標準GB/T 13618——1992中規定，汽車公路的增量系數C為4，300～3000MHz頻率接收機輸入端等效噪聲電壓Unf為0.85μV。根據式（2)計算可知：U高速公路jfmax=1.632μV，經單位換算，即為4.254dBμV。

根據式（1)可以求出二次雷達最大干擾場強E高速公路jfmax=28.75dBμV/m，當規劃中的高速公路產生的干擾場強滿足式（4)時，則不會影響二次雷達的正常運行，否則需要采取相應措施，以避免對二次雷達的正常運行產生影響。

2.3.1 數據采集

在測試位置的選取原則上，項目組嚴格按照GB/T 6364——2013《航空無線電導航臺（站)電磁環境要求》和GB/T 24338.2——2011《軌道交通 電磁兼容第2部分：整個軌道系統對外界的發射》的要求進行選點，若實際條件不能夠滿足測試要求，則可根據具體情況尋求盡量滿足標準要求的位置進行測試。

由于S114線高速公路正處于建設規劃階段，所以選機場附近的高速輔道、互通立交和機場高速附近為3個測試點，對烏魯木齊機場高速進行類比測試[13]。二次雷達技術規范[14]中接收機工作頻率為（1090±3)MHz，為了全面分析高速公路對二次雷達的影響，將測試頻譜放大為1080～1100MHz。

數據采集所需工具包括接收機和天線等。天線的類型包括環形天線、雙錐形天線、大對數周期天線和小對數周期天線等。接收機的類型包括真空管、腔體式等。測試工具類型的選取很重要，對測量數據的準確性有較大影響。

根據所測頻段和準確度要求，本次試驗項目組選取HL223型大對數周期天線，其測試頻率范圍為0.3～2 GHz，以及符合 CISPR16-1-1要求、滿足民用EMC標準的德國R&S公司ESCI接收機。

在測試點，利用ESCI接收機和大對數周期天線，在1 080～1 100 MHz頻段時，采取點頻在各個頻點分別測試測量高速公路產生的有源干擾場強，ESCI接收機點頻測試中分辨率帶寬的選取，嚴格執行GB/T 24338.2——2011中的相關規定[15]，由于二次監視雷達接收機工作頻率為1090MHz，所以選擇120kHz帶寬。測試數據如表2所示。

由表可知，測試類型共有4種，這種全面測量可最大程度地評估干擾源的場強。結果顯示，測試的峰值并不一定比平均值大，這與測試地點和測試類型有關。

表2 高速公路產生的電磁干擾測量數據 dBμV/m

2.3.2 數據分析與評估

根據式（3)和10，5 m處干擾場強的測試數據，可計算當輻射點距離雷達天線105.2m時，高速公路產生的無線電脈沖衰減到二次雷達天線處的干擾場強（即推導場強)，具體數據如表3所示。

表3 高速公路在1080～1100MHz頻段的產生的電磁干擾測試值及相應推導值 dBμV/m

依據式（4)和表3中的推導場強數據，通過與最大容許場強相比較，可看出所有的推導場強均小于最大容許場強。

由于測試地點的選擇分別為高速輔道、互通立交和機場高速附近，并且測試類型包括水平平均、水平峰值、垂直平均和垂直峰值，可看出選取的測試地點具有代表意義、測試類型也較為全面，所以由測試數據推導出的干擾場強也比較科學。

3 模擬驗證

圖3 ADS-B輸出數據

為進一步評估擬建的高速公路對二次雷達的影響，項目組通過模擬測試對其進行驗證。在模擬驗證過程中，選取某高速來模擬擬建的S114線高速公路，同時采用與空管二次雷達接收原理類似（接收頻率與空管二次雷達的一致，均為1 090MHz)的空管監視設備（ADS-B)來模擬二次雷達。

通過采集ADS-B接收機的接收數據，如圖3（a)和圖3（b)所示，根據接收數據的質量情況，對此進行對比分析，驗證高速公路對空管二次雷達接收性能的影響。

本次模擬驗證測試使用ADS-B進行了為期1h的數據記錄，探測到飛行目標最遠距離為300.25km。根據對采集到的ADS-B數據進行分析，可以看出航空器飛行目標的航跡連續，數據質量幾乎沒有差異。因此，通過ADS-B模擬驗證分析試驗，可以看出該高速公路不會對ADS-B（類二次雷達)接收信號造成影響，不會對其造成有源干擾。

