魯合德，張強(qiáng)

中國(guó)民用航空飛行學(xué)院 空中交通管理學(xué)院，廣漢 618307

為了方便人們對(duì)軌道交通與航空換乘的需要，很多城市的高速鐵路距離機(jī)場(chǎng)很近甚至有些高速鐵路橫穿機(jī)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了軌道交通與航空的零換乘。然而隨著列車(chē)速度的不斷提高，當(dāng)列車(chē)受電弓與高壓接觸網(wǎng)由于接觸不平順或硬點(diǎn)等因素，二者就會(huì)因接觸不良造成弓網(wǎng)的分離，產(chǎn)生弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧現(xiàn)象[1-5]，這種情況在列車(chē)過(guò)電分相時(shí)尤為突出。當(dāng)發(fā)生弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧瞬間，會(huì)向周?chē)臻g輻射電磁波，對(duì)周?chē)拿舾须娮釉O(shè)備造成一定的干擾，影響其正常工作。著陸是飛機(jī)整個(gè)飛行過(guò)程中飛行難度最大、操作最復(fù)雜，也是飛行事故多發(fā)的階段，根據(jù)國(guó)際民用航空組織(ICAO)統(tǒng)計(jì)，49%的飛行事故都發(fā)生在著陸階段[6]。由于著陸階段飛機(jī)速度很快，任何微小的干擾都會(huì)對(duì)飛機(jī)的著陸造成很大的影響，導(dǎo)致飛機(jī)降落偏離正常飛行軌道。當(dāng)高速鐵路列車(chē)與機(jī)場(chǎng)距離較近或有交叉時(shí)，弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧產(chǎn)生的電磁干擾可能會(huì)對(duì)機(jī)場(chǎng)的無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航設(shè)備產(chǎn)生干擾，影響飛機(jī)的安全起降[7]。因此研究高速鐵路弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧對(duì)飛機(jī)無(wú)線(xiàn)電設(shè)備的電磁干擾影響規(guī)律具有重要的意義。

國(guó)內(nèi)外有很多人對(duì)弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧的電磁干擾有過(guò)很多研究：Midya等系統(tǒng)地研究了弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧產(chǎn)生的原因及弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧傳導(dǎo)干擾和輻射干擾的影響因素[8-12]；國(guó)內(nèi)高宗寶教授等對(duì)高速鐵路中的弓網(wǎng)電弧現(xiàn)象進(jìn)行了研究，對(duì)電弧產(chǎn)生的危害、電弧研究現(xiàn)狀、電弧產(chǎn)生機(jī)理及電弧的特性進(jìn)行了詳細(xì)的研究[13]；支永健對(duì)弓網(wǎng)電弧電磁干擾傳播的理論進(jìn)行了探究，對(duì)分層土壤下弓網(wǎng)電弧的傳導(dǎo)及輻射進(jìn)行了仿真研究[14];遼寧工程大學(xué)的郭鳳儀教授等利用實(shí)驗(yàn)對(duì)弓網(wǎng)電弧的輻射進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究[15-18]；對(duì)于弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧對(duì)機(jī)場(chǎng)無(wú)線(xiàn)電設(shè)備的影響，國(guó)內(nèi)朱峰教授團(tuán)隊(duì)也進(jìn)行了大量的理論及試驗(yàn)研究[19-22]。其實(shí)弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧電磁輻射對(duì)無(wú)線(xiàn)電設(shè)備的影響主要是對(duì)機(jī)載接收端接收信號(hào)的干擾，其本質(zhì)是接收信號(hào)的信干比。之前的研究只是針對(duì)單個(gè)信標(biāo)，或某一種情形下的，給出的結(jié)論一般是針對(duì)某一個(gè)信標(biāo)臺(tái)某段頻率在某一特定情形下的影響結(jié)論。本文針對(duì)飛機(jī)進(jìn)近階段儀表著陸系統(tǒng)(Instrument Landing System,ILS)3個(gè)信標(biāo)臺(tái)(航向信標(biāo)、下滑信標(biāo)、指點(diǎn)信標(biāo))進(jìn)行分析，首先計(jì)算分析了高鐵線(xiàn)路與機(jī)場(chǎng)跑道以不同角度交叉對(duì)機(jī)載信號(hào)信干比的影響規(guī)律；然后結(jié)合實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)分析了弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧在最強(qiáng)干擾位置時(shí)對(duì)ILS各信標(biāo)臺(tái)的影響；最后通過(guò)綜合數(shù)據(jù)分析給出高鐵弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧對(duì)機(jī)場(chǎng)儀表著陸系統(tǒng)3個(gè)信標(biāo)影響的規(guī)律。

