劉瑞華 李 銀 鄒 玲

（1.中國民航大學(xué)電子信息與自動(dòng)化學(xué)院，天津 300300；2.中國民航大學(xué)民航航空器適航審定技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300300）

1 引言

為緩解目前L頻段衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)擁擠的問題，世界無線電通信大會(huì)（World Radio Communications Conference，WRC）于2000年，將C頻段的5010 MHz～5030 MHz（Cn頻段）分配給了衛(wèi)星導(dǎo)航下行鏈路信號(hào)使用。C頻段導(dǎo)航信號(hào)的應(yīng)用對(duì)衛(wèi)星星上載荷要求過高，導(dǎo)致Cn頻段衛(wèi)星導(dǎo)航一度不被看好。隨著近年陣列天線等技術(shù)日益成熟并得到普遍應(yīng)用，再加上Cn 頻段信號(hào)本身具有優(yōu)秀的抗電離層延遲以及抗多路徑性能，Cn頻段作為很有潛力的衛(wèi)星導(dǎo)航候選頻段又引起了國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。

此前，歐洲Galileo 系統(tǒng)研究小組對(duì)Cn 頻段的研究較為深入，并就該頻段衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)調(diào)制方式給出建議［1］。中國科學(xué)院國家授時(shí)中心的盧曉春等人對(duì)C 頻段衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的設(shè)計(jì)展開了研究，由中國科學(xué)院自主研發(fā)和應(yīng)用的中國區(qū)域定位系統(tǒng)（China Area Positioning System，CAPS）是一種基于同步軌道（GEO）衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，非常適于承載Cn 頻段衛(wèi)星導(dǎo)航可行性相關(guān)試驗(yàn)［2］。Cn頻段上邊帶的5030 MHz～5091 MHz 已由國際標(biāo)準(zhǔn)的微波著陸系統(tǒng)（Microwave Landing System，MLS）主用，Cn頻段衛(wèi)星導(dǎo)航與MLS業(yè)務(wù)之間的電磁兼容性測(cè)試與分析，成為標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用Cn頻段導(dǎo)航信號(hào)計(jì)劃中必須解決的最關(guān)鍵問題之一［3］。

為了保證MLS作為精密進(jìn)近引導(dǎo)設(shè)備的正常服務(wù)，國際民航組織（International Civil Aviation Organization，ICAO）以及國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）對(duì)其制定了明確的保護(hù)準(zhǔn)則，即規(guī)定落在MLS 頻帶內(nèi)的功率通量密度（Power flux-density，PFD）不超過相關(guān)閾值［4-5］。依據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，上海交通大學(xué)的牛滿倉［6］、劉美紅［7］等人計(jì)算了采用不同調(diào)制方式的GNSS 信號(hào)的PFD；而關(guān)于MLS信號(hào)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的干擾評(píng)估，一般首先考慮干擾信號(hào)與期望信號(hào)的頻譜兼容性，國內(nèi)尚未有相關(guān)研究論文發(fā)表?；诟蓴_場(chǎng)景的建立，本文采用基于譜分離系數(shù)（Spectral Separation Coefficient，SSC）的等效載噪比方法，結(jié)合空間鏈路衰減模型，分析計(jì)算了MLS信號(hào)對(duì)Cn頻段衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的干擾情況，并給出避免有害干擾的所需分離距離，為Cn頻段衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)及接收機(jī)的設(shè)計(jì)與地面站選址提供依據(jù)。

2 系統(tǒng)特性及參數(shù)

2.1 MLS及其信號(hào)體制

MLS 是一種基于時(shí)基波束掃描原理的精密進(jìn)近著陸系統(tǒng)，被ICAO 采納，主要為民用機(jī)場(chǎng)和空軍基地提供全天候，甚至惡劣氣象條件下的進(jìn)近著陸服務(wù)。采用空中導(dǎo)出數(shù)據(jù)方法的MLS，由地面設(shè)備和機(jī)載設(shè)備組成，地面設(shè)備在其信號(hào)覆蓋扇區(qū)內(nèi)播發(fā)引導(dǎo)信號(hào)，位于覆蓋扇區(qū)內(nèi)的任意一架搭載了MLS 機(jī)載設(shè)備的飛機(jī)都能接收到引導(dǎo)信號(hào)，從而獲得自身的位置信息。圖1為典型的MLS設(shè)備布局以及數(shù)據(jù)傳輸鏈路示意。

