測距系統（DME）的開場監測方法探索

薛 珂，葉淋美

（國家無線電監測中心福建監測站，廈門 361004）

電波衛士

測距系統（DME）的開場監測方法探索

薛 珂，葉淋美

（國家無線電監測中心福建監測站，廈門 361004）

目前，對測距儀（DME）設備的工作狀態評估主要是通過設備的傳導測試以及DME設備本身的自檢來實現，尚缺乏運用監測手段進行開場監測和評估的有效方法。本文通過對DME地面臺應答信號的頻域參數進行開場監測，并對結果進行統計分析來實現對設備工作狀態的監測評估，具有一定的現實意義。

測距系統；脈沖間隔；射頻脈沖功率；頻率容差

1 引言

測距系統（Distance Measuring Equipment，DME）是一種無線電測距導航系統[1]，是目前民用航空廣泛運用的一種近程航空無線電導航系統，通過儀表顯示為飛行員提供距離信息。當DME與VOR合裝時，VOR提供的方位引導信息與DME提供的距離信息組合后，就能給飛機定位；當DME與ILS合裝時，能給進近和著陸的飛機提供至測距儀或著陸點或跑道入口的連續距離。

國標GB/T 18902-2002《超高頻測距儀性能要求和測試方法》[2]詳細規定了測距儀的頻率容差、脈沖波形、射頻脈沖頻譜、脈沖間隔等參數的指標要求、檢測設備以及傳導測試方法等，然而對于測距儀的開場監測方法尚未有明確標準進行規范，本文從無線電監測的工作角度，圍繞該設備的輻射場參數，探索DME地面臺應答信號的開場監測方法。

2 DME基本原理和典型參數

DME系統[3]由機載設備和地面設備組成。典型的機載設備由詢問器、接收機、天線、距離顯示器組成；典型的地面設備由安裝在室內機柜中的應答器、監控器、控制器、電源和室外天線組成。

DME系統是詢問—回答式的脈沖測距儀，通過測量無線電脈沖信號在空間的傳播時間得到詢問器和應答器之間的距離（單位為海里）。DME測距基本過程是機載詢問器向地面臺發出詢問脈沖對信號，地面臺收到有效詢問信號后，由應答機發出應答脈沖對，機載接收機收到已發詢問信號的應答后，計算從發出詢問信號到接收應答信號的時間差，并把時間轉換為距離。

2.1 波道和頻率

DME共有252個測距波道，X波道和Y波道各126個，相鄰波道詢問頻率相差1MHz，每個波道的詢問和應答頻率相差63MHz，系統的工作頻率范圍為962-1213MHz，但詢問和應答頻率是分開使用的。以X波道為例，從1#～126#波道，詢問頻率為1025-1150MHz，波道號每增加1號，頻率增加1MHz。應答頻率則分低端和高端，低端1#～63#的頻率為962-1024MHz、高端64#～126#的頻率為1151-1213MHz，如下圖1所示。

2.2 脈沖對波形及頻譜特點

DME設備的發射信號波形為偽高斯波形或稱為鐘形脈沖，呈現sinc函數特性，每次發射脈沖對信號的重復頻率為700Hz-2700Hz，脈沖發射時間內具有占空特性。

DME脈沖上升時間≤3μs，脈沖寬度（半幅度點0.5A處）為3.5μs±0.5μs，脈沖下降時間≤3.5μs。構成脈沖對的兩個脈沖的間隔為12μs（X模式）或30μs（Y模式）；脈沖間隔在脈沖前沿的半電壓振幅點之間測量。以X模式為例，脈沖對寬度3.5μs，脈沖對里兩個脈沖間隔為12μs，通過傅立葉變換，頻域的主瓣寬度為1/12μs，約80kHz，整體帶寬取決于3.5μs的三角脈沖2/3.5μs，約為500kHz，如圖2所示。

圖1 DME的波道和工作頻率示意圖

圖2 DME脈沖對頻譜圖

2.3 識別信號

DME采用調制單音為1350Hz的國際莫爾斯電碼發送識別信號[4]。脈沖對的重復頻率為1350pp/s，至少每隔40s發一次，發射速率至少為每分鐘6個字。每個識別碼組總的發鍵時間最大不超過5s。點的持續時間為0.1s～0.16s，劃的持續時間為點的持續時間的三倍。

2.4 覆蓋區

DME的作用距離為視距傳播，輸出的是脈沖功率，目前常用的地面設備的脈沖輸出功率有大于等于1000W(30dBW)和大于等于100W(20dBW)兩種規格。任何一種輸出功率的設備與VOR（甚高頻全向信標）聯合工作時，DME/N的覆蓋區至少應與VOR相等。與ILS（儀表著陸系統）或MLS（微波著陸系統）聯合工作時，DME/N的覆蓋區至少應與ILS或MLS方位引導扇區的覆蓋相等；DME/P的覆蓋區至少應與MLS方位引導扇區的覆蓋相等。

3 DME監測方法

3.1 監測設備及監測點的選擇

監測設備由工作頻段覆蓋960MHz-1215MHz的天線，低噪聲放大器（LNA），便攜式接收機或頻譜儀以及監測計算機組成，監測計算機控制接收機/頻譜儀的參數設置以及監測數據的采集和存儲，設備連接圖如圖3所示。

圖3 監測設備連接框圖

圖4 監測點選擇條件示意圖

以DME地面臺發射天線為圓心，符合視距傳輸的監測點為滿足第一菲涅爾半徑內無障礙物阻擋的距離D，如圖4所示。將監測距離設置為50米、100米、300米、500米，依次選取符合條件的監測點。應答器的發射天線在俯仰角小于零度時，增益衰減較快，監測天線應至少與應答器的發射天線等高。