1 機(jī)場(chǎng)無(wú)線(xiàn)電設(shè)備及防護(hù)率要求

ILS是目前國(guó)內(nèi)外在機(jī)場(chǎng)終端區(qū)引導(dǎo)飛機(jī)精密進(jìn)近著陸的主要著陸引導(dǎo)設(shè)備，俗稱(chēng)盲降系統(tǒng)。儀表著陸系統(tǒng)主要分為3個(gè)子系統(tǒng)：提供橫向引導(dǎo)的航向信標(biāo)系統(tǒng)、提供垂直引導(dǎo)的下滑信標(biāo)系統(tǒng)和提供距離引導(dǎo)的指點(diǎn)信標(biāo)系統(tǒng)組成，其相對(duì)位置關(guān)系如圖1所示，圖中h為飛機(jī)飛行高度。

圖1 儀表著陸系統(tǒng)相對(duì)位置關(guān)系示意圖Fig.1 Schematic diagram of relative position of instrument landing system

航向信標(biāo)為進(jìn)近著陸的飛機(jī)提供水平引導(dǎo)，其工作頻率為108.1～111.95 MHz，地面航向信標(biāo)輻射分別有150 Hz和90 Hz調(diào)制的兩個(gè)調(diào)幅信號(hào)組成的和信號(hào)(CSB信號(hào))和差信號(hào)(SBO信號(hào))，機(jī)載接收機(jī)通過(guò)比較150 Hz和90 Hz這兩個(gè)信號(hào)的大小，指示飛機(jī)飛左飛右。下滑信標(biāo)為進(jìn)近著陸的飛機(jī)提供垂直引導(dǎo)，其工作頻率為329.15～335.0 MHz，和航向信標(biāo)一樣，下滑信標(biāo)同樣輻射分別有150 Hz和90 Hz調(diào)制的兩個(gè)調(diào)幅信號(hào)組成的和信號(hào)(CSB信號(hào))和差信號(hào)(SBO信號(hào))，機(jī)載接收機(jī)通過(guò)比較150 Hz和90 Hz這兩個(gè)信號(hào)的大小，指示飛機(jī)飛上飛下。指點(diǎn)信標(biāo)的工作頻率為75 MHz，指點(diǎn)信標(biāo)不輻射與導(dǎo)航參數(shù)有關(guān)的信息，僅向飛行員提供位置信息，指點(diǎn)信標(biāo)有內(nèi)指點(diǎn)、中指點(diǎn)和外指點(diǎn)3個(gè)信標(biāo)組成，對(duì)于I類(lèi)儀表著陸系統(tǒng)的機(jī)場(chǎng)，只需設(shè)置外、中指點(diǎn)信標(biāo)，中國(guó)絕大多數(shù)機(jī)場(chǎng)均采用這種安裝方法[23]。

儀表著陸系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)進(jìn)近著陸的引導(dǎo)是飛機(jī)飛行過(guò)程的關(guān)鍵階段，由于此時(shí)飛機(jī)的速度非?？?，任何對(duì)儀表著陸系統(tǒng)信號(hào)微小的干擾都會(huì)使飛機(jī)飛行軌跡產(chǎn)生極大的偏差，造成嚴(yán)重的飛行事故。因此為確保儀表著陸系統(tǒng)信號(hào)不受干擾，國(guó)家專(zhuān)門(mén)給出了相應(yīng)的防護(hù)率要求。GB 6364—2013《航空無(wú)線(xiàn)電臺(tái)(站)電磁環(huán)境要求》針對(duì)各種有源干擾源給出了儀表著陸系統(tǒng)各信標(biāo)臺(tái)相應(yīng)的防護(hù)率要求，如表1所示。由于鐵路弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧產(chǎn)生的電磁干擾屬于有源干擾源，因此采用有源干擾源的防護(hù)率要求進(jìn)行分析。

