王琴劍，李廷軍，張　楊，張海波，林　喻

（海軍航空工程學院a.研究生管理大隊；b.電子信息工程系；c.訓練部，山東煙臺264001）

高大地物對于中波導航臺的無源干擾特性

王琴劍a，李廷軍b，張楊c，張海波b，林喻a

（海軍航空工程學院a.研究生管理大隊；b.電子信息工程系；c.訓練部，山東煙臺264001）

航空中波無線電導航臺站的周邊建筑和電磁環(huán)境均有相關要求。隨著城市的發(fā)展，中波導航臺站周邊環(huán)境存在著較大的變化，經過前期的調研發(fā)現，高大地物是無源干擾的重要組成部分。本文通過對電磁學計算方法的分析，選用矩量法作為研究的數值方法，建立了地物的仿真模型。通過FEKO軟件的仿真，分析了地物無源干擾的重要特性。

高大地物；無源干擾；矩量法；FEKO仿真

為保證機場中波導航臺站的工作有效性，必須確保中波導航臺站周圍具有良好的電磁環(huán)境［1］。但是隨著我國城鎮(zhèn)化建設的發(fā)展，中波導航臺站周圍存在的無源干擾日益復雜，對于導航臺站周圍的電磁環(huán)境的評估成為了與地方城鎮(zhèn)化建設進行協(xié)調的重要因素，而在這些無源干擾中，中波導航臺周邊的高大地物（山丘、高大建筑物等）是里面的主要組成部分。

研究分析此無源干擾就是討論分析在高大物體存在的條件下導航臺發(fā)射天線方向圖的畸變情況［2］，為分析導航臺站周邊電磁兼容提供理論依據，同時可以將特高壓塔桿建設地點的選擇進行優(yōu)化，既保證空間的充分利用，又能使導航臺站正常工作，不影響飛機的飛行。

1　電磁計算方法

由于中波導航臺周圍地物面貌經常是很復雜的，因而在分析其對中波發(fā)射臺站影響時，不適合用傳統(tǒng)的理論分析方法來進行研究。在現有條件下采用計算機數值分析來解決問題被認為是合適的［3］?，F行常用的電磁學計算方法主要有矩量法、物理光學繞射法、幾何光學繞射法等［4］。針對本文所提到的問題，所用的頻率為1.035 MHz，此頻率屬于低頻范疇，且建立計算模型時，并沒有把電磁波進行分類，而是作了統(tǒng)一處理。正因為此種模型符合矩量計算法的特性，本文選擇矩量法作為仿真方法。

矩量法實際就是將積分或者是微分方程簡化近似為代數方程組求解的方法，具體實現過程如下。

用矩量法求解算子方程

式（1）中：L為線性算子；g為已知函數；f為未知函數。

在L的定義域 f可由一系列線性無關的函數f1，f2，f3…線性相加而成。即

完備的函數集 fn即稱為基函數，在理論層面 fn的項數是無窮的，但是在實際運用中，無法做到無窮項求和的計算，所以在應用時，選用有限項的基函數fn對式（2）進行近似運算，f的近似解就為

這樣求解 f的問題就轉化為求解an的問題。下面將近似解式（3）代入式（1），可以得到

選定適當的內積運算＜＞，然后在L的值域內選擇一組權函數wm，對式（4）兩邊同時對于權函數取內積，得到

此方程可以被認作未知數為an的線性方程組，將線性方程組解出來，把結果代入式（3），就得到 f的近似解。

老年人自我照顧能力較弱、對風險識別能力差、反應相對遲鈍,容易發(fā)生摔傷等意外傷害。相關數據顯示跌到致死超過所有老年人意外傷害死亡總人數60%,對老年人的健康安全狀況進行動態(tài)監(jiān)管的必要性不言而喻。為了適應當前中國老齡化的趨勢,實現對于老人的安全管理,研究設計了多功能北斗智能手杖系統(tǒng)對老人進行實時監(jiān)測。

在矩量法中，不僅僅函數可以選用不同的基函數展開，相應的權函數也有不同的選擇。他們之間不同的組合對于待求的場問題的解答有著相當大的影響。在所需解答的電磁兼容問題中，所分析的電場都是靜電場。解決此類問題所達成的共識是，采用脈沖函數作為基函數，采用最簡捷的點匹配法作為權函數選取標準。這種方法在靜電場中得到了充分應用［4］。