4 結束語

我國民航事業正處在大發展時期，各地都在規劃和新建機場，特別是通用航空機場。機場基礎設施的建設，特別是空管設備，容易受到各種障礙物和其他設備的干擾影響。為了保證機場空管設備的正常運行，應對其進行電磁環境方面的安全評估。本文基于電磁環境的二次雷達場地安全評估，利用有源干擾和無源干擾分析方法，對干擾物的場強進行分析和驗證，適用于當前機場電磁環境的安全評估。以新疆烏魯木齊機場擬建高速公路影響空管二次雷達的情況為實例，通過測試、分析和驗證，可以看出擬建高速公路產生的峰值場強、平均值場強均不會影響該機場擬建空管二次雷達的正常運行。

[1] 國際民航組織.國際民用航空公約附件十[M].蒙特利爾：國際民航組織出版社，2013：71-79.

[2]霍振飛，張勇.雷達運行安全淺析[J].民航科技，2011（5)：25-26.

[3] 張勇.雷達系統運行安全評估[D].廣漢：中國民航飛行學院，2011.

[4]郝佳新，甘斌.復雜電磁環境下防空雷達的探測模型研究[J].計算機仿真，2009，26（6)：33-36，69.

[5]高濤，張興旺.空管二次監視雷達選址評價指標體系構建[J].價值工程，2011，30（29)：55-57.

[6] 蔣蘭.影響空管雷達站選址的因素及對策分析[J].河南科技，2014（2)：228-229.

[7]International Civil Aviation Organization.Procedures for Air Navigation Services， Rulesofthe Air and Air Traffic Services[M].Montreal：ICAO，1985：121-147.

[8] 對空情報雷達站電磁環境防護要求：GB/T 13618-1992[S].北京：中國標準出版社，1992.

[9]民用航空通信導航監視臺（站)設置場地規范第2部分：監視：MH/T 4003.2-2014[S].北京：中國民航出版社，2014.

[10]斯科尼克.雷達手冊[M].王軍，譯.2版.北京：電子工業出版社，2003：1-5.

[11]International Civil Aviation Organization.Manual on the Secondary Surveillance Radar（SSR)Systems[M].Montreal：ICAO，2004：32-37.

[12]BAKER J L， ORLANDO V A， LINK W B， et al.Mode S system design and architecture[J].IEEE，1989，77（11)：1684-1694.

[13]中國民航局行業管理辦公室.民用機場與地面航空無線電臺（站)電磁環境測試規范[S].北京：中國民航出版社，2006.

[14]空中交通管制二次監視雷達設備技術規范：MH/T4010-2006[S].北京：中國民航出版社，2006.

[15]軌道交通 電磁兼容第2部分：整個軌道系統對外界的發射：GB/T 24338.2-2011[S].北京:中國質檢出版社，2011.

Safety analysis and research on secondary surveillance radar site based on electromagnetic environment

DUAN Feng1，HUANG Jian2
（1.Xinjiang Civil Aviation Air Control Equipment Co.，Ltd.，Urumqi 830011，China；2.Yunnan Institute of Measuring and Testing Technology，Kunming 650228，China)

Secondary surveillance radar（SSR)is a kind of important surveillance equipment in the airtraffic control field， and its working performance is closely related to the surrounding electromagnetic environment.In order to ensure the safe running of SSR，it is necessary to analyze and evaluate the surrounding environment.Firstly，the general method of electromagnetic environment assessment is introduced.Secondly，the process of safety assessment for secondary radar site based on electromagnetic environment is analyzed.Finally，taking the new SSR in Xinjiang Urumqi airport and proposed airport highway as examples，by measuring the interference field strength generated by the expressway at various frequency points， the electromagnetic environment near the airport is analyzed through passive interference and active disturbance.The results show that the peak field strength and the average field strength of the highway will not affect the normal operation of proposed air traffic control SSR.

SSR； active interference； passive interference； electromagnetic assessment

A

1674-5124（2017）10-0028-04

10.11857/j.issn.1674-5124.2017.10.006

2017-05-20；

2017-07-11

段 鋒（1968-)，男，新疆烏魯木齊市人，高級工程師，主要從事民航空管監視技術研究、空管設備安裝維護與項目管理。

（編輯：商丹丹）