塔康導(dǎo)航系統(tǒng)場(chǎng)地影響分析

焦守波 宋曉旭

(中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院,陜西 西安 710089)

·測(cè)量·

塔康導(dǎo)航系統(tǒng)場(chǎng)地影響分析

焦守波 宋曉旭

(中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院,陜西 西安 710089)

對(duì)塔康地面系統(tǒng)的場(chǎng)地影響問(wèn)題進(jìn)行了闡述，對(duì)雙路徑干涉效應(yīng)、側(cè)反射干涉效應(yīng)等方面進(jìn)行了理論分析，并對(duì)各自的削弱方法進(jìn)行了重點(diǎn)介紹，為塔康導(dǎo)航系統(tǒng)更好的使用提供了理論依據(jù)。

塔康地面臺(tái)，雙路徑干涉效應(yīng)，側(cè)反射干涉效應(yīng)，場(chǎng)地影響

0 引言

塔康是戰(zhàn)術(shù)空中導(dǎo)航系統(tǒng)(Tactical Air Navigation System)是英文縮寫TACAN的漢語(yǔ)譯英名稱，塔康系統(tǒng)的作用是為空中飛機(jī)提供方位以及距離兩方面的信息，實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)飛機(jī)方向和極坐標(biāo)的定位，可用于建立航線、歸航、空中戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)和作為位置坐標(biāo)傳感器，具有很強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性和靈活性。

塔康導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)于飛行安全或者完成確定的戰(zhàn)術(shù)目的是十分重要的，而其主要性能和工作可靠性不僅與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)有關(guān)，還與使用環(huán)境條件和維護(hù)等方面因素有關(guān)。“場(chǎng)地影響”主要指的是射頻信號(hào)被地面反射或散射，被障礙物遮擋、反射或繞射，被大氣層吸收或折射。它們的主要形式為射頻信號(hào)的多路徑傳播，其中水平反射面和垂直反射面的影響最明顯，而實(shí)際的場(chǎng)地影響，常常是它們兩者的綜合結(jié)果，它們可能導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降，甚至破壞系統(tǒng)正常工作。因此掌握?qǐng)龅赜绊懽钪饕姆治龇椒ǎ缓蠼Y(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察，就能將大部分工程使用方面的問(wèn)題引起的場(chǎng)地影響分析出來(lái)并且加以克服，即使難以周全，也能確保主要扇區(qū)或航道的系統(tǒng)指標(biāo)。

1 塔康系統(tǒng)場(chǎng)地影響的特點(diǎn)

場(chǎng)地影響的分析是十分復(fù)雜的，因?yàn)樗群驮O(shè)備性能(如天線方向性)有關(guān)，又和電波傳播介質(zhì)及場(chǎng)地條件有關(guān)。由于飛機(jī)活動(dòng)的范圍基本上是在對(duì)流層中，因而對(duì)流層中大氣的各有關(guān)參數(shù)變化必然引起電波傳播的某些變化；場(chǎng)地條件更為復(fù)雜，特別是信標(biāo)天線架設(shè)周圍的地面、建筑物等引起的電波反射，幾乎使信號(hào)所及的任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)都不可能是單純的直達(dá)波，而是多路信號(hào)的迭加結(jié)果。因此，在分析場(chǎng)地影響時(shí)，必須依據(jù)實(shí)際情況，作某些適當(dāng)?shù)募俣ǎ院?jiǎn)化分析。

場(chǎng)地影響對(duì)塔康系統(tǒng)的信號(hào)將產(chǎn)生三個(gè)方面的作用：

改變塔康臺(tái)天線輻射信號(hào)的場(chǎng)型結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生許多零區(qū)，影響系統(tǒng)作用距離；

改變塔康發(fā)射信號(hào)包絡(luò)的調(diào)制波形，降低方位精度或破壞方位功能；

由于反射信號(hào)總是遲于直達(dá)信號(hào)，導(dǎo)致射頻脈沖包絡(luò)畸變或“跟隨虛假信號(hào)”(跟在有效信號(hào)之后一定距離的反射信號(hào))，影響測(cè)距精度或引起虛假跟蹤。

從以上分析可見“場(chǎng)地影響”的嚴(yán)重性。因此應(yīng)當(dāng)主動(dòng)分析場(chǎng)地影響的特點(diǎn)，再利用其分析的結(jié)果，尋求克服方法，以減少它對(duì)系統(tǒng)的不良影響，雖然不能徹底克服場(chǎng)地方面對(duì)系統(tǒng)的影響，但只要結(jié)合相應(yīng)技術(shù)措施，將不良影響限制在允許的范圍內(nèi)，就可以充分發(fā)揮塔康導(dǎo)航系統(tǒng)的最大作用。

2 多路徑傳播的影響

多路徑傳播影響既和設(shè)備性能(天線方向性)有關(guān)，又和場(chǎng)地條件有關(guān)。復(fù)雜的場(chǎng)地條件，特別是信標(biāo)天線架設(shè)周圍的地面、建筑物等引起的電波反射，幾乎使信號(hào)所及的任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)都不可能是單純的直達(dá)波，而是多路信號(hào)迭加的結(jié)果。實(shí)際的場(chǎng)地影響總是多路徑的，即包括鏡面反射和側(cè)反射以及介乎兩者的傾斜面反射。圖1為多路徑傳播示意圖。由圖1可見，多路徑傳播的分析是很復(fù)雜的，為了簡(jiǎn)化分析通常把復(fù)雜的多路徑問(wèn)題分解為簡(jiǎn)單的基本形式，即鏡面反射和側(cè)反射。

