天津七一二通信廣播股份有限公司 呂琳 呂自鵬 張建軍 韓明

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)作為機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備，可能受到其他機(jī)載電子設(shè)備信號(hào)的干擾，本文分析了若干機(jī)載通信導(dǎo)航設(shè)備及相應(yīng)地面端對(duì)機(jī)載北斗接收機(jī)可能造成的干擾情況，并提出相應(yīng)防護(hù)建議。結(jié)果表明，所分析的機(jī)載電子設(shè)備存在干擾機(jī)載北斗接收機(jī)的可能性，但影響程度較小。

隨著衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，空中交通管理系統(tǒng)逐漸從現(xiàn)有陸基導(dǎo)航轉(zhuǎn)向星基導(dǎo)航，中國(guó)民航未來(lái)的主用導(dǎo)航系統(tǒng)將逐步過(guò)渡到以北斗系統(tǒng)為基礎(chǔ)，兼容多導(dǎo)航星座的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)[1]。在飛機(jī)飛行過(guò)程中，尤其是近著陸階段，干擾會(huì)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航的精度、完好性、連續(xù)性和可用性構(gòu)成威脅，是影響飛機(jī)安全的重要因素。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)作為未來(lái)的機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備，可能受到其他機(jī)載電子設(shè)備信號(hào)的干擾，對(duì)此，本文理論分析了若干機(jī)載通信導(dǎo)航設(shè)備及相應(yīng)地面端對(duì)機(jī)載北斗接收機(jī)造成的干擾情況，并給出了一些干擾防護(hù)建議。

1 甚高頻通信設(shè)備對(duì)機(jī)載北斗接收機(jī)的影響

甚高頻（Very High Frequency，VHF）航空移動(dòng)服務(wù)波段（118.0MHz到136.975MHz）分為760個(gè)頻道，每個(gè)頻道間隔25kHz。VHF通信是民航飛機(jī)與飛機(jī)之間，飛機(jī)與地面之間的主要通信方式。對(duì)于大多數(shù)地面端和所有的機(jī)載發(fā)射器來(lái)說(shuō)，國(guó)際民航組織（International Civil Aviation Organization，ICAO）規(guī)定最大有效全向輻射功率（Equivalent Isotropically Radiated Power， EIRP）為13dBW（20W）[2]。

VHF機(jī)載空地?zé)o線收發(fā)機(jī)的高次諧波可能會(huì)進(jìn)入到北斗導(dǎo)航頻段，對(duì)北斗機(jī)載接收機(jī)的正常運(yùn)行造成干擾威脅，其干擾途徑可分為以下兩種：

1.1 天線到天線的耦合

VHF收發(fā)機(jī)基本輸出頻率為118MHz～136.975MHz，其中的第12或第13次諧波可能會(huì)對(duì)北斗B1I信號(hào)造成干擾。對(duì)于大部分飛機(jī)，通過(guò)在收發(fā)機(jī)天線使用低通濾波器便可有效控制這種干擾。

1.2 天線電纜到天線電纜的耦合

從VHF收發(fā)機(jī)天線電纜到北斗接收機(jī)天線電纜的耦合作用會(huì)產(chǎn)生干擾。對(duì)于這種干擾，可通過(guò)適當(dāng)?shù)母綦x，天線接地以及電纜屏蔽即可有效消除。在電纜隔離距離受限的小型飛機(jī)上，還需要在VHF收發(fā)機(jī)加裝濾波器，以便更好的消除干擾影響。

相比于機(jī)載VHF設(shè)備，地面VHF無(wú)線電很難干擾到機(jī)載北斗接收機(jī)，主要是因?yàn)橄鄬?duì)于機(jī)載VHF設(shè)備，地面VHF發(fā)射器天線距離機(jī)載北斗接收機(jī)天線更遠(yuǎn)。如果發(fā)生了這種干擾，則可能是由于地面VHF設(shè)備的諧波輻射造成的，解決方法仍然是對(duì)VHF發(fā)射器的輸出進(jìn)行濾波。

