航空無線電干擾測試與應對措施

王通通

（甘肅省無線電管理委員會辦公室嘉峪關管理處 甘肅 嘉峪關 735100）

0 引言

在飛機正常航行過程中，無線電技術是確保飛機順利航行的重要組成部分，尤其在飛機起飛與降落過程時，既能架起飛行員與地面塔臺之間溝通的橋梁，也能避免日常空中各類事故的發生，同飛機監視、氣象、通信及導航之間有著密不可分的聯系。隨著各類電子信息通信設備的崛起，各類無線電干擾日益復雜，造成諸多危險事故，帶來不可估量的后果。因此增強對無線電干擾的測試，制定有效排查及應對措施，逐步成為當前民航集團與各省市無線電主管部門重點考慮的內容，從根本上解決不良因素，成為技術人員一項刻不容緩的使命。

1 我國航空無線電技術的概述

我國航空無線電控制系統目前主要運用于通信與導航兩個方面，是飛機航行過程中必不可少的一部分。在日常航空通信系統中，重點在于保持飛機飛行人員時刻與地面飛行管理人員、設備維護管理人員等之間實現雙向語音交流和信息聯系，多采用甚高頻（very high frequency，VHF）通信、高頻（high frequency，HF）通信、氣象衛星等多種通信方式，用以確保航行安全。另一方面，也適用于機內通話、廣播、記錄駕駛艙內語音通話和向旅客提供音影等娛樂信息。導航系統，主要用于引導飛機能夠按照預定航路，完成規定航行任務，多采用全向信標、氣象雷達等設備，用以規避航行過程中，可能存在的突發性事件與自然災害，確保航行的安全。

2 航空無線電干擾的原因和類型

2.1 干擾原因

航空飛行器在設計構件過程中，為滿足日常航行安全，便于及時了解飛機在飛行中的實時情況，會在航空器內部安裝多個不同類型的無線電發射與接受設備，用于架起地面與空中信息數據采集的橋梁。在日常航行過程中，無線電信息采集相關電子設備工作時，將會產生無線電波，進而造成無線電設備內部干擾。其次，除內部干擾因素外，日常生活中，乘客未能及時關閉手機、廣播電視臺發射功率過大，均會不同程度的造成無線電各類干擾的產生。

2.2 航空無線電干擾類型

目前，在我國常見的航空干擾類型中，同頻干擾、鄰道干擾、互調干擾成為了主要的干擾模式[1]。

2.2.1 同頻干擾

同頻干擾是指2個及以上電臺因使用同一頻率，在一定信道帶寬內所產生的干擾。目前我國民航通信業務中，為實現對VHF信號的有效全覆蓋，通常采用同頻異址臺方式，用以確保信息通信之間無盲區。換句話說，想要使飛機在航行中每個方位均能保持通信，于有可能存在信號遮擋區域的地形附近，搭建多個相同頻率的遙控異址臺，確保實現信號的全覆蓋，以至于多造成同頻干擾情況。

2.2.2 鄰道干擾

航空無線電設備信號發射時段，由于發射帶寬超寬，使其落入到左、右相鄰信道內的功率遠超規定值，造成對左、右相鄰鄰道產生信號干擾。目前，由于無線電民航通信業務發展，無線電發射臺之間在短距離內發射信號極易產生頻段干擾，信號在日常發射過程中，較少信號落在民航通信導航電臺頻段內，被民航導航系統接收，形成鄰道干擾。

2.2.3 互調干擾

接收機互調干擾、發射機互調干擾，以及帶外效應產生的互調干擾，是航空無線電干擾的主要模式。通常是由2個或者多個頻譜分量于非線性器件內相互產生無用頻譜分量，形成互調干擾。其互調頻率為f=mf1+nf2；而常見的2種互調干擾形式，可表示為：

三階一型互調干擾[2]，f0=2f1-f2，

三階二型互調干擾，f0= f1+f2-f3。

3 無線電在航空中的具體應用

3.1 通信系統應用

3.1.1 VHF通信

VHF通信廣泛運用于我國民航航空通信管制系統中，多用于指揮飛機起飛、降落等安全通信，成為機場業務管制、進近管制、機場放行等主要交通通信手段。常被我國民航航空業務部門實現飛機與地面、飛機與飛機及飛機與機場航空監測中心、航空地面操作人員之間的雙向交流。采用（108.000～151.975）MHz(實際使用至137 MHz)頻段，是我國目前民航航空業務中主要的地空通信手段，為我國民航航空安全做出了質的貢獻，并逐步占據民航航空通信的主導地位。