由圖1 可知，典型的MLS 地面設(shè)備布局包括方位臺(tái)、仰角臺(tái)以及精密測(cè)距機(jī)。方位臺(tái)與仰角臺(tái)工作在5030 MHz～5091 MHz 頻段內(nèi)的200 個(gè)頻道上，時(shí)分播發(fā)帶有同步等信息的差分相移鍵控（Differential Phase Shift Keying，DPSK）數(shù)據(jù)字信號(hào)以及用于飛機(jī)確定自身角位置的掃描信號(hào)，距離信息由工作在960～1215 MHz的精密測(cè)距機(jī)提供［8］。

MLS 的DPSK 數(shù)據(jù)字信號(hào)采用ICAO 規(guī)定的編碼規(guī)則，碼率為15625 Hz，其功率譜與一般DPSK 信號(hào)一致。MLS 掃描信號(hào)由陣列天線賦形形成，掃描天線方向圖的3 dB波束寬度記為BW（對(duì)于方位天線一般采用1°、2°或3°，視跑道長度而定），在僅考慮主瓣的情況下，掃描天線方向圖可采用式（1）所示的高斯鐘形脈沖建模

式中：k=2ln2，θ為角度。

由于機(jī)載端接收到的“往”、“返”掃描信號(hào)的包絡(luò)與高斯信號(hào)形狀一致，將接收機(jī)接收“往”、“返”掃描脈沖包絡(luò)看作掃描天線方向圖在時(shí)間軸上的體現(xiàn)［9］，結(jié)合MLS 掃描信號(hào)測(cè)角原理，可得掃描信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為

式中：v為波束掃描速率，對(duì)于方位引導(dǎo)信號(hào)一般20°/ms；則k取2ln2，BW取值為3°。若飛機(jī)出現(xiàn)在相對(duì)跑道32°，方位天線掃描范圍±62°，工作頻點(diǎn)為5031 MHz的一對(duì)“往”、“返”掃描信號(hào)歸一化功率譜如圖2所示。

2.2 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及其信號(hào)體制

作為衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的最底層，載波以及載波頻率的選擇直接影響導(dǎo)航服務(wù)的性能。衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)載頻必須為時(shí)鐘基準(zhǔn)頻率1.023 MHz 的整數(shù)倍，為了給相鄰頻帶主用系統(tǒng)，即射電天文與MLS 留下足夠的保護(hù)余量，文獻(xiàn)［3］指出5022.93 MHz 較為適合作為Cn頻帶衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)載波頻率。

為了獲得較好的帶外衰減抑制，采用BPSK（n）調(diào)制方式，“n”表示碼片速率為n*1.023 MHz。Cn頻段帶寬只有20 MHz，為了最大限度保留信號(hào)主瓣能量，n的取值不超過10。

本文主要研究對(duì)象是載波頻率為5022.93 MHz，調(diào)制方法分別采用BPSK（2）、BPSK（5）和BPSK（10）的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)。其時(shí)域信號(hào)s(t)可以表示為

式中：sI(t)和sQ(t)為I 路和Q 路的偽隨機(jī)碼，fc為載波頻率。其對(duì)應(yīng)的理論功率譜可以表示為

式中：Tc為碼片速率的倒數(shù)，圖3 為采用BPSK（2）、BPSK（5）及BPSK（10），載波頻率為5022.93 MHz 的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)功率譜曲線。

3 干擾場(chǎng)景及功率鏈路分析

3.1 衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)對(duì)MLS的干擾場(chǎng)景

如圖4 所示的一個(gè)Cn 頻段衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)下行鏈路工作頻段與MLS 頻段相鄰，其傳輸?shù)纳漕l信號(hào)可能會(huì)對(duì)MLS服務(wù)造成有害干擾。

衛(wèi)星導(dǎo)航下行鏈路信號(hào)可以認(rèn)為是無阻擋開闊空間的自由空間傳播，經(jīng)驗(yàn)公式（5）用于計(jì)算下行信號(hào)的傳輸損耗Lf（dB）

式中：d為同步衛(wèi)星到地球表面距離，單位為km；f為衛(wèi)星導(dǎo)航下行頻率，單位為MHz。則r 點(diǎn)處接收天線所接收到的衛(wèi)星信號(hào)功率Pr為［10］

