徐如蘭潘云飛 2

（ 1.中國(guó)民用航空華北地區(qū)空中交通管理局，北京 100621；2.中國(guó)民用航空華北地區(qū)空中交通管理局內(nèi)蒙古分局，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070）

1 系統(tǒng)概述

民航空管無線電信號(hào)監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)包括“可搬移式民航空管無線電監(jiān)測(cè)測(cè)向設(shè)備”和“空管無線電數(shù)據(jù)分析處理平臺(tái)”2個(gè)部分。系統(tǒng) 組成如圖1所示。

“ 可搬移式民航空管無線電監(jiān)測(cè)測(cè)向設(shè)備”的硬件包括雙通道監(jiān)測(cè)接收機(jī)（含監(jiān)測(cè)測(cè)向天線）、數(shù)字信號(hào)處理板、嵌入式計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備、通信設(shè)備、遠(yuǎn)程監(jiān)控環(huán)境監(jiān)控設(shè)備及電池等。設(shè)備端需要進(jìn)行設(shè)備控制、軟件無線電處理、數(shù)據(jù)采集分析、記錄及通信。

“空 管無線電數(shù)據(jù)分析處理平臺(tái)”子系統(tǒng)包括空管無線電數(shù)據(jù)分析處理軟件、空 管電子地理信息軟件（基于G IS）和空管無線電數(shù)據(jù)庫(kù)（基于Oracle）3項(xiàng)應(yīng)用軟件。空管無線電數(shù)據(jù)分析處理軟件是該平臺(tái)的核心，基于平臺(tái)的框架體系和數(shù)據(jù)總線，向電子地理信息軟件推送原始或經(jīng)計(jì)算的數(shù)據(jù)，可顯示數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，并支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的高速訪問，可完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理和提??；空管電子地理信息軟件可存儲(chǔ)、處理和提取設(shè)備臺(tái)站的相關(guān)信息。應(yīng)用軟件之間可進(jìn)行信息交互共享。空管無線電數(shù)據(jù)分析處理平臺(tái)的總體架構(gòu)[1]如圖2所示。

通過監(jiān)測(cè)測(cè)向設(shè)備，實(shí)時(shí)采集無線電臺(tái)站設(shè)備在不同時(shí)間與地點(diǎn)發(fā)射信號(hào)的電磁數(shù)據(jù)，利用空管無線電數(shù)據(jù)分析處理平臺(tái)將采集的數(shù)據(jù)與臺(tái)站標(biāo)稱數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，計(jì)算頻率占用度等參數(shù)信息，評(píng)估空管頻率資源的使用效率，有利于監(jiān)控設(shè)備臺(tái)站發(fā)射信號(hào)的各項(xiàng)參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)民航無線電干擾監(jiān)測(cè)分析。在GIS平臺(tái)上可直觀展示所轄空管設(shè)備及周圍電磁環(huán)境的信號(hào)信息，包括設(shè)備臺(tái)站信號(hào)的射頻工作狀態(tài)以及頻率使用效率、民航無線電事實(shí)干擾及潛在干擾數(shù)據(jù)等。該設(shè)備可以處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，生成多種無線電統(tǒng)計(jì)報(bào)表，例如 民航臺(tái)站信號(hào)參數(shù)測(cè)量統(tǒng)計(jì)表、民航專用頻段監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表、民航干擾信號(hào)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表、民航專用頻段噪聲監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表等，空管無線電數(shù)據(jù)分析處理平臺(tái)主界面如圖3所示。

圖 3 空管無線電數(shù)據(jù)分析處理平臺(tái)主界面圖

民航空管無線電信號(hào)監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)主要應(yīng)用如表1所示。

表1 民航空管無線電信號(hào)監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)主要應(yīng)用

2 民航空管無線電臺(tái)站信號(hào)開場(chǎng)測(cè)試的應(yīng)用

該應(yīng)用對(duì)空管臺(tái)站設(shè)備的無線電發(fā)射進(jìn)行開場(chǎng)測(cè)試和數(shù)據(jù)采集，所有測(cè)試結(jié)果存入數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，完成對(duì)發(fā)射設(shè)備的射頻部分運(yùn)行狀態(tài)和質(zhì)量的輔助監(jiān)測(cè)。在數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)中，將歷史數(shù)據(jù)、不同方位測(cè)試數(shù)據(jù)與臺(tái)站標(biāo)稱數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可分析臺(tái)站可能受擾的情況。