表1 ILS相關(guān)參數(shù)Table 1 Parameters of ILS

2 弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧測(cè)試

2.1 測(cè)試地點(diǎn)選取

根據(jù)以往的測(cè)試研究可知，在鐵路產(chǎn)生弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧的各典型點(diǎn)中，鐵路電分相處產(chǎn)生的弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧電磁干擾強(qiáng)度最大，對(duì)機(jī)場(chǎng)儀表著陸系統(tǒng)產(chǎn)生的影響最大，因此本文主要以電分相處產(chǎn)生的弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧研究其電磁干擾對(duì)飛機(jī)進(jìn)近著陸的影響。

選取某高速鐵路典型位置電分相處進(jìn)行電磁干擾測(cè)試，具體測(cè)試布局圖如圖2所示，其中電分相距離測(cè)試點(diǎn)的距離為165 m。

圖2 電分相測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)圖Fig.2 Electrical phase separation test spot

2.2 測(cè)試參數(shù)設(shè)置

通常對(duì)于弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧電磁干擾測(cè)試有兩種方式：接收機(jī)點(diǎn)頻測(cè)試和頻譜儀掃頻測(cè)試。頻譜儀掃頻測(cè)試，一次可以?huà)呙枵麄€(gè)頻段內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度，可以從整體上把握整個(gè)頻段內(nèi)的干擾強(qiáng)度大小；接收機(jī)的點(diǎn)頻測(cè)試是通過(guò)測(cè)試單個(gè)頻點(diǎn)上的場(chǎng)強(qiáng)從而得到不同頻點(diǎn)的電磁干擾強(qiáng)度。由于電磁干擾測(cè)試接收機(jī)比掃描儀具有更高的精度，本文采用點(diǎn)頻方式進(jìn)行測(cè)試。

利用ESCI電磁干擾接收機(jī)進(jìn)行頻段內(nèi)特定的頻點(diǎn)進(jìn)行精確測(cè)試。測(cè)試中分辨率帶寬為120 kHz(CISPR16-1中規(guī)定)，天線(xiàn)采用水平極化。測(cè)試檢波方式采用峰值檢波(PeaK detector,PK)、準(zhǔn)峰值檢波(Quasi PeaK detector,QPK)和平均值檢波(AVerage detector,AV)。測(cè)試儀器及其技術(shù)指標(biāo)如表2所示。利用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)得5 m同軸電纜的衰減損耗為0.81 dB，接頭損耗忽略不計(jì)。

表2 測(cè)試儀器型號(hào)及其技術(shù)指標(biāo)Table 2 Types and technical specifications of test instruments

2.3 測(cè)試數(shù)據(jù)

對(duì)于航向信標(biāo)和下滑信標(biāo)的測(cè)試，在其工作頻段內(nèi)隨機(jī)選擇3個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，指點(diǎn)信標(biāo)由于是單頻點(diǎn)工作，測(cè)試其工作頻率就可以了。接收機(jī)測(cè)試得到的數(shù)據(jù)如表3所示。表3給出了不同頻點(diǎn)測(cè)試得到的峰值檢波、準(zhǔn)峰值檢波和平均值檢波場(chǎng)強(qiáng)值。為了給飛機(jī)安全留有足夠安全裕度，以峰值數(shù)據(jù)作為計(jì)算參考。

表3 測(cè)試結(jié)果Table 3 Test results

為了與國(guó)標(biāo)規(guī)定的保護(hù)率要求進(jìn)行對(duì)比研究，需要將測(cè)試得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為10 m法數(shù)據(jù)，其計(jì)算公式為[24]

(1)

式中：ED和E10分別表示距離電弧D和10 m法得到的電場(chǎng)強(qiáng)度值，n為轉(zhuǎn)換系數(shù)，在30 MHz～110 MHz頻段內(nèi)，n=1.2，在110 MHz～1 GHz頻段內(nèi)，n=1.0。由于同軸電纜存在一定的衰減損耗，實(shí)際的10 m法場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)該是轉(zhuǎn)換后得到的計(jì)算值加電纜損耗。

