探索電磁環境下民航空管二次雷達系統的安全運行

鄭逸浩

（民航汕頭空管站技術保障部，廣東 汕頭515000）

空管二次雷達系統是保障飛機正常、安全的運行系統，通過實時顯示航空動態，管制員及時對航空交通進行管制，指揮飛機安全的飛行與降落。而交通快速的發展，地鐵、高速機場四周的有源干擾設施不斷增加，電磁輻射也不斷增多，二次雷達系統還受場地環境中的無線電信號的反射和有源信號的干擾。而電磁輻射不僅干擾民航二次雷達系統的安全運行，還對人員的身體健康有一定的影響，所以需要對電磁環境進行分析研究，針對各方面的建設布局都需要首先考慮到電磁環境，保證機場的雷達系統正常運行與飛機的安全飛行。

1 空管雷達系統的概念

1.1 空管雷達的工作原理

空管雷達主要是靠機場的雷達發射機對空間發射電磁波，當目標接收到電磁波后反射相應的回波信號，在機場地面的雷達系統接收到回波信號時，依據電磁波往返時間來計算目標的飛行斜距，通過天線發射的旋轉掃描與扇形窄波束同步進行，顯示器就能顯示出目標的方位與距離。雷達主要任務就是發現目標與測量目標的參數，并且雷達發射機只需發射一次電磁波就能確定目標方位與距離的電子系統。

當前民航空管雷達有一次監視雷達、二次監視雷達。一次監視雷達能自動發射電磁波，又稱反射式主雷達，在其裝置的接收端可檢測目標對其電磁波的反射回波，準確判斷目標物的位置信息。電磁發射機接收機、天線信號處理機、雷達顯示終端等組成了一次雷達。在測量時需考慮與監視者間的距離與方位角，但某些一次雷達還能測定目標的相對速度，并且一次雷達不用飛機的配合就可進行監視活動。

1.2 空管二次雷達系統分析

相比于一次雷達，我國民航監視信號源更多的是來自于二次監視雷達，最初是應用在空戰中識別敵我的電子系統。當前在民航空管中使用的二次雷達系統主要應用于航路監視。二次雷達需要相應的發射脈沖信號的發射機以及接收機載應答機回答信號的接收機。當接收到機載應答機返回的信號，二次雷達中的計算機系統再進行處理，獲得目標的位置、高度、速度、航向等數據，從而把握飛機航行動態。其主要由天線系統、機載應答機、地面詢問機、通道控制盒組成，需要被飛機的記載應答機與二次雷達協同完成工作。

二次雷達有許多優點，如不靠接收反射回波來計算發現目標，避免建筑物與其他有源干擾設施產生的電磁輻射干擾；可通過機載異頻收發機，用編碼處理詢問與應答信號，在詢問目標航班號、位置、航向時都可利用編碼來交換信息；其發射功率較低但信號作用距離較遠。但二次雷達系統發射的電磁波容易受天線高度影響，雷達天線在空間的電磁場能量形成立體輻射圖，在垂直方向上可對地面發射造成的影響進行分析，水平上可對不同方位的目標物精度進行分析，但在探測性上受地形與地標物對電磁波的遮擋與反射影響，其覆蓋的距離與應答效果有直接影響。

2 二次雷達系統的干擾與排查

二次雷達系統針對有源干擾需要進行排查，還需要對雷達站的場地進行保護，根據規范標準來評估干擾源在雷達作用范圍外，還應注意障礙物的防護間距，不影響雷達的正常運行。首先要針對雷達電磁環境中的有源干擾對二次雷達系統的電磁輻射情況分別評估，計算干擾源產生的干擾是否在雷達正常工作要求范圍內。有源干擾主要有接收機的調幅與調頻干擾，還有隨機高頻脈沖干擾。當外部有源干擾在二次雷達發射脈沖信號詢問時或者飛機附近空域出現其他與雷達信號頻率相近并且頻率較強的信號時，那么飛機的機載應答機在對脈沖信號不能準確的識別的情況下就可能發生未作出相應應答，信號丟失容易出現的不安全狀況。當二次雷達在接收機載應答機返回的信號時，雷達天線附近出現與應答信號頻率相近的較強干擾性信號則會影響雷達接收機對飛機應答信號的解碼，出現丟點現象。在排查雷達干擾及優化雷達運行電磁環境的措施有：

2.1 建立快速排查機制。在干擾發生時，空管設備部門提供詳細干擾信息，如干擾時間、干擾頻率、方位、高度等，來確定干擾信號來源。電磁環境保護責任單位、無線電排查與管理機構可迅速的進行干擾排除。部門間協調合作可以迅速降低威脅民航安全的因素。