空管電子地理信息軟件和空管無線電數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)在數(shù)據(jù)庫(kù)中錄入和存儲(chǔ)管理的地空甚高頻臺(tái)、航向信標(biāo)、下滑臺(tái)、一、二次雷達(dá)等無線電臺(tái)站的標(biāo)稱數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)和信息展現(xiàn)。 將同一臺(tái)站同一設(shè)備的最新發(fā)射信號(hào)測(cè)量數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的臺(tái)站標(biāo)稱數(shù)據(jù)進(jìn)行比較；分析設(shè)備性能的變化。

測(cè)量記錄的民航無線電臺(tái)站和無線電信號(hào)[2]包括以下幾項(xiàng)：1）VHF地空通信臺(tái)站。VHF地空通信無線電臺(tái)站信號(hào)（117MHz～137MHz）。2）導(dǎo)航臺(tái)站。儀表著陸系統(tǒng)-指點(diǎn)信標(biāo)信號(hào)（74.6MHz～75.4MHz）、儀表著陸系統(tǒng)-航向信標(biāo)信號(hào)（108MHz～112MHz）、儀表著陸系統(tǒng)-下滑信標(biāo)信號(hào)（328.6MHz～335.4MHz）、全向信標(biāo)臺(tái)信號(hào)（108MHz～118MHz）、測(cè)距儀信號(hào)（906MHz～1215MHz）。3）監(jiān)視雷達(dá)臺(tái)站?？展芙桃淮伪O(jiān)視雷達(dá)（A路2760MHz，B路2840MHz）、空管遠(yuǎn)程一次監(jiān)視雷達(dá)（1250MHz～1350MHz）、空管二次雷達(dá)（發(fā)射頻率TX：1030MHz，接收頻率RX：1090MHz）。4）衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)（GNSS）：GPS信號(hào)（L1波段：（1575.42±10.00）MHz；L2波段：（1227.60±10.00）MHz）。

民航無線電臺(tái)站信號(hào)參數(shù)和數(shù)據(jù)的測(cè)量記錄包括：1）信號(hào)幅度、場(chǎng)強(qiáng)（可通過無線電傳播模型推算發(fā)射功率）。2）中心頻率、頻差、頻偏、帶寬。3）調(diào)制模式、調(diào)制參數(shù)。4）底噪、載噪比信號(hào)IQ數(shù)據(jù)、頻譜圖、解調(diào)話音、測(cè)量時(shí)間、地點(diǎn)（經(jīng)緯度）、測(cè)量設(shè)備ID、天線ID和極化形式、測(cè)量人員。

為了保持?jǐn)?shù)據(jù)的可比性，每次對(duì)上述臺(tái)站進(jìn)行開場(chǎng)測(cè)量須使用同一監(jiān)測(cè)天線和方法，比較的數(shù)據(jù)須使用在相同的時(shí)間段（每日）和地點(diǎn)測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)，記錄和展示的信號(hào)幅度可采用電平值或場(chǎng)強(qiáng)值，如使用電平值須消除天線增益及線纜損耗的影響實(shí)現(xiàn)歸一化，場(chǎng)強(qiáng)值則可使用天線因子計(jì)算而獲得。

3 民航無線電專用頻段和有關(guān)頻段監(jiān)測(cè)的應(yīng)用

掃描監(jiān)測(cè)民航無線電專用頻段，利用監(jiān)測(cè)設(shè)備采集獲取的連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或頻率/時(shí)間占用度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，掃描監(jiān)測(cè)易對(duì)民航產(chǎn)生干擾的調(diào)頻廣播、電視等頻段的電磁環(huán)境信息，采集全頻段頻譜和底噪頻譜數(shù)據(jù)，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)未注冊(cè)非法信號(hào)和疑似干擾信號(hào)，并記入監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。

空管電子地理信息軟件和空管無線電數(shù)據(jù)庫(kù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊區(qū)域調(diào)頻廣播、電臺(tái)相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢和結(jié)果展示。通過處理 IQ 數(shù)據(jù)，回放地空通信語(yǔ)音以及動(dòng)態(tài)時(shí)域下的頻域信息，掌握信號(hào)頻域、時(shí)域和調(diào)制域特征，進(jìn)一步確認(rèn)存在參數(shù)偏離或受干擾的情況。