3 弓網(wǎng)電弧電磁干擾的影響

由于弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧在不同頻率范圍內(nèi)的電磁干擾場(chǎng)強(qiáng)不同，因此對(duì)不同信標(biāo)臺(tái)的影響結(jié)果不同。本文主要研究鐵路下穿機(jī)場(chǎng)跑道的情形。由于鐵路以不同角度下穿機(jī)場(chǎng)跑道會(huì)造成不同的影響，同時(shí)飛機(jī)在不同位置處收到的干擾也不同，因此本文首先研究了鐵路以不同下穿角下穿機(jī)場(chǎng)跑道以及飛機(jī)在不同高度時(shí)弓網(wǎng)電弧對(duì)信標(biāo)臺(tái)的電磁干擾影響規(guī)律；然后以電磁干擾影響最嚴(yán)重的飛機(jī)高度位置處，對(duì)儀表著陸系統(tǒng)3個(gè)信標(biāo)臺(tái)分別進(jìn)行計(jì)算分析，評(píng)估弓網(wǎng)電弧對(duì)儀表著陸系統(tǒng)的影響。

3.1 機(jī)載信號(hào)信干比的變化規(guī)律

3.1.1 鐵路下穿角α對(duì)信干比的影響

當(dāng)鐵路以不同角下穿機(jī)場(chǎng)跑道時(shí)，弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧對(duì)ILS產(chǎn)生的電磁干擾影響不同，因此本節(jié)以航向信標(biāo)為例研究鐵路下穿角度的影響規(guī)律。

假設(shè)鐵路以α角度下穿機(jī)場(chǎng)跑道，其中飛機(jī)下滑角度θ=3°[23]，如圖3所示。根據(jù)電磁場(chǎng)基本原理可知：電弧與飛機(jī)的距離越近則產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度越大，因此電弧發(fā)生位置在飛機(jī)著陸跑道入口處時(shí)干擾比跑道遠(yuǎn)端的干擾更大，因此如果條件允許應(yīng)該將電分相的位置建在著陸跑道遠(yuǎn)端。本文考慮干擾比較大的情況，如果電分相不可避免的必須建立在著陸跑道入口一側(cè)時(shí)的影響情況。

已知航向信標(biāo)距離跑道遠(yuǎn)端的長(zhǎng)度為300 m，機(jī)場(chǎng)跑道長(zhǎng)度為3 600 m。通過(guò)圖3的幾何關(guān)系可得飛機(jī)在某一位置時(shí)距離航向信標(biāo)臺(tái)Ds和電弧的距離Dn：

圖3 鐵路下穿機(jī)場(chǎng)跑道示意圖Fig.3 Schematic diagram of railway passing airport runway underground

(2)

(3)

設(shè)航向信標(biāo)臺(tái)的發(fā)射功率為P，天線(xiàn)增益為G，則根據(jù)電磁波傳播原理，在距離航向信標(biāo)Ds(飛機(jī)處)位置處的功率流密度為

(4)

(5)

式中：Es為飛機(jī)接收到的航向信標(biāo)信號(hào)強(qiáng)度；η為空氣的本征阻抗。

假設(shè)弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧某頻點(diǎn)的輻射功率為

Pn,電弧均勻向空間輻射，則在距離Dn(飛機(jī)處)位置處的功率流密度為

(6)

(7)

式中：En為飛機(jī)接收到的弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧信號(hào)強(qiáng)度。

R=Es-En

(8)

只要機(jī)載信號(hào)的信干比大于GB 6364—2013《航空無(wú)線(xiàn)電臺(tái)(站)電磁環(huán)境要求》的防護(hù)率就能夠保證飛機(jī)接收到的信號(hào)不受電磁干擾影響。

航向信標(biāo)發(fā)射功率為15 W，增益為9.5 dB，假設(shè)弓網(wǎng)電弧電磁發(fā)射功率不變，當(dāng)飛機(jī)的飛行高度為100 m時(shí)，通過(guò)計(jì)算得到機(jī)載信號(hào)信干比與鐵路下穿機(jī)場(chǎng)角的關(guān)系如圖4所示。

圖4 機(jī)載接收信號(hào)信干比與鐵路下穿角的關(guān)系Fig.4 Relationship between signal-to-interference ratio of airborne received signals and railway under-passing angle

通過(guò)圖4可以看出下穿角越小機(jī)載信號(hào)的信干比越小，越容易受到電磁干擾影響。因此如果電分相在跑道著陸入口一端時(shí)，增大下穿角有利于減小干擾影響。