3.1.2 HF通信

HF通信采用頻段為（3～30）MHz的航空無線電通信業務，傳播方式主要由天波與地波方式構成，常用于解決我國民航通信系統中VHF通信不能覆蓋區域的通信問題，成為輔助VHF通信系統正常運行的重要保障手段。但HF通信系統容易受太陽黑子活動、通信距離等諸多不利因素的影響，在進行語音通信時時常出現背景噪聲大、可通信性能差的缺點，從而在我國民航航空業務中，只能配合使用或出現緊急事件中重點啟用，以實現飛機航行過程中安全保障。

3.2 導航系統應用

3.2.1 無方向信標

無方向信標（non-directional beacon，NDB）是主要應用于民航組織標準進程導航的設備，工作頻率范圍在190 KHz～1 750 MHz。我國目前采用發射功率為500 W、作用距離高達150 km的信標臺，飛機的進場著陸與離場飛行均由NDB引導完成，并通過建設特定頻率的信標臺，均勻沿地平面全方位范圍內發射無線電波，引導飛機準確沿規定航線飛行。同時，為確保駕駛員在執行飛行任務過程中能夠與機載無線電羅盤有效配合使用，借助相對方位角，采用等幅報或調幅報方式進行發射信號識別，可高效完成飛行任務。

3.2.2 儀表著落系統

儀表著落系統（instrument landing system，ILS）又可稱儀器降落引導系統,為中國目前民航體系建設中，較為成熟并普遍使用的一種飛機的精密儀器進近與著陸的指引系統。一般通過為飛機地面控制中心發送的二束無線電信息，來實現對飛機的飛行航向道和下降航向道分別進行導航。建立起一個飛機從地面跑道上指向空中目標的虛擬導航路線，有效地引導飛機駕駛員通過計算機與其他機載信息接收傳送裝置的配合，判斷飛機自身位置和建立虛擬導航網道路線間的相應情況，做出一個正確的判斷，保證在飛機的航行起落過程中能沿正確的方向安全飛向跑道，實現有效平穩下降，安全著陸。且由于該系統能夠于低天氣標準與駕駛員目視距離受阻的情況下，準確引導、保障飛機進近著陸，廣泛受到了航空公司的青睞，又稱盲降系統[3]。

3.3 監視系統應用

3.3.1 一次雷達

一次雷達主要通過地面設備向各個方向發射無線電波，采用電波反射原理，準確接收飛機航空飛行反射回波，進而實現對飛機航行定位與飛行距離的推算。一次雷達在使用過程中有著不論是否安裝應答機均能正常運行工作的優勢，廣泛受到我國民航航空集團使用。但由于無法確定目標飛機的高度、代碼，以及反射回波能力較弱，易受固定目標影響的問題，所以無法與二次雷達競爭，只使用在遠程空管一次雷達、中進程空管一次雷達、精密進近雷達技術和地面監視雷達測速等方面。

3.3.2 二次雷達

二次雷達地面設備又稱地面發射機設備，目前廣泛應用于地面工作人員與飛機駕駛人員進行雙向互通聯系。由地面發射機發射詢問信號，裝有應答機設備的航空飛行機進行接收，回復地面詢問信息內容，實時保持飛機駕駛員與地面航空工作人員之間緊密交流。區別于一次雷達，可通過二次雷達看到飛機在航行過程中飛行高度與飛行速度，具有回聲增強、無目標閃爍效應，以及詢問波長和應答波段不同等的特性，有效減少了地物雜波和氣象雜波所產生的影響，實現飛機航行安全。

