民航中波NDB導航信號監測方法探討

劉 燕，林自豪

（國家無線電監測中心烏魯木齊監測站，烏魯木齊 830000）

1 引言

眾所周知，利用無線電發射臺（信標臺）發射出的電波在天空中畫出一條條航路，飛機根據這些無線電信號就可以準確地在航路上飛行，由此飛機開始了儀表飛行時代。顯然，民航無線電導航系統是飛機航行系統的一個重要分系統，其基本功能是引導飛機按選定航路安全、經濟地完成規定的飛行任務。因此，無線電監管部門必須保護民航導航信號的正常發射和使用，對其進行全面監管就顯得尤為重要。

我國目前正在使用的無線電導航系統主要有兩類：一類叫無方向信標（NDB），也叫中波導航臺；另一類是甚高頻全向信標（VOR）和測距儀（DME）組成的系統。在中波導航臺系統中，飛機使用可以轉動的環狀天線接收信號，當測到電波最強的方向時，天線停止轉動，于是就測出電臺與飛機之間的方位，飛機按這個方向飛行，就能準確地飛到電臺所在的位置。由于中波導航臺價格便宜，設備結實耐用，所以世界上很多中小型機場和發展中國家的多數機場還在使用它，我國廣大的西部地區的機場也在使用這種系統。因此，為更加有效地保護民航導航系統正常工作，保證其導航信號不受干擾，本文結合實際情況及日常監測工作經驗，本文以烏魯木齊國際機場NDB導航臺為例，詳細闡述了NDB導航信號特性及對其進行監測的方法，以期對民航無線電導航信號的監測工作提供參考。

2 NDB導航系統簡介

NDB導航系統由地面NDB導航臺和機載自動定向機ADF（Automatic Direction Finder）共同組成，NDB臺是一種能在360°范圍內連續發射無線電波的中波導航臺，其專為ADF提供導航信號。ADF通過接收無線電波，測量出導航臺相對飛機的方位，確定出飛機的位置，構成近程無線電測角導航系統。

NDB導航臺可分為兩種，一種叫做航線導航臺，供飛機在航線上飛行時定向使用，工作頻率范圍為190-550kHz，發射功率一般為500W；另一種叫做終端區導航臺，供飛機在進近著陸時使用，工作頻率范圍同航線導航臺，發射功率一般為100W。NDB導航臺均采用調幅波的方式發射，地波傳播，極化方式為垂直極化，使用國際莫爾斯電碼拍發。

圖1 NDB工作過程示意圖

圖2 等幅報示意圖

圖3 調幅報示意圖

NDB的工作種類有：調幅報、等幅報、調幅話。NDB工作過程中主要完成輻射導航信號，供ADF定向、輻射臺站識別信號、輻射話音信號（中國民航不使用話音功能）三大任務，圖1為其工作過程示意圖，圖2與圖3分別是NDB等幅報和調幅報示意圖。

等幅報的發射效率較高，作用距離較遠；在“空號”期間NDB無信號輻射，會造成方位指示器抖動；航路NDB可以工作在“等幅報”狀態。調幅報發射效率較低，作用距離較近；在“空號”期間及不輻射識別碼期間，NDB發射等幅載波，在“傳號”期間，發射調幅波；終端NDB必須工作在“調幅報”狀態。

每個NDB臺都必須輻射臺站識別碼，否則其輻射的場無效。一個NDB臺的臺站識別碼一般是本地地名的2～3個英文字母縮寫的莫爾斯電報碼。ICAO規定，民航使用的莫爾斯電碼“點”的持續時間為0.1～0.160s，“劃”的持續時間為“點”的3倍，即0.3～0.480s；一個碼字的“傳號”之間的間隔為“點”的持續時間，碼字與碼字之間的間隔為“劃”的持續時間。圖4為莫爾斯識別碼示意圖，第1次輻射識別碼到第2次輻射識別碼的時間T為識別碼的輻射周期，識別音頻的頻率為1020Hz±50Hz。