2.2 無線電干擾危害民航安全的宣傳。空管部門需要對機場周邊鄉鎮普及無線電頻段、干擾對民航的威脅，與周邊公安、派出所協調網格管理協議，加強周邊群眾的電磁環境保護意識，一旦出現干擾立即出動排查。聯合無委等部門對雷達周邊電磁環境進行排查，選定合適的雷達站建設點從建設初期就把可能出現的干擾問題消除。

2.3 在具體的干擾排查工作中需考慮各種影響因素，合理的運用科技設備，可將監測設備接入用戶的雷達接收天線中，借助二次雷達的天線方向性來確定干擾信號來源，提高工作效率。如果干擾信號與一些無線電用戶設備引起的，技術人員需指導用戶對設備更換或重新安裝；如與無線電用戶無關，還需繼續對空管區進行排查，多采用專業監測設備，擴大對干擾信號的分析。

3 二次雷達系統的安全電磁環境范圍計算

3.1 雷達系統的安全電磁環境標準與計算方法

民航空管二次雷達系統的詢問頻率在1030MHz，應答頻率在1090MHz 上。在雷達站天線為中心，450m 的半徑范圍內不能有高壓輸電線、金屬建筑物、密集的建筑物等。而在800m 半徑范圍內不能有氣象雷達、高頻爐等電氣設備。在計算雷達輻射的安全范圍時，需依據不同發射天線的塔高計算地面與天線發射方向與預測點間的夾角，天線的垂直方向圖以及預測點的功率密度。根據不同發射天線的垂直方向性圖，獲取預測點位置與垂直方向性函數。計算預測點功率密度值時要根據相關公式加入天線垂直方向性函數和天線增益等基本參數。

3.2 遠近場區域的計算與分析

雷達系統的遠近場區域是指天線中點線與水平90m 內或外的距離，超過則叫遠，小于90m 則叫近場區域。相關計算公式可算出近場區的最大功率密度為0.375W/m2，相對天線間距離為27m。而二次雷達站地面距離中心點30m 內的最大功率密度6.06×10-1W/m2，小于標準值，就不需設置防護距離。而雷達天線垂直方向圖與遠場區域＞90m 開始用相關公式計算，在水平距離100m 的功率密度為 48×10-4W/m2，500m 的功率密度 為5×10-4W/m2。二次雷達主波束按照 集合換算，不能達到超過500m 外的區域，那么依據距離與數據的關系，距離越遠輻射密度減小，小于評價標準值，所以此區域內的電磁輻射危害不會傷害人體，不需特別防護。

3.3 安全范圍的距離與高度分析

根據計算公式與評價標準值來計算天線的不同高度的達標距離。如安全區域內3m 高的水平距離為40m；10m 高時水平距離為70m，以此類推可將數據繪成趨勢圖，達標距離越遠輻射安全區域高度越高，所以安全輻射區域為遠場區90m 處、高度16m 以下，150m 位置處與 22m 高度以下不會對人體產生危害。為保證二次雷達系統正常運行，所以雷達站的建設適合近場區域建設。

4 二次雷達系統的電磁環境污染的防治

當前在航空交通管制工作中的起重要作用的就是雷達站，雷達站的空管作用保障了飛機的安全飛行與民航運輸業的不斷發展。所以對雷達站的建設需要不斷的研究與分析，監測好電磁環境，預測電磁干擾的相關數據，并根據雷達站對電磁環境的影響進行分析，并作出相應的污染防治措施。主要有三方面：首先，科學的選址。在建設民航空管雷達站的時候需要對地址進行科學的選擇，根據機場建設與航線的規劃，應選擇電磁輻射較小、電磁環境容易控制的區域，減少電磁輻射的影響。其次，完善電磁輻射環境管理制度。民航相關部門需要針對電磁輻射的環境管理，安排相應的專業人員進行管理，根據管理制度進行電磁輻射的監測與管控，在運用中不斷優化電磁輻射管理制度。最后，定期檢修雷達。空管設備保障部門需要根據國家電磁輻射防護規定，定期檢查維修雷達，保證民航雷達站的各技術指標達到相關規定，確定電磁環境的正常來保證民航安全運行。

5 結論

我國的民航事業不斷發展，2018 年底全國就有235 個頒證運輸機場，4945 條定期航班航線。那么在眾多機場的基礎設施建設中的空管雷達系統，容易受到其他設備的干擾與障礙物的影響。在建設時需針對機場的實際情況，全面分析并計算，對當前機場的電磁環境進行安全評估，排查電磁干擾源，通過合理的防治措施保證空管二次雷達的正常運行，保證我國民航事業的安全、平穩的發展。