3.2 監測參數及指標[5]

結合《超高頻測距儀性能要求和測試方法》和《航空無線電導航設備測試要求》對DME的測試參數描述，可以通過開場監測得到的DME工作參數指標要求如下：

（1）頻率容差（頻偏），應答器工作頻率相對指配頻率的偏差不應超過±0.002%。

（2）發射脈沖寬度應為3.5μs±0.5μs。

（3）發射脈沖對間隔應為12μs（X模式）或30μs（Y模式），脈沖間隔公差為±0.25μs（DME/ N），±0.1μs（DME/P）。

（4）射頻脈沖功率，DME/N有效輻射功率的峰值應不小于為保證在最大服務區的邊緣處（在距離上和高度上）達到大約-83dBW/m2的峰值脈沖功率密度所需的數值。DME/P等值各向同性輻射功率的峰值應不小于為保證所有的可運行的氣象條件下達到下述的峰值脈沖功率密度的所需數值：在覆蓋區內任一點，離開應答器天線13km以上的地方為-89dBW/m2；在覆蓋區內任一點，離開應答器天線13km以內的地方為-75dBW/m2。

3.3 監測方法和步驟

（1）確定監測點位置D1,…,DN，依次記錄每個監測點的經緯度Di。

（2）設備開機加電、自校，設置監測儀器的工作參數。

（3）在960MHz-1215MHz進行頻段掃描，記錄所有出現的信號，根據DME信號特征依次確定待測信號的中心頻點f1,…,fN。

（4）依次監測待測信號參數。將接收機/頻譜儀中心頻點設為fi(i=1,…,N)，SPAN設置為DME信號帶寬的2倍（約1MHz）。中頻帶寬設置為500kHz，檢波方式為峰值檢波，分別選擇99%功率測量帶寬和x-dB帶寬計算信號占用帶寬和主瓣寬度，每個頻點采樣1,000次，輸出并存儲該頻點的峰值功率Pi、占用帶寬Wi、主瓣寬度和頻偏值?fi，并保存頻譜截圖。

（5）依次對Di，i=1,…,N，重復上述步驟。

（6）對測得的數據進行正態性檢驗，計算每個參數的統計平均值。

3.4 數據處理

以頻率容差為例，通過頻段掃描，確定中心頻點為995M的DME應答信號，通過監測計算機對接收機/頻譜儀的工作參數進行設置并對監測數據進行采集和存儲，為保留采集樣本的隨機性，需對采集并存儲連續的樣本值，如圖5所示。

圖5 數據采集存儲軟件

圖6 采樣點的頻率容差分布

頻偏數據可以直接用來求其統計平均值評估DME頻率容差，如圖6所示，此次采集的樣本均值可以計算出頻率容差為-0.0027%，其他監測數據（Pi,Wi,）均需經過處理來評估DME設備的工作狀態。

根據脈沖對波形及頻譜特點，發射脈沖寬度τi為占用帶寬Wi的函數：τi=2/Wi；發射脈沖對間隔?τi為主瓣寬度的函數：?τi=1/。依次判斷τi的統計平均值是否落在（3.5μs±0.5μs）區間內，?τi的統計平均值是否落在{12（30μs）±0.25μs （DME/N）}或{12(30μs)±0.1μs(DME/P)}區間內，其中X模式取12μs，Y模式取30μs。

射頻脈沖功率指標無法直接從地面開場監測數據獲得，應經過近似估算。根據監測點符合視距傳輸的條件，應用自由空間損耗模型，將DME射頻脈沖功率的路徑損耗用Lp=32.5+20lgf(MHz)+20lgD(km)來計算，則覆蓋區內任一點的峰值脈沖功率密度指標折算為監測點的峰值脈沖功率密度指標，間接評估DME射頻脈沖功率是否符合要求。

4 結束語

目前，關于無線電臺站在用發射設備的空間輻射場測試方法研究較少，且參考傳導檢測的參數指標對監測參數指標量化還需要嚴格的理論證明（如傳播模型仿真）、暗室測試以及更多的輻射測試統計值。然而針對無線電臺站的電磁波信號進行輻射場測試的結果，可以集中反映包括發射機在內的整個發射系統的性能，因此，基于無線電管理部門通用監測設備積極探索無線電臺站的開場監測方法，對全面了解臺站在用設備的實際性能情況是非常有利的。

[1] 國際民用航空公約．國際民航組織

[2] 馮忠和等．GB/T 18902-2002超高頻測距儀性能要求和測試方法

[3] 民航常用無線電導航設備簡介．空管行業管理辦公室，AC-115-TM-2013-01

[4]航空無線電導航設備測試要求．中國民用航空局空管行業管理辦公室，AC-115-TM-2013-03

[5]蘇玲等．MH/T 4006.3-1998航空無線電導航設備第3部分：測距儀（DME）技術要求

Monitoring Method of Distance Measuring Equipment

Xue Ke,Ye Linmei
（State Radio Monitoring Center Fujian Station,Xiamen,361004）

At present,the working state assessment of Distance Measuring Equipment (DME) is mainly via conduction testing and DME self-inspection,which is lack of effective open-field test and assessment method.In this paper,according to the frequency domain parameter identification of the DME response signal,we designed an open-field test methods based on radio monitoring equipment with statistics of typical parametersto evaluate the status of DME,as well as the specific details on test steps.

DME;pulse interval;RF pulse power;frequency tolerance

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.05.019

TN924 文獻標示碼：A

1672-7274（2016）05-0059-04

薛 珂，女，1988年生，碩士，現任國家無線電監測中心福建監測站助理工程師。

葉淋美，女，1989年生，碩士，現任國家無線電監測中心福建監測站助理工程師。