4 民航無線電干擾自動(dòng)監(jiān)測(cè)和分析的應(yīng)用

利用監(jiān)測(cè)設(shè)備的干擾自動(dòng)監(jiān)測(cè)分析功能，定期、定點(diǎn)監(jiān)測(cè)和檢測(cè)出對(duì)民航地空甚高頻通信、導(dǎo)航和監(jiān)視雷達(dá)等無線電臺(tái)站構(gòu)成事實(shí)干擾的干擾信號(hào)，或在接到民航干擾申訴后到干擾發(fā)生區(qū)域進(jìn)行干擾監(jiān)測(cè)和分析，查明干擾產(chǎn)生機(jī)理和干擾類型，分析干擾源；對(duì)難以復(fù)現(xiàn)的隨機(jī)、短時(shí)干擾，可將監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行臨時(shí)架設(shè)采取長(zhǎng)期、不間斷監(jiān)測(cè)方式進(jìn)行偵測(cè)捕獲，出現(xiàn)干擾后自動(dòng)實(shí)時(shí)分析和記錄（包括IQ數(shù)據(jù)），為無委或民航部門最終查找和排除干擾提供充分的信息支持。

4.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)分析民航無線電干擾

查明干擾方式（機(jī)理）和干擾類型，分析干擾源，記錄干擾現(xiàn)場(chǎng)的全息電磁環(huán)境數(shù)據(jù)。干擾類型分析判別時(shí)，給出判斷準(zhǔn)確度概率?；诳展茈娮拥乩硇畔④浖涂展軣o線電數(shù)據(jù)庫(kù)，可存儲(chǔ)空管無線電干擾數(shù)據(jù)和告警，便于無線電監(jiān)測(cè)部門及時(shí)獲得干擾預(yù)警信息，掌握設(shè)備臺(tái)站可能受到干擾的具體情況，有針對(duì)性地制定空管設(shè)備干擾預(yù)防的防護(hù)手段。

筆者將民航干擾方式總結(jié)為以下6種類型：同頻干擾、鄰頻干擾、互調(diào)干擾、雜散干擾、突發(fā)干擾、GPS干擾。

將民航干擾信號(hào)總結(jié)為以下11種類型：FM廣播發(fā)射互調(diào)干擾、FM廣播泄漏雜散干擾、廣播電視增補(bǔ)頻道發(fā)射干擾、有線電視增補(bǔ)頻道泄漏干擾、非法廣播干擾（直接或雜散干擾）、非法電視發(fā)射干擾、數(shù)傳發(fā)射干擾、視頻無線數(shù)傳發(fā)射干擾、ISM設(shè)備雜散干擾和噪聲干擾、GPS干擾、其他干擾。

4.2 互調(diào)信號(hào)分析

自動(dòng)計(jì)算出同一時(shí)間發(fā)射的頻率產(chǎn)生出的互調(diào)信號(hào)，分析其可能對(duì)相應(yīng)航空信號(hào)產(chǎn)生的影響。互調(diào)干擾分析判斷時(shí)可計(jì)算出判斷準(zhǔn)確度概率。

4.3 干擾管理功能

具有對(duì)干擾告警和分析結(jié)果的查詢、添加、處理、刪除功能。

4.4 干擾統(tǒng)計(jì)功能

具有對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的功能，統(tǒng)計(jì)內(nèi)容包括信號(hào)類型、干擾分布、受干擾部門和干擾特征等?？蓪?duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行查詢，監(jiān)測(cè)臺(tái)站射頻信號(hào)參數(shù)情況，評(píng)估空管設(shè)備臺(tái)站電磁環(huán)境存在的干擾等潛在威脅的信息，生成民航專用頻段監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表、民航干擾信號(hào)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表、民航專用頻段噪聲監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表等。

4.5 干擾分析功能

具有對(duì)航空頻段信號(hào)進(jìn)行干擾分析的功能，包括時(shí)域分析及能量分析、相似廣播信號(hào)分析，具有頻譜分析的功能，通過對(duì)電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)保存大量數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)臺(tái)站電磁環(huán)境態(tài)勢(shì)的分析，并結(jié)合電子地圖進(jìn)行可視化展示。