3.4 氣象雷達系統應用

3.4.1 風廓線雷達

風廓線雷達是屬于地面無線電遙感監測的大氣垂直探測遙感裝置，從低空地面天線向中高空的不同垂直方位發出的電磁波束，并能根據地面因高空大氣的垂直和結構的不均勻平衡，所產生反射和接收反射到地面的各種波束的信號，對中高空進行風場垂直監測的一類無線電遙感裝置。其工作基本原理是利用雷達多普勒效應，對中高空風向、風速變化等空中各種災害性天氣因素進行垂直監測，使航空地面人員和飛機駕駛地面人員之間能夠由于飛行高度上的差異而不斷變化，了解不同方位的航行信息，保障航空安全。風廓線雷達在日常航空測量中具備測量空間清晰度高、自動化程度大等優勢。目前，各國在風廓線雷達技術基礎上添加了聲發射裝置設備，構成無線電聲檢測系統，用以遙感測量大氣環境中溫度的垂直廓線。

3.4.2 氣象雷達

氣象雷達是一款應用于航空中可進行大氣監測的天氣雷達，屬主動式微波大氣遙感裝置。采用天線輻射后遇障礙物發射接收其電磁波原理，實現對突發性、災害性事故進行提前預警或及時警報。同時是中、小尺寸天氣系統作為警戒和天氣預報的主要偵察工具之一，常和無線電探空儀配合運用，進行高空天氣探測。在我國航空領域中，多采用X波段機載氣象雷達，主要對航空駕駛員提供航空氣象、地表特征等重要信息，便于規避事故與障礙危險。

4 航空無線電干擾頻段測試分析

4.1 航空無線電臺受干擾地域范圍分析

航空電臺在實際使用過程中，路徑因完全未被地面接收天線干擾或阻攔，故中國航空人員經常利用地球半徑畫路徑拋物線進行干擾距離測定，用于受干擾地域范圍排查。假設飛機距離干擾源直線距離為D，飛行高度為h1、距地面高度為h2[4]，與干擾源形成聯系(圖1)，具公式可表示為：

圖1 航空干擾地域分析圖示

4.2 航空無線電干擾源查找手段

4.2.1 地面無線電干擾監測

地面航空無線電干擾查找監測主要依賴于各地市無線電管理部門，由航空公司通過干擾申訴，駐地無線電部門通過機場固定站、移動監測車與便攜式設備進行干擾查找，確定干擾信號與疑似范圍，進行實地查處，消除干擾。目前，我國主要利用地面無線電監測干擾排查方法與手段，有效對干擾源進行排查，用以確保民航航空安全。

4.2.2 機載無線電監測

機載無線電監測系統[5]主要由頻譜分析儀、定向儀、天線、系統軟件構成，主要應對地面無線電干擾源查找極具困難的情況，用于克服目前地面監控系統在排除航空干擾過程中所出現的問題。通過機載無線電電子計量學抗干擾檢測系統，可以通過飛機沿干擾源方位向前飛行，甚至相反方向的定位方式，判斷干擾源方位，從而進行對短時間干擾源信息的偵察和甄別。目前，美國所使用的國際材料數據系統（International Material Data System，IMDS）系統，成為世界各個國家航空集團青睞的無線電干擾查找機載系統。

4.3 采用N9020A監測接收機開展干擾測試分析

假設收到某航空移動頻段無線電干擾申訴，初步判斷有效干擾頻段出現在（2 800～3 000）MHz內，為確保民航航行安全，懇請無線電業務部門協助民航開展排查干擾，進行測試分析。

4.3.1 起始頻率與終止頻率測量

有效設置N9020A監測接受設備，輸入干擾頻段范圍，打開最大保持，通過跟蹤監測，測得該民航干擾起始頻率為2 850 MHz（圖2）、終止頻率為2 950 MHz（圖3）。

圖2 干擾頻段起始頻率

圖3 干擾頻段終止頻率

4.3.2 計算占用帶寬

通過公式計算終止頻率與起始頻率差值，得到該航空移動干擾頻段占用帶寬為100 MHz。

4.3.3 測量頻率間隔

對該干擾頻段內某一確定點進行標記打點，調整span數值，通過旋轉按鈕測得該航空干擾頻段頻率間隔為1 MHz（圖4）。

圖4 測量頻率間隔

4.3.4 計算測量單點駐留時間、點數與周期

對該航空移動干擾頻段頻率進行打點（確定打點取某一頻率峰值），令span=0，測得該干擾頻段頻率單點駐留時間為30 ms（由于在測量過程，設備自帶存在4.7 ms誤差，如圖5所示）；通過公式計算可得頻段點數為101個，借助單點駐留時間與頻段點數乘積可得，該航空干擾周期為3 s。