在使用矩量法的仿真軟件中，FEKO與EMC STUDIO是最常用的2種軟件，它們共同的優(yōu)點就是所需的計算機內存小且計算速度快、軟件界面友好，操作易上手。但是FEKO軟件可以進行簡單的CAD建模，對于模型可以進行翻轉、平移等簡單操作，而且可以和Matlab進行交互計算，使得其計算能力大大加強，正因為此，選擇FEKO軟件作為仿真軟件。

2　高大建筑物的模型建立

地物對于中波導航天線的無源干擾主要是對于中波天線發(fā)射的電磁波反射后對于中波天線的干擾，與中波天線原先的方向圖進行疊加，原先的中波天線方向圖會發(fā)生畸變，從而影響中波天線的性能。

對于中波天線的周圍方向圖而言，在沒有干擾的理想情況下，中波天線所發(fā)射的沒有方向性的垂直極化波，平面內各個點場強和能量都是一致的。但是如果加入到了干擾因素后，比如高大建筑物，由于高大建筑物對于電磁波有反射作用，而且實際生活中所遇到的高大地物的反射形式以散射為主，高大地物上每一處點向空間反射的電磁波的特性并不可控。另外，本文主要目的是幫助中波導航臺的選址問題，最大關注點是在此種情況下中波導航天線可不可用，以及在空域各個角度的增益大小以便判斷從何處來的飛機，導航臺向其發(fā)射的信號受到干擾最大。其重點并不是空域中各個點的場強和增益的具體大小用來支撐理論。

本文主要研究的是頻率為1.035 MHz的中波發(fā)射天線，當然由于實際環(huán)境比較復雜，需要對地物的模型進行簡化處理。

絕緣材料對于電磁波傳播主要是起阻擋反射作用，所研究的高大地物主要包括建筑物和山丘。對于陡峭的山丘和高大建筑物，可以運用CADFEKO將其簡化為理想絕緣體制作的立方體，而一般的可以運用圓錐體進行簡化大地采用理想的導電平面，在仿真的網格劃分中，將高大地物與大地連接處的網格劃分要密一些。

3　高大地物無源干擾分析

地物對于中波天線的干擾來自于中波天線發(fā)出電磁波經過地物發(fā)射后重新到達中波天線的電磁波。地物側面將中波天線發(fā)送的電磁波反射到地面，地面再次反射電磁波到達天線，2次反射后電磁波的衰減對于中波天線的影響幾乎可以忽略不計。

地物頂部將中波天線所發(fā)射的電磁波反射到空中，與中波天線自身所發(fā)射的電磁波所混合，影響飛機所接收到的導航天線信號，從而影響導航性能。任何大線的有效作用距離都是有限的，根據天線的有效作用距離，可以通過適當調整干擾建筑物的高度和其距天線的距離，達到減小干擾的目的。

4　仿真實驗與結論分析

理想狀態(tài)下，中波導航天線是全空域增益相同的天線，天線高度為168m，其頻率為1.035 MHz，則其理想狀態(tài)下方向圖如圖1所示。

圖1　理想狀態(tài)下中波導航天線方向圖Fig.1 Direction chart of wave navigation antenna under ideal state

4.1不同形狀地物模型對于無源干擾的區(qū)別

本文第2節(jié)所建立的模型，對于高大地物建模分為2種形式：立方體與圓錐體。本節(jié)分析這2種模型對于中波導航天線無源干擾影響的不同。

將材料定義為不導電的介質，立方體的長寬高分別為100m、20m、100m，與天線水平距離為50m，大地為理想狀態(tài)下的地面，則方向圖如圖2所示。同理，圓錐體材料為不導電的介質，高度為100m，圓錐半徑50m，距離天線的水平距離同樣為50m，大地為理想狀態(tài)下的地面，則方向圖如圖3所示。對比兩者的方向圖，可以看出立方體的干擾明顯要比圓錐體要強，所以在選址時，要盡量避開某些高大的立體建筑物和懸崖等地物。另外，立方體在（120°，300°）2個方向上增益減小，圓錐體在（90°，270°）2個方向上增益減小。因此，在使用存在地物干擾時，要在干擾強的方向上避免使用導航臺以避免飛行員判斷錯誤。

