段 鋒,張 勇

(1.新疆民航空管設(shè)備有限責(zé)任公司,新疆烏魯木齊830011;2.中國民用航空局第二研究所,四川成都610041)

磁懸浮鐵路對空管一次雷達(dá)的影響分析

段 鋒1,張 勇2

(1.新疆民航空管設(shè)備有限責(zé)任公司,新疆烏魯木齊830011;2.中國民用航空局第二研究所,四川成都610041)

一次雷達(dá)是空中交通領(lǐng)域重要的監(jiān)視設(shè)備,是國防和民航空管的核心裝備。周圍的地形和設(shè)施可能會(huì)影響一次雷達(dá)性能的正常發(fā)揮,為保證航空安全,需要對雷達(dá)場地周圍的地形和設(shè)施進(jìn)行評估分析。以東部機(jī)場規(guī)劃建設(shè)磁懸浮鐵路為例,分析評估了磁懸浮鐵路對機(jī)場空管一次雷達(dá)的影響。結(jié)果表明:磁懸浮列車牽引和制動(dòng)時(shí),產(chǎn)生的峰值場強(qiáng)、準(zhǔn)峰值和平均值場強(qiáng)不會(huì)影響該機(jī)場空管一次雷達(dá)的正常運(yùn)行;磁懸浮鐵路在有列車經(jīng)過時(shí),也不會(huì)影響空管一次雷達(dá)的正常運(yùn)行。

磁懸浮鐵路;一次雷達(dá);有源干擾;無源干擾;電磁評估

0 引 言

空管一次雷達(dá)是ATC系統(tǒng)監(jiān)視空中航空器飛行動(dòng)態(tài)的重要信息源之一,是確保航空安全,實(shí)現(xiàn)雷達(dá)管制,提高空域容量和航空器運(yùn)行效率的基礎(chǔ)[1]。一次雷達(dá)性能的發(fā)揮和保障質(zhì)量的高低,除受限于設(shè)備本身的技術(shù)性能,還會(huì)受到周圍電磁環(huán)境和場地條件的影響,包括大型障礙物對無線電信號產(chǎn)生的反射干擾和有源信號的干擾。隨著民航機(jī)場的迅速發(fā)展,同時(shí)方便人們出行,機(jī)場周圍的交通設(shè)施日趨完善,地鐵、磁懸浮等交通設(shè)施已漸漸與機(jī)場接軌。但這些交通設(shè)施在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁波,受影響的頻譜可從數(shù)百千赫茲至數(shù)百兆赫茲,覆蓋民航通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)備工作的頻率范圍,會(huì)對機(jī)場的通信、導(dǎo)航和監(jiān)視信號造成影響,嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行,對飛行安全造成影響。

目前,國內(nèi)有學(xué)者對機(jī)場和民航雷達(dá)的電磁環(huán)境評估進(jìn)行了分析和研究。田斌[2]針對機(jī)場選址,給出了電磁環(huán)境測試方法和相關(guān)計(jì)算的研究;顧有林等[3]設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種可以實(shí)施評估電磁環(huán)境復(fù)雜度的系統(tǒng),對評估算法進(jìn)行了研究和仿真實(shí)現(xiàn);郝佳新等[4]針對復(fù)雜電磁環(huán)境下電子對抗和雷達(dá)裝備的特點(diǎn),參考雷達(dá)探測的BLAKE圖解法,采用功能性仿真,建立了雷達(dá)探測的概率模型和仿真算法。程巖松等[5]為了使空管監(jiān)視設(shè)備的選址更加科學(xué)高效,探討了一種減小選址范圍的分析方法。韓丹等[6]分析了二次雷達(dá)周圍的電磁環(huán)境,針對民航雷達(dá)提出了電磁環(huán)境評估方法,具有一定借鑒意義。

磁懸浮鐵路屬于電氣化運(yùn)輸,磁懸浮列車的大電流會(huì)導(dǎo)致軌道附近產(chǎn)生靜態(tài)(工頻)磁場,影響周圍的電磁環(huán)境;同時(shí),列車、受電軌、輸電線、運(yùn)行控制系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生電磁輻射,對周圍環(huán)境造成電磁干擾。因此,在磁懸浮工程開工建設(shè)和投入運(yùn)行之前,應(yīng)對其進(jìn)行評估,以分析磁懸浮工程對空管一次雷達(dá)是否有影響,確保雷達(dá)能正常工作,保障航空器安全飛行。