3.1.2 電分相位置x對(duì)信干比的影響

以鐵路45°角下穿機(jī)場(chǎng)跑道情形，對(duì)于飛機(jī)在某一固定位置時(shí)，研究電分相在沿跑道方向的不同位置對(duì)飛機(jī)電磁干擾的影響規(guī)律。如圖5所示，以跑道著陸入口處為原點(diǎn)，鐵路電分相(弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧發(fā)生點(diǎn))距離跑道著陸入口處的平行距離為x，飛機(jī)距離跑道著陸入口的水平距離為：hcotθ。

圖5 鐵路以45°下穿跑道示意圖Fig.5 Schematic diagram of railway passing under runway at 45°

還是假設(shè)飛機(jī)的飛行高度為100 m，研究機(jī)載信號(hào)信干比隨鐵路電分相位置x的變化規(guī)律。此時(shí)電弧距離飛機(jī)的距離變?yōu)?/p>

不同地應(yīng)力條件下，高壓水滲透進(jìn)入煤體中對(duì)裂隙擴(kuò)張效果有所差別，并且地應(yīng)力又對(duì)起裂壓力、起裂位置產(chǎn)生影響[20-21]。因此，當(dāng)孔隙水壓和水平應(yīng)力比組合影響時(shí)，定向壓裂效果有待研究。延用圖6的模型，控制水壓設(shè)定為8 MPa。試驗(yàn)中，通過(guò)改變模型邊界荷載形成不同水平應(yīng)力比，具體參數(shù)見(jiàn)表3。以此，研究非對(duì)稱(chēng)孔隙壓力場(chǎng)與不同地應(yīng)力比共同影響下裂隙的起裂、擴(kuò)展規(guī)律。

(9)

圖6給出了飛機(jī)接收到的航向信標(biāo)信號(hào)的信干比隨鐵路電分相位置的變化規(guī)律，從圖6可以看出，隨著x的增大信干比逐漸增大，因此當(dāng)x=0 m，即位于跑道入口位置處弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧產(chǎn)生的影響最大。

圖6 機(jī)載接收信號(hào)信干比隨x的變化曲線(xiàn)Fig.6 Curve of signal-to-interference ratio of airborne received signals along with x

3.1.3 飛機(jī)著陸高度h對(duì)信干比的影響

同樣地，以鐵路45°角下穿機(jī)場(chǎng)跑道的情形，電分相位置在機(jī)場(chǎng)跑道入口處(x=0 m)，當(dāng)飛機(jī)進(jìn)近著陸時(shí)隨高度的變化，機(jī)載信號(hào)信干比隨著陸高度h的變化規(guī)律如圖7所示。

圖7 機(jī)載接收信號(hào)信干比隨飛機(jī)著陸高度的變化曲線(xiàn)Fig.7 Curve of signal-to-interference ratio of airborne received signals along with aircraft landing height

通過(guò)圖7可以看出，隨著飛機(jī)著陸高度的增大，機(jī)載信號(hào)信干比先減小后增大，當(dāng)飛機(jī)著陸高度為43 m時(shí)，信干比最小，受到弓網(wǎng)電弧的電磁干擾最大。

3.2 弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧對(duì)ILS各信標(biāo)臺(tái)信號(hào)的影響

以鐵路45°角下穿機(jī)場(chǎng)跑道情形為例結(jié)合實(shí)際測(cè)試弓網(wǎng)電弧干擾場(chǎng)強(qiáng)大小求解高速鐵路電分相到機(jī)場(chǎng)跑道的最小保護(hù)距離。對(duì)于航向信號(hào)和下滑信號(hào)，當(dāng)飛機(jī)高度為43 m時(shí)干擾最大，為了保證飛機(jī)飛行安全，如果此位置處飛機(jī)沒(méi)有受到干擾則飛機(jī)在整個(gè)進(jìn)近著陸過(guò)程就不會(huì)受到影響。

對(duì)于下滑信標(biāo)和航向信標(biāo)一樣，干擾最大的位置在飛機(jī)高度為43 m處，由于指點(diǎn)信標(biāo)發(fā)射信號(hào)是垂直向上的，只有當(dāng)飛機(jī)飛越其上空時(shí)才會(huì)收到指點(diǎn)信標(biāo)信號(hào)，因此受干擾的位置在飛機(jī)飛越指點(diǎn)信標(biāo)上空。