圖5 干擾頻段單點駐留時間

5 航空無線電干擾應對措施

5.1 完善查找流程，提高監測能力

采用“一聽、二析、三查、四記”流程，開展航空無線電干擾查處工作。一聽是指通過監測設備對干擾頻率進行監聽，判斷干擾來源信息，確定干擾頻率f1、f2、f3。二析是指判斷該信號干擾屬于常見的哪種干擾類型，利用固定站等設備實現交互定位，確定干擾大致范圍。三查是指根據確定干擾范圍，技術人員趕赴現場進行干擾排查，確定干擾源，消除航空干擾。四記是指記錄總結查找經驗，整理成檔，便于學習交流，有效提高監測能力，提升排查效率。

5.2 加強監管力度，健全保護機制

無線電管理部門應加強頻率臺站管理，嚴格按照中國無線電管理條例及各省無線電管理辦法，要求合理使用頻率資源，安全建立站點，有效杜絕航空干擾。并按期聯合廣電、公安、航空、鐵路等各重點設臺單位，對設臺使用頻率及設臺地址進行核查，確保依法設臺、依法用頻。無線電管理部門也應定期開展航空無線電電磁環境監測，合理批復使用頻率，凈化有效區域電磁環境。

5.3 培養人才隊伍，增強設施建設

各級無線電監測隊伍應結合自身條件，積極開展無線電技術演練，開展業務培訓學習，主動聯系周邊各成員單位與相鄰省市無線電管理部門，多次開展聯合培訓演練，加強技術交流，形成聯動機制，培養一支業務能力突出、能夠迎難而上的人才隊伍。另一方面，由于5G、互聯網科技的發展，無線電各項業務呈現幾何式增長，加大無線電各類基礎項目投入、加大日常監測站點建設成為保障日常業務開展與提升隊伍整體能力的夯基石。

6 典型案例分析

2020年11月22日，甘肅省無線電管理委員會辦公室嘉峪關管理處收到民航甘肅航空公司嘉峪關機場雷達站干擾申訴，稱中心頻率為120.5 MHz，航路對空通信波道地面接收端嚴重受到廣播干擾，干擾內容模糊不清、卡頓不流暢、干擾時斷時續，請求協助排查。管理處迅速開展監測排查，采用“一聽、二析、三查、四記”流程，在有限的時間內迅速消除干擾，高效完成此次排查任務，具體排除過程如下：

（1）“一聽”：通過機場固定站對中心頻率120.5 MHz進行監測監聽，提取錄音文件，進行反復監聽，確定該干擾內容涉及玉門廣播電視臺，技術人員當即決定對廣播頻段進行監聽對比，發現其中一部分干擾播放內容與91.3 MHz內容相同。

（2）“二析”：技術人員采用互調干擾計算公式，得出另外一個干擾頻率為105.9 MHz，并通過頻率監聽比對，確定此次航空干擾由頻率為91.3 MHz與105.9 MHz產生三階一型互調干擾導致。

（3）“三查”：管理處領導當即與玉門廣播電視臺取得聯系，通過例行詢問與遠程開關廣播電臺，確定該干擾由玉門廣播電視臺2套廣播節目互調導致，并采用降低發射功率的方法，消除干擾。

（4）“四記”：消除干擾后，管理處積極組織全體職工召開總結會議，上報相關查處文件，并針對次干擾申訴排查，形成經驗總結，完善不足之處，有效為下次航空排查積累經驗。

7 總結

無線電技術及相關設備的發展日新月異，不規范地使用無線電設備極易造成民航干擾。究其航空干擾緣由，主要是通過頻率的違法使用與臺站的不規范建造有關，類型多變，情況復雜。只有通過有效的干擾查找手段，嚴格按照航空干擾排查的應對措施，逐步提升測試分析能力，并不斷總結航空干擾查處經驗，積極組建培養人才隊伍，方能極大程度確保航空運行安全，有效凈化電磁環境。