式中：Pr單位為dBW 或dBm；Gt為衛(wèi)星發(fā)射天線的增益，Gr為用來接收信號(hào)的接收天線增益，以dBi為單位；Latm代表值約為2 dB的大氣損耗值。

衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)采用圓極化，信號(hào)功率可以由上述鏈路傳播模型計(jì)算，通常衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)地面某點(diǎn)處的功率為-130 dBm～-120 dBm 左右（依據(jù)衛(wèi)星位置而變化）。

3.2 MLS信號(hào)對(duì)Cn頻段衛(wèi)星導(dǎo)航的干擾場(chǎng)景

假定跑道周圍地形平坦開闊，MLS 引導(dǎo)扇區(qū)內(nèi)無明顯障礙物，為了評(píng)估MLS服務(wù)信號(hào)對(duì)Cn頻段衛(wèi)星導(dǎo)航業(yè)務(wù)的干擾，建立如圖5所示的干擾場(chǎng)景。

除測(cè)距機(jī)以外，為一條跑道上的飛機(jī)提供進(jìn)近服務(wù)的MLS各個(gè)地面設(shè)備工作在同一頻點(diǎn)上，信號(hào)傳輸模型也相同。以進(jìn)近方位引導(dǎo)信號(hào)為例，MLS方位臺(tái)信號(hào)覆蓋扇區(qū)內(nèi)，某點(diǎn)處MLS信號(hào)功率PR由下式（7）計(jì)算

式中：PT為MLS 發(fā)射功率，單位為dBW 或dBm；GT為發(fā)射天線增益，GR為接收信號(hào)的接收天線增益，單位為dBi；Cl為電纜及纜頭損耗，PL為路徑損耗，單位為dB。

路徑損耗PL使用文獻(xiàn)［5］中機(jī)場(chǎng)傳播模型計(jì)算，即

式中：n=2.3，d0=462 m，d為距離MLS 天線相位中心的直線距離，單位為km。

MLS 方位引導(dǎo)扇區(qū)半徑約為41.7 km，在此扇區(qū)內(nèi)方位臺(tái)發(fā)射的DPSK 數(shù)據(jù)字信號(hào)與角度掃描信號(hào)（3°波束寬度），發(fā)射天線采取不同的增益。由于MLS 發(fā)射天線采用線極化，衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)采用圓極化，信號(hào)到達(dá)衛(wèi)星導(dǎo)航接收天線的功率概算還需考慮極化損耗。下表1給出了用于MLS信號(hào)功率概算的相關(guān)參數(shù)及其取值，其中“其他損耗”是可能存在的損耗項(xiàng)，取值均為代表值。

表1 MLS功率概算參數(shù)Tab.1 Parameters for MLS signal power estimating

為了保證MLS 的正常服務(wù)，《國際民用航空公約—附件10》對(duì)MLS信號(hào)覆蓋扇區(qū)內(nèi)的信號(hào)功率密度給出了最低門限。要求所有氣象條件下，DPSK數(shù)據(jù)字信號(hào)和掃描信號(hào)的功率密度，在覆蓋區(qū)內(nèi)的任何一點(diǎn)上，均不得小于下表2所列數(shù)值。

表2 MLS信號(hào)最低功率密度（dBW/m2）Tab.2 MLS signal minimum power density（dBW/m2）

本文考慮兩業(yè)務(wù)之間的干擾情況，導(dǎo)航接收機(jī)與干擾源之間視作無阻擋。工程應(yīng)用中，衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)一般安裝在飛機(jī)頂部，到達(dá)接收機(jī)的MLS 信號(hào)功率概算還需考慮機(jī)身繞射等影響因素。

4 干擾評(píng)估方法

4.1 衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)對(duì)MLS服務(wù)的干擾評(píng)估

一般情況下，微波著陸系統(tǒng)覆蓋區(qū)域只在機(jī)場(chǎng)和部分航線附近，而衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)經(jīng)過長距離空間衰減，到達(dá)MLS 接收機(jī)時(shí)已經(jīng)非常微弱，但是由于進(jìn)近著陸與生命安全相關(guān)，Cn頻段導(dǎo)航信號(hào)對(duì)MLS系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾必須在可接受的范圍內(nèi)。

根據(jù)文獻(xiàn)［4］、［5］，ICAO 給出了MLS 的保護(hù)門限，即落在5030 MHz～5091 MHz 上的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)在每150 kHz 的總功率通量密度不能超過-124.5 dBW/m2，PFD由式（9）計(jì)算

