塔康導航系統場地影響分析

焦守波 宋曉旭

(中國飛行試驗研究院,陜西 西安 710089)

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塔康導航系統場地影響分析

焦守波 宋曉旭

(中國飛行試驗研究院,陜西 西安 710089)

對塔康地面系統的場地影響問題進行了闡述，對雙路徑干涉效應、側反射干涉效應等方面進行了理論分析，并對各自的削弱方法進行了重點介紹，為塔康導航系統更好的使用提供了理論依據。

塔康地面臺，雙路徑干涉效應，側反射干涉效應，場地影響

0 引言

塔康是戰術空中導航系統(Tactical Air Navigation System)是英文縮寫TACAN的漢語譯英名稱，塔康系統的作用是為空中飛機提供方位以及距離兩方面的信息，實現引導飛機方向和極坐標的定位，可用于建立航線、歸航、空中戰術機動和作為位置坐標傳感器，具有很強的機動性和靈活性。

塔康導航系統對于飛行安全或者完成確定的戰術目的是十分重要的，而其主要性能和工作可靠性不僅與產品設計、生產有關，還與使用環境條件和維護等方面因素有關。“場地影響”主要指的是射頻信號被地面反射或散射，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，而實際的場地影響，常常是它們兩者的綜合結果，它們可能導致系統性能下降，甚至破壞系統正常工作。因此掌握場地影響最主要的分析方法，然后結合現場實地考察，就能將大部分工程使用方面的問題引起的場地影響分析出來并且加以克服，即使難以周全，也能確保主要扇區或航道的系統指標。

1 塔康系統場地影響的特點

場地影響的分析是十分復雜的，因為它既和設備性能(如天線方向性)有關，又和電波傳播介質及場地條件有關。由于飛機活動的范圍基本上是在對流層中，因而對流層中大氣的各有關參數變化必然引起電波傳播的某些變化；場地條件更為復雜，特別是信標天線架設周圍的地面、建筑物等引起的電波反射，幾乎使信號所及的任一點的場強都不可能是單純的直達波，而是多路信號的迭加結果。因此，在分析場地影響時，必須依據實際情況，作某些適當的假定，以簡化分析。

場地影響對塔康系統的信號將產生三個方面的作用：

改變塔康臺天線輻射信號的場型結構，產生許多零區，影響系統作用距離；

改變塔康發射信號包絡的調制波形，降低方位精度或破壞方位功能；

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

從以上分析可見“場地影響”的嚴重性。因此應當主動分析場地影響的特點，再利用其分析的結果，尋求克服方法，以減少它對系統的不良影響，雖然不能徹底克服場地方面對系統的影響，但只要結合相應技術措施，將不良影響限制在允許的范圍內，就可以充分發揮塔康導航系統的最大作用。

2 多路徑傳播的影響

多路徑傳播影響既和設備性能(天線方向性)有關，又和場地條件有關。復雜的場地條件，特別是信標天線架設周圍的地面、建筑物等引起的電波反射，幾乎使信號所及的任一點的場強都不可能是單純的直達波，而是多路信號迭加的結果。實際的場地影響總是多路徑的，即包括鏡面反射和側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雜的，為了簡化分析通常把復雜的多路徑問題分解為簡單的基本形式，即鏡面反射和側反射。

2.1雙路徑干涉效應分析

雙路徑為鏡面反射形式導致直達波和反射波在觀察點的疊加效應，其對系統性能的影響主要取決于反射波相對于直達波產生的相位差以及幅值比，相位差的變化范圍一般較大，當相位差為0°(360°)的整數倍時，它們相加；當相位差為180°(或奇數倍)時，則為相減。因此，雙路徑干涉效應會產生若干“零區”，如圖2所示。

雙路徑干涉效應削弱方法：

1)在設備自身采用相關技術措施。

雙路徑干涉產生若干零區，特別是第一、第二號零區的深度，將直接導致信號傳輸的附加損耗。在具有記憶功能的設備中，可以利用記憶功能，彌補部分“狹窄零區”的影響(如塔康測距、測位記憶功能)，但對于無記憶功能的設備(如數傳系統)，為了保證可靠傳輸，在設計設備最大傳輸損耗時，必須考慮零區附加損耗。

雙路徑干涉導致的信號包絡畸變，可以在機載設備中采取適當的信號處理等方法來解決。

2)在場地選擇和信標天線架設方面采取有關技術措施。

塔康信標天線架設過程中，在場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的。場地選擇的一個很重要的目的就是在空間所預期的某些位置，使直達信號大于反射信號，盡力壓低反射信號幅度，特別是在進場航道上。

削弱或消除雙路徑干涉效應帶來的不利影響，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；可以將反射信號的擦地角設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，保證反射區位于粗糙區域等。

2.2側反射效應分析

側面反射是指垂直方向上的反射面對信號造成的反射，反射物高度一般與信標天線高度相當或者高于信標，很多反射物的不規則性、不固定性使問題更復雜化。側反射的分析方法和雙路徑干涉分析方法相似，但是側反射對塔康系統的影響常常比雙路徑干涉更嚴重，更難于采取有效的克服措施。側反射除了像鏡反射那樣形成一些零區之外，還會導致塔康方位信號包絡的嚴重畸變和脈沖包絡的變形，以及“跟隨虛假脈沖”。這一點可以利用鏡像分析加以說明(如圖3所示)。

如圖3所示，由于側反射的結果，相當于在反射面的對面即真實天線的鏡像位置上有一個“鏡像天線”，它的方向性圖是以反射面為基準面與真實天線對稱，旋轉方向相反，鏡像天線相對真實天線的輻射信號強度主要和真實天線到反射面的距離及反射面的特性有關。由于鏡像天線的存在，空間任一接收點，其信號均為真實天線和鏡像天線輻射信號的迭加結果，它可能嚴重影響系統基本功能。

側反射干涉效應削弱方法：

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地點；

4)側反射引起的“虛假跟隨信號”對測距的影響，可以在機載設備中采取適當的信號處理等方法來解決。

3 結語

真實的場地問題通常是雙路徑和側反射兩者結合的結果，其次更要顧及到地物遮擋方面的問題。利用以上分析方法，再綜合實際現場場地考察，就能夠分析并主動克服很多工程影響造成的場地問題，在某些難以周全的條件下，也能確保主要扇區或航道的系統指示。

[1] 張忠興.塔康系統[D].西安：空軍電訊工程學院，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

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