2 測(cè)距儀對(duì)機(jī)載北斗接收機(jī)的影響

測(cè)距儀（Distance Measure Equipment， DME）是一種測(cè)距系統(tǒng)，由機(jī)載詢問(wèn)器和地面應(yīng)答器組成，二者配合工作，可連續(xù)向飛行員提供飛機(jī)到地面測(cè)距臺(tái)的實(shí)時(shí)距離信息[3]。

DME的機(jī)上詢問(wèn)器的工作頻率為1025MHz～1150MHz，地面應(yīng)答器的工作頻率為962MHz～1213MHz。DME工作頻率與共用中心頻率為1176.45MHz的GPS L5信號(hào)、北斗B2a信號(hào)和伽利略E5a信號(hào)的工作頻帶發(fā)生部分重疊，可能會(huì)對(duì)這些信號(hào)形成干擾從而導(dǎo)致使用這些信號(hào)的導(dǎo)航接收機(jī)無(wú)法正常工作。然而，對(duì)于中心頻率為1561.098MHz的北斗B1I信號(hào)，DME信號(hào)與其有很大的頻率間隔。

DME地面端和機(jī)載端發(fā)射近似于鐘型包絡(luò)的射頻脈沖，半振幅點(diǎn)寬度為3.5μs，這樣的波形設(shè)計(jì)是為了壓縮DME的頻譜寬度，減小對(duì)相鄰信號(hào)的干擾，其基帶和調(diào)制后的波形如圖1和圖2所示。

圖1 基帶DME波形Fig.1 Baseband DME waveform

圖2 調(diào)制DME時(shí)域波形Fig.2 Modulated DME time domain waveform

為了進(jìn)一步減小干擾，DME詢問(wèn)器和應(yīng)答器都采用脈沖對(duì)編碼發(fā)射，同時(shí)也只接收編碼時(shí)間間隔符合要求的信號(hào)。DME功率譜密度如圖3所示，可見(jiàn)其脈沖對(duì)能量的99%都集中在了0.8MHz的帶寬內(nèi)，且鄰波道頻率中心間隔1MHz，通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，可以避免DME其他波道信號(hào)的干擾。在發(fā)射功率方面，ICAO規(guī)定地面DME應(yīng)答脈沖的最大應(yīng)答率為2700對(duì)/秒，終端信標(biāo)應(yīng)答脈沖的最大輸出功率大于100W，而航路信標(biāo)則要大于1kW。

圖3 DME基帶信號(hào)功率譜Fig.3 DME baseband signal power spectrum

典型機(jī)載DME天線和北斗天線位置如圖4所示，機(jī)載DME天線位于機(jī)身前部的下方，而機(jī)載北斗天線位于機(jī)身前部上方。在飛機(jī)位于機(jī)場(chǎng)附近時(shí)，DME地面端應(yīng)答信號(hào)在傳輸?shù)奖倍诽炀€過(guò)程中，絕大部分會(huì)被機(jī)身屏蔽掉[4]。需要注意的是，如今很多飛機(jī)大量采用了復(fù)合材料，例如波音787，其機(jī)身大量采用碳纖維復(fù)合材料，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料占了整個(gè)機(jī)體重量的50%，國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919也達(dá)到了約30%，復(fù)合材料機(jī)身對(duì)DME信號(hào)的屏蔽作用會(huì)減小。

圖4 DME和北斗天線安裝位置Fig.4 DME and BDS antenna installation location

鑒于以下四方面因素，分析認(rèn)為DME地面站對(duì)機(jī)載北斗接收機(jī)的干擾可能性很?。?1)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)對(duì)于脈沖干擾信號(hào)有其固有的不敏感性，而且DME脈沖信號(hào)的占空比較低。(2)DME地面應(yīng)答器所發(fā)射的射頻脈沖信號(hào)的包絡(luò)形狀為高斯型，因此其信號(hào)頻譜寬度較窄，減少了對(duì)鄰道的干擾。(3)DME信號(hào)與北斗B1I信號(hào)之間較大的頻率間隔。(4)DME地面站與飛機(jī)之間的距離較遠(yuǎn)。