式中：d為地球表面接收機(jī)與可見衛(wèi)星間的距離，單位為km；Latm為服務(wù)頻段間的大氣損耗，一般取0.5 dB；G(f)為Cn 頻段衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)歸一化功率譜密度。EIRPs為等效全向輻射功率，由式（10）計(jì)算

式中：Lrl為接收機(jī)處理損耗，取值為6 dB；N0為熱噪聲功率密度，一般取值-174 dBm/Hz；Lfr為Cn頻段信號(hào)的空間傳輸損耗，單位為dB；Ar為接收端天線增益，單位為dBi；Ltro為對(duì)流層衰減，C 頻段對(duì)流層衰減一般取值為5.9 dB；(Cs/N0)eff為上文2.2 節(jié)中Cn頻段衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)在0.1 m 碼跟蹤精度下的載噪比，單位為dB-Hz，當(dāng)Cn 頻段衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)落地功率取-120 dBm 時(shí)，假定此時(shí)碼跟蹤環(huán)路的跟蹤精度為0.1 m，對(duì)應(yīng)的載噪比則為54 dB-Hz。

4.2 MLS信號(hào)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的干擾評(píng)估

衛(wèi)星下行接收系統(tǒng)主要由天線、饋源、高頻頭、傳輸線纜、功分器以及衛(wèi)星接收機(jī)組成。接收機(jī)射頻前端處理模塊接收到的信號(hào)混雜，包括所有可見衛(wèi)星信號(hào)和各種電磁場(chǎng)信號(hào)和干擾［11］。

由接收機(jī)原理可知，干擾信號(hào)會(huì)對(duì)接收機(jī)期望信號(hào)的捕獲等性能產(chǎn)生影響，而此影響與即時(shí)支路有關(guān)，可用該支路相關(guān)器輸出端的信干噪比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SNIR）來評(píng)價(jià)［12-13］，即時(shí)相關(guān)器的原理圖如圖6所示。

略過即時(shí)相關(guān)器相干與非相干輸出的SNIR 推導(dǎo)過程，將干擾信號(hào)作等效白噪聲處理，可得即時(shí)支路的輸出載干噪比ρ為

式中：P0為導(dǎo)航信號(hào)功率，PI為干擾信號(hào)功率，N0為白噪聲功率，單位都為dBW 或dBm；HB(f)為帶通濾波器的基帶頻率特性，計(jì)算時(shí)設(shè)為理想情況；G0(f)是導(dǎo)航信號(hào)在預(yù)積分時(shí)間內(nèi)的功率譜，GC(f)為本地參考信號(hào)的歸一化功率譜密度，GI(f)是干擾信號(hào)在預(yù)積分時(shí)間內(nèi)的功率譜。

不考慮干擾信號(hào)時(shí)，載噪比ρSNR表示為

則有

同時(shí)考慮噪聲和干擾時(shí)

于是可以給出譜分離系數(shù)k的定義式為

式中：Δf為期望信號(hào)與干擾信號(hào)的頻差，單位為MHz。

由式（14）、（15）可得基于譜分離系數(shù)k(Δf)的等效載噪比為

譜分離系數(shù)表征期望信號(hào)與干擾信號(hào)頻譜重疊程度，是評(píng)價(jià)電磁兼容性的重要參數(shù)之一，本文通過計(jì)算該值，從頻譜角度評(píng)估MLS 信號(hào)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的干擾情況?；谧V分離系數(shù)的等效載噪比與相干和非相干處理的即時(shí)相關(guān)器輸出載噪比均呈正比例關(guān)系，可以用于評(píng)估衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)捕獲性能。本文根據(jù)干擾信號(hào)不同（MLS DPSK 數(shù)據(jù)字信號(hào)或掃描信號(hào)），仿真計(jì)算譜分離系數(shù)以及等效載噪比值。根據(jù)載噪比經(jīng)驗(yàn)門限，結(jié)合干擾信號(hào)功率概算，計(jì)算避免有害干擾的所需分離距離值。