圖3　地物模型為圓錐體時的方向圖Fig.3 Direction chart of object under for cone

4.2地物距天線的距離對于干擾的影響

為了使得干擾隨著距離的變化而變化的情況觀察起來比較明顯，選擇干擾比較明顯的模型，所以選用立方體作為干擾模型。將材料定義為不導電的介質，立方體的長寬高分別為100m、20m、100m，與天線的水平距離分別為50m、100m、150m，大地為理想狀態(tài)下的地面，3種情況的方向圖如圖4～6所示?？梢园l(fā)現，距離天線越近的物體對于方向圖的衰減越大，但是方向圖的整體畸變較輕，這是因為距離越遠，對于電磁波的反射愈發(fā)發(fā)散，導致空域范圍內的電磁環(huán)境變化越大。但是距離越遠，反射后的電磁波能量越小，對于天線發(fā)射的能量影響越小。兩者權衡之下，認為仍然應該采取將建筑物遠離中波導航臺。雖然方向圖畸變嚴重，但是由于衰減較小，在畸變方向上對于導航精度影響不大，并不能導致在一個方向上不能使用的情況。

圖4　間距為50m時的天線方向圖Fig.4 Direction chart of spacing50m

圖5　間距為100m時的天線方向圖Fig.5 Direction chart of spacing100m

圖6　間距為150m時的天線方向圖Fig.6 Direction chart of spacing150m

4.3地物高度對于干擾的影響

同樣，采用立方體作為地物模型，將材料定義為不導電的介質，立方體的長寬分別為100m、20m，地物高度分別為100m、150m、200m、，與天線的水平距離為50m，大地為理想狀態(tài)下的地面，3種情況的方向圖如圖7～9所示。

圖7　高度為100m時的天線方向圖Fig.7 Direction chart of height100m

圖8　高度為150m時的天線方向圖Fig.8 Direction chart of height150m

圖9　高度為200m時的天線方向圖Fig.9 Direction chart of height200m

分2種情況來分析：當地物高度小于天線高度時，發(fā)現高度越高，方向圖與干擾強度的變化不是非常明顯，說明地物高度在小于天線高度時，高度并不是影響干擾的決定因素；但是，當地物高度大于天線高度時，發(fā)現方向圖有了明顯的畸變，而且增益明顯變小，在一定方向上天線無法工作。這要求導航臺周邊不得出現高于天線高度的建筑物，因而做環(huán)境因素評估時，必須把此因素考慮進去。

5　小結

本文首先介紹了本文所采用的仿真軟件FEKO的電磁計算的理論基礎——矩量法；然后，運用CADFEKO的方法，將本文所研究的地物建立了2種不同類型的模型；最后，通過FEKO軟件的仿真，比較了不同情況下地物對于中波導航臺的干擾強度，得到了防護方法。

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Passive Interference Characteristics of High and Large Ground Abjects with Medium Wave Beacon

WANG Qinjiana，LI Tingjunb，ZHANG Yangc，ZHANG Haibob，LIN Yua
（Naval Aeronautical and Astronautical University a.Graduate Students’Brigade；b.Department of Electronic and Information Engineering；c.Department of Training，Yantai Shandong 264001，China）

Navigation aviation medium wave radio station electromagnetic environment of the surrounding buildings and all have related requirements，along with the development of the city，medium-wave navigation station there are big changes in the surrounding environment.After a preliminary investigation it was found that high and large ground abjects is an im?portant part of the passive jamming.In this paper，through the study of the calculation method of electromagnetism，the mo?ment method was chosen as the study of the numerical method，the feature of the simulation model was established，and through simulation software FEKO，analyzes the features of passive jamming important features were analyzed.

high and large ground abjects；passive interference；moments method；FEKO simulation

TN972+.4

A

1673-1522（2015）06-0526-05DOI：10.7682/j.issn.1673-1522.2015.06.006

2015-07-22；

2015-09-21

王琴劍（1991-），男，碩士生。