2.1雙路徑干涉效應(yīng)分析

雙路徑為鏡面反射形式導(dǎo)致直達(dá)波和反射波在觀察點(diǎn)的疊加效應(yīng)，其對(duì)系統(tǒng)性能的影響主要取決于反射波相對(duì)于直達(dá)波產(chǎn)生的相位差以及幅值比，相位差的變化范圍一般較大，當(dāng)相位差為0°(360°)的整數(shù)倍時(shí)，它們相加；當(dāng)相位差為180°(或奇數(shù)倍)時(shí)，則為相減。因此，雙路徑干涉效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生若干“零區(qū)”，如圖2所示。

雙路徑干涉效應(yīng)削弱方法：

1)在設(shè)備自身采用相關(guān)技術(shù)措施。

雙路徑干涉產(chǎn)生若干零區(qū)，特別是第一、第二號(hào)零區(qū)的深度，將直接導(dǎo)致信號(hào)傳輸?shù)母郊訐p耗。在具有記憶功能的設(shè)備中，可以利用記憶功能，彌補(bǔ)部分“狹窄零區(qū)”的影響(如塔康測(cè)距、測(cè)位記憶功能)，但對(duì)于無(wú)記憶功能的設(shè)備(如數(shù)傳系統(tǒng))，為了保證可靠傳輸，在設(shè)計(jì)設(shè)備最大傳輸損耗時(shí)，必須考慮零區(qū)附加損耗。

雙路徑干涉導(dǎo)致的信號(hào)包絡(luò)畸變，可以在機(jī)載設(shè)備中采取適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理等方法來(lái)解決。

2)在場(chǎng)地選擇和信標(biāo)天線架設(shè)方面采取有關(guān)技術(shù)措施。

塔康信標(biāo)天線架設(shè)過(guò)程中，在場(chǎng)地選擇中有一些基本原則是基于削弱雙路徑干涉影響而提出來(lái)的。場(chǎng)地選擇的一個(gè)很重要的目的就是在空間所預(yù)期的某些位置，使直達(dá)信號(hào)大于反射信號(hào)，盡力壓低反射信號(hào)幅度，特別是在進(jìn)場(chǎng)航道上。

削弱或消除雙路徑干涉效應(yīng)帶來(lái)的不利影響，首先要防止鏡面反射，另外還有很多其他方面：比如利用周圍的地面將反射能量吸收；可以將反射信號(hào)的擦地角設(shè)法向布儒斯特角方向接近；其次還可以降低或者升高天線的高度，保證反射區(qū)位于粗糙區(qū)域等。

2.2側(cè)反射效應(yīng)分析

側(cè)面反射是指垂直方向上的反射面對(duì)信號(hào)造成的反射，反射物高度一般與信標(biāo)天線高度相當(dāng)或者高于信標(biāo)，很多反射物的不規(guī)則性、不固定性使問(wèn)題更復(fù)雜化。側(cè)反射的分析方法和雙路徑干涉分析方法相似，但是側(cè)反射對(duì)塔康系統(tǒng)的影響常常比雙路徑干涉更嚴(yán)重，更難于采取有效的克服措施。側(cè)反射除了像鏡反射那樣形成一些零區(qū)之外，還會(huì)導(dǎo)致塔康方位信號(hào)包絡(luò)的嚴(yán)重畸變和脈沖包絡(luò)的變形，以及“跟隨虛假脈沖”。這一點(diǎn)可以利用鏡像分析加以說(shuō)明(如圖3所示)。

如圖3所示，由于側(cè)反射的結(jié)果，相當(dāng)于在反射面的對(duì)面即真實(shí)天線的鏡像位置上有一個(gè)“鏡像天線”，它的方向性圖是以反射面為基準(zhǔn)面與真實(shí)天線對(duì)稱，旋轉(zhuǎn)方向相反，鏡像天線相對(duì)真實(shí)天線的輻射信號(hào)強(qiáng)度主要和真實(shí)天線到反射面的距離及反射面的特性有關(guān)。由于鏡像天線的存在，空間任一接收點(diǎn)，其信號(hào)均為真實(shí)天線和鏡像天線輻射信號(hào)的迭加結(jié)果，它可能嚴(yán)重影響系統(tǒng)基本功能。

側(cè)反射干涉效應(yīng)削弱方法：

1)避免照射反射體；

2)改變天線位置(可人為的利用吸收或使射線偏轉(zhuǎn)的措施)；

3)提高天線高度，使天線大大高于反射體或改換天線架設(shè)地點(diǎn)；

4)側(cè)反射引起的“虛假跟隨信號(hào)”對(duì)測(cè)距的影響，可以在機(jī)載設(shè)備中采取適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理等方法來(lái)解決。

3 結(jié)語(yǔ)

真實(shí)的場(chǎng)地問(wèn)題通常是雙路徑和側(cè)反射兩者結(jié)合的結(jié)果，其次更要顧及到地物遮擋方面的問(wèn)題。利用以上分析方法，再綜合實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地考察，就能夠分析并主動(dòng)克服很多工程影響造成的場(chǎng)地問(wèn)題，在某些難以周全的條件下，也能確保主要扇區(qū)或航道的系統(tǒng)指示。

[1] 張忠興.塔康系統(tǒng)[D].西安：空軍電訊工程學(xué)院，1985：207-222.

SiteimpactanalysisofTACANnavigationsystem

JiaoShouboSongXiaoxu

(ChineseFlightTestEstablishment,Xi’an710089,China)

This paper describes the site effect on TACAN ground system， the dual path interference effect, side reflection interference effect and so on are analyzed theoretically， and their respective weakening methods are introduced emphatically， provides a theoretical basis for better use of TACAN navigation system.

TACAN ground station, dual path interference effect, side reflection interference effect, site effect

1009-6825(2017)29-0196-02

2017-08-26

焦守波(1981- )，男，工程師; 宋曉旭(1981- )，男，工程師

V249.324

A