5 仿真計(jì)算結(jié)果

5.1 衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)對(duì)MLS干擾結(jié)果

假設(shè)Cn頻段衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)仿照當(dāng)前主流GNSS組網(wǎng)星座結(jié)構(gòu)，如我國BDS-3 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，包括：3顆GEO衛(wèi)星（分別位于80°E、110.5°E以及140°E）、3 顆IGSO 衛(wèi)星和24 顆MEO 衛(wèi)星，Walker 構(gòu)型為24/3/1。下行信號(hào)采用BPSK（2）、BPSK（5）和BPSK（10）三種調(diào)制方式，載波頻率為5022.93 MHz。當(dāng)MLS信號(hào)中心頻點(diǎn)為5031 MHz時(shí)，令可見星數(shù)目為13 顆，衛(wèi)星信號(hào)落地功率最大值為-120 dBm，下表記錄了相應(yīng)PFD最大值。

根據(jù)表3計(jì)算結(jié)果，采用上述星座結(jié)構(gòu)以及信號(hào)體制的Cn 頻段衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，落在MLS 帶內(nèi)每150 kHz上的功率通量密度最大值小于ICAO給出的保護(hù)閾值，不會(huì)對(duì)國際標(biāo)準(zhǔn)的MLS造成有害干擾。

表3 衛(wèi)星星座結(jié)構(gòu)及PFD計(jì)算值Tab.3 Constellation model and PFD results

5.2 MLS信號(hào)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)干擾結(jié)果

計(jì)算譜分離系數(shù)以及等效載噪比時(shí)，MLS 信號(hào)作為干擾信號(hào)應(yīng)分為兩類，即DPSK數(shù)據(jù)字信號(hào)和掃描信號(hào)。前者最長持續(xù)時(shí)間為9.3～15 ms，后者根據(jù)其產(chǎn)生原理，可以歸類為高增益窄帶連續(xù)波干擾。

MLS 信號(hào)發(fā)射端使用的帶通濾波器帶寬較大（通帶一般為60 MHz 以上），在考慮與Cn 頻段電磁兼容性時(shí)，濾波器帶外抑制可以忽略。

1）基于譜分離系數(shù)的等效載噪比

干擾信號(hào)為MLS DPSK 信號(hào)。輸入條件：MLS工作頻點(diǎn)取5031 MHz，衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)載波頻率為5022.93 MHz。假定熱噪聲功率密度為-174 dBm/Hz，衛(wèi)星信號(hào)落地功率取-130 dBm。MLS 方位天線對(duì)DPSK 數(shù)據(jù)字信號(hào)的增益取值為4 dBi，接收機(jī)前端濾波器帶寬取主瓣帶寬。

采用BPSK（2）/BPSK（5）/BPSK（10）三種調(diào)制方式的導(dǎo)航信號(hào)，與MLS DPSK 信號(hào)的譜分離系數(shù)分別為-89.0566/-88.4754/-61.7358。圖7 和圖8 繪制了基于譜分離系數(shù)的等效載噪比隨MLS 信號(hào)功率以及分離距離變化曲線。

圖7、圖8 的仿真結(jié)果表明，等效載噪比隨著干擾信號(hào)（DPSK）功率的增加總體呈下降趨勢(shì)，以接收機(jī)滿足最低載噪比門限33 dB-Hz 為標(biāo)準(zhǔn)，采用BPSK（10）的導(dǎo)航信號(hào)可以承受的最高干擾信號(hào)功率約為-101.6 dBm，此時(shí)導(dǎo)航接收機(jī)與MLS 天線相位中心所需分離距離為100 km，這意味著在100 km以內(nèi)的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)將無法正常服務(wù)；而采用BPSK（2）和BPSK（5）的導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)對(duì)應(yīng)的所需分離距離為6～7 km，比BPSK（10）表現(xiàn)更好。

干擾信號(hào)為MLS 掃描信號(hào)。輸入條件：掃描信號(hào)波束寬度為3°，長度為13 ms，飛機(jī)出現(xiàn)在相對(duì)跑道32°。方位天線對(duì)角度掃描信號(hào)的增益取值為15 dBi，接收機(jī)前端濾波器帶寬取主瓣帶寬。

采用BPSK（2）/BPSK（5）/BPSK（10）三種調(diào)制方式的導(dǎo)航信號(hào)，與MLS 掃描信號(hào)的譜分離系數(shù)分別為-371.6177/-363.4915/-61.7502。圖9 和圖10 計(jì)算了基于譜分離系數(shù)的等效載噪比隨干擾信號(hào)功率以及分離距離變化曲線。