1 干擾分析方法

磁懸浮鐵路對空管一次雷達(dá)的影響分為兩種:無源干擾和有源干擾。無源干擾是指本身不主動(dòng)輻射,而是反射、改變對方的輻射能量,起壓制和欺騙作用;有源干擾是指利用本身產(chǎn)生的電磁能量,主動(dòng)作用于對方。

1.1 無源干擾分析方法

干擾源通過反射、改變設(shè)備的輻射能量而對設(shè)備起到壓制和欺騙作用,影響設(shè)備的正常運(yùn)行。通過對干擾源的無源干擾分析,在不影響設(shè)備正常運(yùn)行的前提下確定設(shè)備與各干擾源的最小間隔距離(防護(hù)間距)。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB 13618—1992《對空情報(bào)雷達(dá)站電磁環(huán)境防護(hù)要求》第4條[7]和 MH/T 4003—2014《民用航空通信導(dǎo)航監(jiān)視臺(tái)(站)設(shè)置場地規(guī)范 第2部分:監(jiān)視》[8]規(guī)定,對空情報(bào)雷達(dá)對電氣化鐵路的防護(hù)間距為700 m,如表1所示。如果規(guī)劃中的磁懸浮鐵路在空管一次雷達(dá)的防護(hù)間距之內(nèi),則不滿足空管一次雷達(dá)的防護(hù)間距要求,需分析磁懸浮鐵路對空管一次雷達(dá)的影響,以確保其不會(huì)影響空管一次雷達(dá)的正常運(yùn)行。

表1 各種干擾源的防護(hù)間距表

1.2 有源干擾影響分析方法

以國家標(biāo)準(zhǔn)GB 13618—1992為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),分析、處理電氣化鐵路與空管雷達(dá)之間電磁兼容問題。由于空管一次雷達(dá)的工作頻段為2 760 MHz和2 840 MHz,為保證空管一次雷達(dá)能安全接收航空器反射回的信號,需考慮空管一次雷達(dá)接收到的磁懸浮鐵路產(chǎn)生的2 760/2 840 MHz干擾場強(qiáng)對空管一次雷達(dá)的影響。為保證雷達(dá)正常運(yùn)行,其接收到的干擾場強(qiáng)應(yīng)不大于空管一次雷達(dá)的最大容許干擾場強(qiáng)。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB 13618—1992附錄B中規(guī)定,空情雷達(dá)對變電站、鐵路、汽車公路等設(shè)備的最大允許場強(qiáng)可由式(1)計(jì)算:

式中,Ejpmax為最大允許干擾場強(qiáng)(dBμV/m),Ujfmax為最大允許干擾電壓有效值(dBμV),f為雷達(dá)工作頻率(M Hz),G為雷達(dá)天線增益(d B),Z為雷達(dá)接收機(jī)輸入阻抗(Ω),ΔEgp為準(zhǔn)峰值場強(qiáng)Ejp與峰值場強(qiáng)Ejp分貝數(shù)之差(d B),L為雷達(dá)天饋系統(tǒng)損耗(dB)。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB 13618—1992中規(guī)定,雷達(dá)接收機(jī)輸入端最大容許干擾電壓為

式中,Ujfmax為接收機(jī)輸入端最大容許干擾電壓有效值(μV),C為相對于白噪聲最大容許干擾電壓的增量系數(shù),Unf為等效到接收機(jī)輸入端的系統(tǒng)噪聲電壓有效值(μV)。

根據(jù)自由空間傳播的信號場強(qiáng)計(jì)算式(3),可以計(jì)算干擾無線電脈沖輻射到空管設(shè)備位置處的干擾場強(qiáng):

式中,Es為信號場強(qiáng)(dBμV/m),P為有效發(fā)射功率(W),d為計(jì)算點(diǎn)至空管設(shè)備接收處的距離(km)。

若干擾場強(qiáng)滿足式(4),則障礙物不會(huì)影響空管設(shè)備的正常工作:

3 實(shí)例分析

本文以東部某機(jī)場擬建磁懸浮鐵路為例,對有源干擾評估方法進(jìn)行分析、驗(yàn)證。

3.1 選址規(guī)劃

圖1是擬規(guī)劃的磁懸浮專線與空管一次雷達(dá)站的相對位置圖。興建中的磁懸浮專線距離機(jī)場空管一次雷達(dá)天線距離最近處為402.7 m,該處線路標(biāo)高為76.72 m。雷達(dá)站的地面標(biāo)高為86.56 m,塔高12 m,線路軌面標(biāo)高與雷達(dá)站的發(fā)射塔相對高差為21.84 m,磁懸浮車輛最高處與發(fā)射塔的相對高差為20.54 m。

圖1 磁懸浮專線與空管一次雷達(dá)相對位置圖

規(guī)劃中的磁懸浮專線到空管一次雷達(dá)的距離為402.7 m,在空管一次雷達(dá)的防護(hù)間距700 m范圍之內(nèi),其產(chǎn)生的電磁波可能會(huì)對一次雷達(dá)的正常工作產(chǎn)生影響,可能影響的范圍包括目標(biāo)在雷達(dá)屏幕上能否正常顯示等。因此,需要分析、論證城際鐵路對一次監(jiān)視雷達(dá)的影響,以判斷磁懸浮專線是否影響一次雷達(dá)正常運(yùn)行。

3.2 有源干擾分析

首先計(jì)算出空管一次雷達(dá)對電氣化鐵路的最大允許干擾場強(qiáng)。取f為2 760/2 840 MHz;電氣化鐵路的準(zhǔn)峰值場強(qiáng)Ejp與峰值場強(qiáng)Ejp分貝數(shù)之差ΔEgp參考文獻(xiàn)[9];根據(jù)該機(jī)場雷達(dá)的參數(shù)配置,接收機(jī)輸入阻抗取值為50Ω;天線增益大于天線損耗,取L,G為-7.43 dB;具體參數(shù)取值如表2所示。

表2 計(jì)算最大容許干擾場強(qiáng)的各參數(shù)值

國家標(biāo)準(zhǔn)GB 13618—1992中規(guī)定,電氣化鐵路的增量系數(shù)C為4,300～3 000 M Hz頻率接收機(jī)輸入端等效噪聲電壓Unf為0.85μV,再根據(jù)式(2)計(jì)算為1.632μV,經(jīng)單位換算,即為4.254 dBμV。

3.2.1 數(shù)據(jù)采集

由于磁懸浮鐵路正在規(guī)劃,將測試地點(diǎn)選在磁懸浮廠商的工廠,以及上海磁懸浮龍陽路站至浦東機(jī)場運(yùn)營段進(jìn)行。由于工廠周圍場地的局限性,將在離磁懸浮直線距離17 m處對磁懸浮鐵路在列車全牽引、全級制動(dòng)等情況下進(jìn)行測試。然后根據(jù)測試點(diǎn)的測試數(shù)據(jù),根據(jù)式(3)計(jì)算磁懸浮線路在2 760/2 840 MHz頻段產(chǎn)生的電磁干擾衰減到空管一次雷達(dá)接收天線處的干擾場強(qiáng),如圖2所示。

在測試點(diǎn),利用ESCI接收機(jī)和DS-50300小對數(shù)周期天線,在磁懸浮列車以全牽和全級制動(dòng)形式經(jīng)過時(shí),采取點(diǎn)頻測試分別測量磁懸浮此時(shí)產(chǎn)生的有源干擾場強(qiáng),測試數(shù)據(jù)如表3所示。

圖3 測試點(diǎn)與磁懸浮專線相對位置簡圖

表3 列車牽引和制動(dòng)時(shí)2 760/2 840 MHz點(diǎn)頻測量數(shù)據(jù)

ESCI接收機(jī)點(diǎn)頻測試中分辨率帶寬的選取,嚴(yán)格執(zhí)行GB/T 24338—2011《軌道交通電磁兼容》中的相關(guān)規(guī)定,如表4所示。