3.2.1 弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧對(duì)航向信標(biāo)的影響

根據(jù)GB 6364—2013《航空無(wú)線(xiàn)電臺(tái)(站)電磁環(huán)境要求》規(guī)定，航向信標(biāo)的最遠(yuǎn)覆蓋范圍為146.3 km，在航向信標(biāo)信號(hào)覆蓋區(qū)內(nèi)，最低信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)為Emin=40 μV/m。利用電磁波傳播原理可以得到飛機(jī)在進(jìn)近著陸高度為43 m處的航向信標(biāo)信號(hào)強(qiáng)度為

(10)

根據(jù)表3的實(shí)際測(cè)試結(jié)果，實(shí)際測(cè)試得到的距離電弧位置165 m處的弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧的電磁干擾最大場(chǎng)強(qiáng)為68 dB·μV/m，加上同軸電纜的衰減損耗，可以得到弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧在165 m處實(shí)際的電磁干擾最大場(chǎng)強(qiáng)為68.81 dB·μV/m。通過(guò)電磁波傳播基本原理可以得到當(dāng)鐵路以45°角下穿機(jī)場(chǎng)跑道，電分相位于與機(jī)場(chǎng)跑道入口平行的位置時(shí)，飛機(jī)在進(jìn)近著陸高度為43 m處接收到的電磁干擾場(chǎng)強(qiáng)大小為

(11)

然后利用信干比式(8)可以得到當(dāng)鐵路經(jīng)過(guò)電分相發(fā)生弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧時(shí)，機(jī)載接收航向信標(biāo)的信干比為12.92 dB，小于GB 6364—2013《航空無(wú)線(xiàn)電臺(tái)(站)電磁環(huán)境要求》規(guī)定的20 dB最小防護(hù)率。因此如果鐵路以45°角下穿機(jī)場(chǎng)跑道，電分相位于與機(jī)場(chǎng)跑道入口平行位置處，同時(shí)飛機(jī)下落高度為43 m時(shí)，飛機(jī)接收到的航向信標(biāo)信干比為12.92 dB，低于國(guó)標(biāo)規(guī)的7.08 dB，會(huì)對(duì)航向信標(biāo)產(chǎn)生干擾。

3.2.2 弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧對(duì)下滑信標(biāo)的影響

根據(jù)GB 6364—2013《航空無(wú)線(xiàn)電臺(tái)(站)電磁環(huán)境要求》規(guī)定，下滑信標(biāo)的最遠(yuǎn)覆蓋范圍為18.5 km，在下滑信標(biāo)信號(hào)覆蓋區(qū)內(nèi)，最低信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)為Emin=400 μV/m。根據(jù)圖1可以計(jì)算得到下滑信標(biāo)臺(tái)距離飛機(jī)的距離為

(12)

利用電磁波傳播原理可以得到飛機(jī)在進(jìn)近著陸高度為43 m處的下滑信標(biāo)信號(hào)強(qiáng)度為

(13)

將式(13)減去式(11)可以得到當(dāng)鐵路經(jīng)過(guò)電分相發(fā)生弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧時(shí)，機(jī)載接收下滑信標(biāo)的信干比為29.08 dB，大于GB 6364—2013《航空無(wú)線(xiàn)電臺(tái)(站)電磁環(huán)境要求》規(guī)定的20 dB最小防護(hù)率。因此如果鐵路以45°角下穿機(jī)場(chǎng)跑道，電分相位于與機(jī)場(chǎng)跑道入口平行位置處，同時(shí)飛機(jī)下落高度為43 m時(shí)，飛機(jī)接收到的下滑信標(biāo)信干比為29.08 dB，大于國(guó)標(biāo)規(guī)定的最小防護(hù)率要求，不會(huì)干擾下滑信標(biāo)。

3.2.3 弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧對(duì)指點(diǎn)信標(biāo)的影響

中國(guó)民航大多數(shù)機(jī)場(chǎng)均采用只設(shè)置外指點(diǎn)和內(nèi)指點(diǎn)信標(biāo)的形式，因此以距離跑道入口較近的中指點(diǎn)信標(biāo)為例計(jì)算弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧對(duì)指點(diǎn)信標(biāo)的影響。根據(jù)GB 6364—2013《航空無(wú)線(xiàn)電臺(tái)(站)電磁環(huán)境要求》規(guī)定指點(diǎn)信標(biāo)臺(tái)向空中垂直發(fā)射錐型場(chǎng)，其中中指點(diǎn)信標(biāo)信號(hào)覆蓋范圍：高度為60～80 m，縱向?qū)挾葹?00～400 m，如圖8所示。信號(hào)覆蓋區(qū)內(nèi)最低信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)為Emin=1.5 mV/m=1 500 μV/m。