圖9 與圖10 所示的仿真計(jì)算結(jié)果表明，掃描信號(hào)與導(dǎo)航信號(hào)的譜分離值較低，兩信號(hào)頻譜重疊程度低。這是因?yàn)橄鄬?duì)于導(dǎo)航信號(hào)，“往”、“返”掃描信號(hào)為窄脈沖，此時(shí)使用BPSK（2）和BPSK（5）調(diào)制的導(dǎo)航信號(hào)幾乎不會(huì)受到掃描信號(hào)的有害干擾。但是發(fā)射天線對(duì)掃描信號(hào)采用高增益發(fā)射，導(dǎo)致MLS扇區(qū)內(nèi)掃描信號(hào)功率值較大，BPSK（10）調(diào)制的導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)需要與之保持超過200 km 的地理間隔才能免受有害干擾。

2）遍歷MLS工作頻點(diǎn)的仿真結(jié)果

MLS 的工作帶寬很寬，擴(kuò)展模式下可以達(dá)到5030 MHz～5150 MHz，可以應(yīng)用的頻點(diǎn)眾多。為了確認(rèn)改變MLS工作頻點(diǎn)對(duì)頻譜兼容性的影響，圖11與圖12 分別繪制了MLS DPSK 信號(hào)與掃描信號(hào)遍歷5030 MHz～5061 MHz 工作頻點(diǎn)時(shí)，譜分離系數(shù)的變化曲線，接收機(jī)前端濾波器帶寬取40 MHz。

由圖11 和圖12 可以看出，隨著MLS 工作頻率的右移，采用BPSK（2）、BPSK（5）及BPSK（10）三種調(diào)制方式的導(dǎo)航信號(hào)與干擾信號(hào)的譜分離系數(shù)計(jì)算值總體呈下降趨勢(shì)。采用BPSK（2）時(shí)，譜分離曲線具有多谷值特性，且譜分離值整體偏低，說明采用BPSK（2）的導(dǎo)航信號(hào)與干擾信號(hào)的頻譜重疊程度較低，MLS可以應(yīng)用的頻點(diǎn)也更多。

為了保證接收機(jī)性能，除了改進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)體制，通常采用一定的分離距離來使干擾信號(hào)功率衰減到安全值以內(nèi)。圖13 與圖14 仿真了MLS 工作頻點(diǎn)在5030 MHz～5045 MHz 范圍內(nèi)，所需分離距離值的變化曲線。

仿真結(jié)果表明，相同的MLS工作頻點(diǎn)條件下，仍然是采用BPSK（2）調(diào)制方法最優(yōu)，所需分離距離整體低于其余兩種調(diào)制方式。當(dāng)MLS信號(hào)工作頻點(diǎn)在5033～5034 MHz之內(nèi)時(shí)，采用三種不同調(diào)制方式的導(dǎo)航系統(tǒng)受到干擾最弱，此時(shí)MLS地面臺(tái)址與衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)選址即使非?？拷膊粫?huì)影響導(dǎo)航接收機(jī)的工作。

3）接收機(jī)前端濾波器帶寬

接收機(jī)前端濾波器采用不同的通帶與阻帶，會(huì)對(duì)頻譜兼容性造成影響。圖15與圖16仿真計(jì)算了不同接收機(jī)前端濾波器帶寬下，基于譜分離系數(shù)的等效載噪比變化曲線。輸入條件：MLS與導(dǎo)航信號(hào)分別工作在5031 MHz 與5022.93 MHz，導(dǎo)航信號(hào)落地功率為-130 dBm，假定衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)距離干擾源20 km。

圖15與圖16的仿真結(jié)果表明，當(dāng)使用的接收機(jī)前端濾波器帶寬低于16 MHz左右時(shí)，等效載噪比性能較好，這是因?yàn)榇藭r(shí)干擾信號(hào)的頻譜主瓣未能落在導(dǎo)航信號(hào)帶內(nèi)。隨著帶寬增大，超過兩信號(hào)之間的兩倍頻偏時(shí)，載噪比性能下降比較明顯。由于相對(duì)于衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，MLS信號(hào)頻帶很窄，所以濾波器的滾降系數(shù)對(duì)譜分離系數(shù)計(jì)算結(jié)果影響不大。

4）窄帶干擾引起的載噪比降級(jí)

相對(duì)于其他場(chǎng)所，機(jī)場(chǎng)跑道環(huán)境頻率相對(duì)純凈，除MLS 信號(hào)之外的雜波干擾較少。常見的寬帶干擾為加性高斯干擾，在式（16）中體現(xiàn)為功率為N0的噪聲項(xiàng)；測(cè)試環(huán)境中可能存在的窄帶干擾有單頻干擾等形式，可能會(huì)影響兼容性評(píng)估結(jié)果。