圖4 莫爾斯識別碼示意圖

NDB天線一般架設在機場跑道中心延長線或者航路上。發射天線一般采用水平長70m、架在兩個高約30m鐵塔上的T型天線，屬于無方向性天線，在水平方向上輻射電磁波。天線及發射信號特征見圖5、圖6。根據民航要求，終端導航臺和航路導航臺的覆蓋范圍分別為50km和150km。在日常監測中發現，終端導航臺受城市復雜電磁傳播環境影響，能夠監測接收到信號的距離有限，因此終端導航臺的信號監測，應根據機場周邊電磁環境，選擇能夠接收到NDB導航信號的地點進行監測。

圖5 NDB導航臺發射天線示意圖

3 NDB系統信號監測方法

由以上介紹可以了解到，NDB導航臺一般設置在機場跑道沿線方向上，結合NDB導航信號特性，下面以烏魯木齊機場NDB東遠臺為例探討對該系統信號的監測方法。

（1）信號的搜索和發現。此階段主要是發現NDB導航臺信號，這里可以使用固定監測設備或者便攜儀表對民航中波導航頻段（190-535kHz）進行信號接收，記錄頻點信息。

圖6 NDB導航臺發射信號頻譜示意圖

（2）信號分析。NDB導航臺所發射的信號識別類型為莫爾斯電碼。分析信號時，音頻解調帶寬不大于6kHz，解調方式設置為AM。NDB導航近臺通常發送一個英文字母的國際莫爾斯電碼，遠臺和航路臺發送兩個英文字母組成的國際莫爾斯電碼。通過仔細監聽音頻信號有規律的“滴（短音）”、“嗒（長音）”可判斷信號是否為NDB導航臺信號。

（3）測向及定位。使用測向機對確定的NDB導航臺信號進行測向，這里測向帶寬應小于3kHz。以東遠臺NDB信號398 kHz為例，從圖7可以看出，該信號相對固定監測站的示向度為324°。

信號的交匯定位需要三個監測地點的示向度交會至一個點或者區域，但大多數的情況是，由于中波信號的傳輸距離有限，無法使用多個固定監測站對信號交匯定位。根據第二部分的介紹可知，NDB導航臺信號一般設置在飛機跑道沿線的兩個方向上，因此，可以通過單站測向判斷信號在跑道沿線的大致方向后，通過便攜式儀表對信號進行逼近查找。以烏魯木齊機場NDB東遠臺為例，可以從圖8中看出該臺信號相對于測試點的大致方位為機場東側。

圖7 NDB東遠臺示向度測試截圖

圖8 NDB東遠臺相對固定站位置截圖

4 逼近查找

下面以信號398 kHz為例，介紹逼近查找過程。

⊙ 執行逼近查找時，使用的設備為移動監測車和便攜式接收機，設置好監測設備的中心頻點、監聽帶寬以及測向帶寬等。

⊙ 至少由三名監測人員組成工作小組，根據監測車給出的示向度逐步向信號發射源逼近。這里應提前規劃路線，盡量保證監測車輛在機場跑道沿線方向上行駛。一名監測人員負責設置觀察測向設備，另一名監測人員負責觀察周圍環境。當監測車有較穩定的示向度后，根據指示方向前行，直到目標發射臺為止。

圖9 逼近查找過程中398kHz信號截圖

⊙ 逼近查找過程中及信號發射地點的NDB導航臺信號頻譜圖如圖9、圖10所示。

5 結束語

隨著民航無線電通信安全問題的頻繁發生，加強對民航通信頻率監測及對其電磁環境區域進行保護性監測的重要性在無線電管理領域中的地位頓時突顯。民航無線電導航通信除NDB系統之外，還有甚高頻全向信標（VOR）、測距（DME）、儀表著陸（ILS）等導航系統，這些系統雖采用不同的工作頻率及方式，但均采用摩爾斯電碼發送識別信號，調制方式相同。因此，本文以NDB導航系統為例，深入分析NDB導航信號特性，結合日常監測工作經驗，給出了對NDB導航系統信號進行搜索截獲、分析、測向定位和逼近查找的一般監測方法，對監測其他導航信號起到拋磚引玉的作用，具有重要的實用價值。

圖10 信號發射地點398kHz信號截圖

[1] 無線電業務大全（中）.工業和信息化部無線電管理局，2009年12月

[2] 羅建軍等.組合導航原理及應用[M].西安：西北工業大學出版社，2012年