4.6 干擾告警記錄管理功能

查詢當(dāng)前監(jiān)測(cè)網(wǎng)內(nèi)存在的告警信號(hào)，告警信號(hào)類型包括新增、疑似黑廣播、持續(xù)存在、電平變化、有相似廣播信號(hào)等。

5 民航無線電干擾測(cè)向、定位和逼近查找的應(yīng)用

使用測(cè)向天線對(duì)發(fā)現(xiàn)的干擾信號(hào)或干擾源信號(hào)進(jìn)行測(cè)向，在GIS上繪制方向圖和來波最大場(chǎng)強(qiáng)示向線；通過在多地點(diǎn)對(duì)干擾信號(hào)或干擾源信號(hào)進(jìn)行測(cè)向，在GIS上對(duì)信號(hào)進(jìn)行交匯定位；通過人工攜帶設(shè)備或車載方式在行進(jìn)中測(cè)向，可逼近和查找干擾信號(hào)或干擾源信號(hào)，測(cè)向準(zhǔn)確度測(cè)試如圖4所示。

圖4 測(cè)向準(zhǔn)確度測(cè)試圖

測(cè)向準(zhǔn)確度測(cè)試模擬驗(yàn)證如下：1）選取測(cè)試頻率點(diǎn)。30MHz、117MHz、127MHz、137MHz、3000MHz；2）發(fā) 射天線指向測(cè)向天線的中心位置，并在整個(gè)測(cè)試過程中方向保持不變。3）以0°方位為起點(diǎn)，以22.5°間隔均勻選取16個(gè)方位作為測(cè)量方位（α）；4）將信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率依次設(shè)置為各測(cè)量頻率fi（i=1～n）點(diǎn) ，同時(shí)調(diào)整輸出電平，使接收到的信號(hào)電平高于噪聲電平30dB以上，天線發(fā)射連續(xù)等幅垂直極化信號(hào)；然后測(cè)向設(shè)備進(jìn)行測(cè)向，得到0°方位所有測(cè)量頻率點(diǎn)的示向度和示向誤差，并將測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)記錄在相應(yīng)表格中；5）轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)到另一個(gè)測(cè)量方位αj（j=1～m），重復(fù)（4）步驟得到所有測(cè)試方位在各測(cè)試頻率點(diǎn)上的示向度誤差；6）依次完成所有測(cè)試方位的測(cè)試，并將所有測(cè)試數(shù)據(jù)記錄在表2中；7）將所有測(cè)試數(shù)據(jù)匯總并按公式（1）計(jì)算均方根誤差。

表2 測(cè)向準(zhǔn)確度測(cè)試記錄表

式中：Δθrms為均方根誤差，單位（°）；Δθij為測(cè)試方位αj（j=1～m）在測(cè)試頻率fi（i=1～n）上的示向度誤差角，單位（°）。

測(cè)試結(jié)果優(yōu)于3°視為測(cè)向準(zhǔn)確度合格。

6 結(jié)語(yǔ)

民航機(jī)場(chǎng)及航路的電磁環(huán)境復(fù)雜，全面地掌握空管運(yùn)行電磁環(huán)境的分布情況是民航空管無線電精細(xì)化管理的基礎(chǔ)。基于開場(chǎng)測(cè)試的民航空管無線電信號(hào)監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)可分析設(shè)備臺(tái)站電磁信號(hào)的幅射情況，掌握民航專用頻段的實(shí)際使用情況和電磁環(huán)境態(tài)勢(shì)，為改進(jìn)民航頻率使用效率和質(zhì)量，及時(shí)排除干擾和潛在干擾威脅提供有力的數(shù)據(jù)信息支持。同時(shí)，系統(tǒng)完成了對(duì)在用空管無線電設(shè)備工作狀態(tài)和質(zhì)量的定性、定量的分析，通過比較臺(tái)站不同測(cè)量時(shí)間得到的信號(hào)標(biāo)稱值的結(jié)果，掌握臺(tái)站設(shè)備射頻信號(hào)的性能，反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的變化趨勢(shì)，縮短空管設(shè)備故障的排查時(shí)間。