圖8 中指點(diǎn)信標(biāo)臺(tái)信號(hào)覆蓋區(qū)域Fig.8 Signal coverage area of middle marker beacon

中指點(diǎn)信標(biāo)臺(tái)距離跑道入口的距離取1 200 m，以中指點(diǎn)信標(biāo)所能覆蓋的最大范圍計(jì)算，即高度取80 m，縱向?qū)挾热?00 m，此時(shí)電分相距離飛機(jī)的距離及此時(shí)飛機(jī)接收到的弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧信號(hào)強(qiáng)度為

(14)

(15)

機(jī)載信號(hào)接收指點(diǎn)信標(biāo)的信干比為

R1=20lgEmin-En1

(16)

根據(jù)式(14)～式(16)可以求得機(jī)載信號(hào)接收到的指點(diǎn)信標(biāo)信號(hào)的信干比為16.64 dB，小于GB 6364—2013《航空無(wú)線(xiàn)電臺(tái)(站)電磁環(huán)境要求》規(guī)定的23 dB最小防護(hù)率。因此如果鐵路以45°角下穿機(jī)場(chǎng)跑道，電分相位于與機(jī)場(chǎng)跑道入口平行位置處，飛機(jī)經(jīng)過(guò)中指點(diǎn)信標(biāo)時(shí)接收到的指點(diǎn)信標(biāo)信干比為16.64 dB，低于國(guó)標(biāo)規(guī)定3.36 dB。

4 結(jié) 論

1) 當(dāng)鐵路以不同角度下穿機(jī)場(chǎng)跑道中心時(shí)，橫穿角度越小機(jī)載信號(hào)的信干比越小，越容易受到電磁干擾影響。因此增大下穿角度有利于減小干擾影響。

2) 當(dāng)鐵路以某一固定角度下穿機(jī)場(chǎng)時(shí)，隨著電分相到跑道距離增加干擾逐漸減小。

3) 當(dāng)鐵路以45°角下穿機(jī)場(chǎng)跑道中心，電分相位置與跑道入口平行時(shí)，隨著飛機(jī)著陸高度不斷降低，機(jī)載接收信號(hào)信干比先減小后增大，當(dāng)飛機(jī)高度為43 m時(shí)，信干比最小，受到弓網(wǎng)電弧的電磁干擾最大。

4) 通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析了弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧電磁輻射對(duì)機(jī)場(chǎng)ILS信標(biāo)臺(tái)的電磁干擾影響：當(dāng)鐵路以45°角下穿機(jī)場(chǎng)跑道，鐵路電分相位置與跑道入口平行時(shí)，飛機(jī)接收到的航向信標(biāo)信號(hào)的信干比為12.92 dB，低于國(guó)標(biāo)規(guī)定的最小防護(hù)率要求；飛機(jī)接收到的下滑信標(biāo)信號(hào)信干比為29.08 dB，大于國(guó)標(biāo)規(guī)定的最小防護(hù)率，不會(huì)對(duì)下滑信標(biāo)產(chǎn)生干擾；飛機(jī)接收到的指點(diǎn)信標(biāo)信號(hào)信干比為16.64 dB，低于國(guó)標(biāo)規(guī)定的最小23 dB的防護(hù)率要求。

5) 在機(jī)場(chǎng)及鐵路規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)著重考慮鐵路電分相弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧對(duì)機(jī)場(chǎng)ILS的電磁干擾，應(yīng)給出足夠的余量，以保證弓網(wǎng)離線(xiàn)電弧產(chǎn)生的電磁輻射不會(huì)對(duì)機(jī)載信號(hào)產(chǎn)生影響，從而影響飛機(jī)的進(jìn)近著陸安全。

本文可為高速鐵路與民航的電磁兼容性研究提供理論依據(jù)和技術(shù)方法，同時(shí)可為機(jī)場(chǎng)選址和鐵路選線(xiàn)提供技術(shù)支持。