表4 點(diǎn)頻測試分辨率帶寬設(shè)置

3.2.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)式(3),分別計(jì)算在牽引和制動(dòng)情況下,磁懸浮列車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的無線電脈沖在空管一次雷達(dá)頻率內(nèi)的干擾場強(qiáng),如表5所示。通過與最大容許場強(qiáng)相比較,根據(jù)式(5)可以得出磁懸浮鐵路有列車經(jīng)過時(shí)不會(huì)影響空管一次雷達(dá)的正常運(yùn)行。

4 結(jié)束語

通過測試、驗(yàn)證和仿真,對東部某機(jī)場磁懸浮鐵路影響空管一次雷達(dá)的情況進(jìn)行了分析。可以看出,磁懸浮列車全牽引和制動(dòng)時(shí),產(chǎn)生的峰值場強(qiáng)、準(zhǔn)峰值和平均值場強(qiáng)不會(huì)影響該機(jī)場空管一次雷達(dá)的正常運(yùn)行;磁懸浮鐵路在有列車經(jīng)過時(shí),也不會(huì)影響空管一次雷達(dá)的正常運(yùn)行。

表5 列車全牽和全級制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的2 760/2 840 MHz干擾場強(qiáng)

[1]國際民航組織.國際民用航空公約:附件10 航空電信[M].蒙特利爾:國際民航組織出版社,2013.

[2]田斌.機(jī)場選址電磁環(huán)境測試方法和相關(guān)計(jì)算的研究[D].昆明:云南大學(xué),2009.

[3]顧有林,張志,王偉,等.電磁環(huán)境復(fù)雜度評估算法研究與仿真實(shí)現(xiàn)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2012,24(2):394-397,403.

[4]郝佳新,甘斌.復(fù)雜電磁環(huán)境下防空雷達(dá)的探測模型研究[J].計(jì)算機(jī)仿真,2009,26(6):33-36,69.

[5]程延松,孫清清,祝亮,等.一種確定空管監(jiān)視臺(tái)站選址范圍的方法[J].雷達(dá)科學(xué)與技術(shù),2015,13(4):345-349.

[6]韓丹,蔣豪,楊曉嘉.民航雷達(dá)電磁環(huán)境評估方法[J].電訊技術(shù),2016,56(5):585-590.

[7]對空情報(bào)雷達(dá)站電磁環(huán)境防護(hù)要求:GB 13618-1992[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1992:4-6.

[8]民用航空通信導(dǎo)航監(jiān)視臺(tái)(站)設(shè)置場地規(guī)范.第2部分:監(jiān)視:MH/T 4003.2-2014[S].北京:中國民航出版社,2014:13-15.

Evaluation of the Impact of Maglev Railway on PSR

DUAN Feng1,ZHANG Yong2
(1.Xinjiang Civil Aviation Air Control Equipment Co Ltd,Urumqi830011,China;2.The Second Research Institute of CAAC,Chengdu610041,China)

Primary Surveillance Radar(PSR)is of significant importance to the air traffic control for its important surveillance information.The surrounding terrain and facilities are the main factors that affect the PSR performance.To ensure aviation safety,it is necessary to evaluate the influences of terrain and facilities around the radar site.Take an airport in the eastern China region as an example,near which a magnetic levitation railroad is planning to construct.The analysis and evaluation of the railway influence on the airport air traffic control primary radar are made.The results indicate that the peak magnetic field strength and the quasi-peak strength and the average field strength created when the maglev train tracts and brakes will not affect the operation of the ATC primary radars.Also,when maglev railway train passing by,the PSR operation is able to maintain its normal performance.

maglev railway;primary surveillance radar(PSR);active interference;passive interference;electromagnetic assessment

TN954+.1

A

1672-2337(2017)02-0137-04

10.3969/j.issn.1672-2337.2017.02.005

2016-08-23;

2016-12-02

段 鋒男,1968年11月出生于新疆石河子,新疆民航空管設(shè)備有限責(zé)任公司副總經(jīng)理,高級工程師,主要從事民航空管監(jiān)視技術(shù)研究及安裝維護(hù)、項(xiàng)目管理方面的工作。

E-mail:duanfeng@sina.com

張 勇男,1984年12月出生于河南項(xiàng)城,中國民航局第二研究所空管工程技術(shù)研究所助理研究員,主要從事通信導(dǎo)航監(jiān)視技術(shù)研究、雷達(dá)安全方面的工作。