對(duì)于機(jī)載DME詢問(wèn)機(jī)發(fā)射的脈沖信號(hào)來(lái)說(shuō)，與DME地面端類似，其脈沖為占空比較低的高斯型包絡(luò)，使得其頻率旁瓣最小化從而避免了對(duì)相鄰信號(hào)的干擾。同樣，導(dǎo)航接收機(jī)對(duì)此種脈沖干擾并不敏感，干擾可能性低。

3 甚高頻全向信標(biāo)對(duì)機(jī)載北斗接收機(jī)的影響

甚高頻全向信標(biāo)系統(tǒng)（VHF Omni-Directional Range，VOR）屬于近程測(cè)角導(dǎo)航系統(tǒng)。其機(jī)載接收機(jī)通過(guò)接收地面VOR導(dǎo)航臺(tái)發(fā)射的電波，可以直接確定以導(dǎo)航臺(tái)所在位置的北向?yàn)榛鶞?zhǔn)的飛機(jī)方位[5]。

VOR機(jī)載接收機(jī)不刻意發(fā)射信號(hào)，但其本地振蕩器可能會(huì)產(chǎn)生諧波輻射，因此仍需考慮它對(duì)北斗接收機(jī)的干擾。對(duì)于機(jī)載北斗接收機(jī)來(lái)說(shuō)，如果與機(jī)載VOR接收機(jī)之間出現(xiàn)干擾問(wèn)題，可以使用適用于VHF通信收發(fā)機(jī)的干擾減輕技術(shù)，例如使用濾波器、加裝外殼、保持安全距離等。

對(duì)于VOR地面臺(tái)發(fā)射機(jī)來(lái)說(shuō)，其頻率在108.0MHz～117.950MHz的航空無(wú)線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)（Aeronautical Radio Navigation Service， ARNS）頻帶內(nèi)，通常航路VOR地面臺(tái)輻射功率為200W，而終端VOR地面臺(tái)輻射功率大約為50W。由于在北斗B1I頻帶和VOR頻帶之間有較大的頻率間隔，因此，如果對(duì)北斗B1I信號(hào)造成干擾，可能是由于VOR地面臺(tái)的諧波輻射造成的，VOR的第N次諧波落入了B1I頻帶內(nèi)，理論上可能導(dǎo)致對(duì)北斗B1I接收機(jī)的干擾。

4 高頻通信設(shè)備對(duì)機(jī)載北斗接收機(jī)的影響

高頻通信方式利用了地球表面和電離層的反射，信號(hào)傳播距離很遠(yuǎn)，可在數(shù)千公里距離上為飛機(jī)與飛機(jī)之間或地面站與飛機(jī)之間提供通信，通信頻率在2.850 MHz～23.350MHz之間的各個(gè)頻率上，大多數(shù)需要越洋的民用飛機(jī)都裝配了高頻通信系統(tǒng)。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定機(jī)載高頻通信發(fā)射機(jī)的最大發(fā)射能量是26 dBW，帶外雜散輻射須低于-43dBW[6]，因此，雖然機(jī)載高頻通信發(fā)射機(jī)可能產(chǎn)生高階諧波進(jìn)入北斗B1I頻帶內(nèi)，但其功率將非常低。另一方面，高頻通信使用次數(shù)并不多，在甚高頻通信覆蓋不到的區(qū)域，例如越洋飛行階段會(huì)使用高頻通信，最多一小時(shí)使用幾分鐘。綜合以上兩點(diǎn)，分析認(rèn)為高頻通信對(duì)機(jī)載北斗B1I接收機(jī)的干擾威脅很小。

5 結(jié)論

分析了若干機(jī)載通信導(dǎo)航設(shè)備對(duì)機(jī)載北斗接收機(jī)的干擾情況，理論分析表明，所分析的機(jī)載電子設(shè)備存在干擾機(jī)載北斗接收機(jī)的可能性，可考慮增加相應(yīng)防護(hù)措施以避免干擾事件的發(fā)生，在北斗接收機(jī)裝機(jī)前需進(jìn)行一系列嚴(yán)格的測(cè)試，以確保所處電磁環(huán)境的安全。