假定接收機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，即不考慮多普勒頻移，令一單頻窄帶干擾信號(hào)發(fā)射頻率與導(dǎo)航信號(hào)一致，為5022.93 MHz，干擾帶寬為100 kHz（小于導(dǎo)航信號(hào)帶寬的10%），功率為-91 dBm；導(dǎo)航信號(hào)落地功率-130 dBm，接收機(jī)前端濾波器帶寬取主瓣帶寬。若上述單頻雜波與MLS 信號(hào)同時(shí)落入導(dǎo)航接收機(jī)帶內(nèi)，與沒有該干擾信號(hào)時(shí)相比，圖17 與圖18給出了導(dǎo)航接收機(jī)的等效載噪比變化情況。

由圖17 與圖18 的仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)同頻單音窄帶干擾發(fā)生，且功率達(dá)到一定水平，導(dǎo)航接收機(jī)的等效載噪比性能明顯降低。設(shè)置的窄帶干擾對(duì)采用BPSK（10）調(diào)制的導(dǎo)航信號(hào)接收影響較大，可以引起超過5 dB-Hz 的接收機(jī)等效載噪比損失。在實(shí)際測(cè)試安裝環(huán)境下，應(yīng)當(dāng)盡量排除跑道環(huán)境中的非MLS 發(fā)射窄帶干擾源，以免影響兩系統(tǒng)兼容性評(píng)估的可靠性。

6 結(jié)論

通過對(duì)Cn 頻段衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)與MLS 信號(hào)的頻譜兼容性評(píng)估，計(jì)算了兩信號(hào)在不同干擾場(chǎng)景下的干擾結(jié)果。結(jié)合仿真分析得出以下結(jié)論。

1）從頻譜兼容性來看，PFD 計(jì)算結(jié)果表明：采用BPSK（2）、BPSK（5）和BPSK（10）三種調(diào)制方式的Cn 頻段衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)不會(huì)對(duì)國際標(biāo)準(zhǔn)的MLS 造成有害干擾。

2）仿真結(jié)果表明，與BPSK（5）和BPSK（10）相比，采用BPSK（2）的Cn頻段衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)具有較好的譜分離度以及等效載噪比表現(xiàn)，采用其他調(diào)制方式的導(dǎo)航信號(hào)表現(xiàn)如何需要進(jìn)一步分析。

3）MLS 的工作頻段寬，頻道數(shù)目多，這為改善其與Cn 頻段衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的電磁兼容性提供了可能。選取合理的MLS 工作頻點(diǎn)是避免有害干擾的重要手段。

4）若Cn 頻段衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與MLS 的頻率選擇余地不大，可以通過增加分離距離來避免有害干擾。分析與計(jì)算結(jié)果表明，MLS播發(fā)的兩種信號(hào)對(duì)分離距離的要求不同；相同條件下，導(dǎo)航信號(hào)采用不同的調(diào)制方式，所需分離距離也不同。在設(shè)備選址時(shí)，需要綜合考慮以上兩個(gè)因素，以保證兩系統(tǒng)的正常服務(wù)。

5）衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)前端濾波器的通、阻帶帶寬以及滾降因子也會(huì)影響兩信號(hào)的譜分離系數(shù)計(jì)算結(jié)果，從而影響信號(hào)的捕獲性能。對(duì)Cn頻段導(dǎo)航信號(hào)采用合適的前端濾波，可以明顯降低MLS 信號(hào)對(duì)Cn頻段下行導(dǎo)航信號(hào)的干擾。

針對(duì)Cn 頻段衛(wèi)星導(dǎo)航業(yè)務(wù)信號(hào)與MLS 服務(wù)信號(hào)的頻譜兼容性，本文進(jìn)行了理論研究。所取得的研究結(jié)果是Cn 頻段衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與鄰頻其他主用系統(tǒng)兼容互操作論證的重要組成部分。接下來應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際測(cè)試，在充分考慮實(shí)際系統(tǒng)安裝環(huán)境的頻率純凈度的前提下，測(cè)量驗(yàn)證兩系統(tǒng)電磁兼容性，為Cn 頻段衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)研究，以及Cn 頻段衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在MLS 場(chǎng)地中的布署提供技術(shù)參考。