磁懸浮鐵路對空管一次雷達的影響分析

段 鋒,張 勇

(1.新疆民航空管設備有限責任公司,新疆烏魯木齊830011;2.中國民用航空局第二研究所,四川成都610041)

磁懸浮鐵路對空管一次雷達的影響分析

段 鋒1,張 勇2

(1.新疆民航空管設備有限責任公司,新疆烏魯木齊830011;2.中國民用航空局第二研究所,四川成都610041)

一次雷達是空中交通領域重要的監視設備,是國防和民航空管的核心裝備。周圍的地形和設施可能會影響一次雷達性能的正常發揮,為保證航空安全,需要對雷達場地周圍的地形和設施進行評估分析。以東部機場規劃建設磁懸浮鐵路為例,分析評估了磁懸浮鐵路對機場空管一次雷達的影響。結果表明:磁懸浮列車牽引和制動時,產生的峰值場強、準峰值和平均值場強不會影響該機場空管一次雷達的正常運行;磁懸浮鐵路在有列車經過時,也不會影響空管一次雷達的正常運行。

磁懸浮鐵路;一次雷達;有源干擾;無源干擾;電磁評估

0 引 言

空管一次雷達是ATC系統監視空中航空器飛行動態的重要信息源之一,是確保航空安全,實現雷達管制,提高空域容量和航空器運行效率的基礎[1]。一次雷達性能的發揮和保障質量的高低,除受限于設備本身的技術性能,還會受到周圍電磁環境和場地條件的影響,包括大型障礙物對無線電信號產生的反射干擾和有源信號的干擾。隨著民航機場的迅速發展,同時方便人們出行,機場周圍的交通設施日趨完善,地鐵、磁懸浮等交通設施已漸漸與機場接軌。但這些交通設施在運行時會產生電磁波,受影響的頻譜可從數百千赫茲至數百兆赫茲,覆蓋民航通信導航監視設備工作的頻率范圍,會對機場的通信、導航和監視信號造成影響,嚴重時可能會影響設備的正常運行,對飛行安全造成影響。

目前,國內有學者對機場和民航雷達的電磁環境評估進行了分析和研究。田斌[2]針對機場選址,給出了電磁環境測試方法和相關計算的研究;顧有林等[3]設計并實現了一種可以實施評估電磁環境復雜度的系統,對評估算法進行了研究和仿真實現;郝佳新等[4]針對復雜電磁環境下電子對抗和雷達裝備的特點,參考雷達探測的BLAKE圖解法,采用功能性仿真,建立了雷達探測的概率模型和仿真算法。程巖松等[5]為了使空管監視設備的選址更加科學高效,探討了一種減小選址范圍的分析方法。韓丹等[6]分析了二次雷達周圍的電磁環境,針對民航雷達提出了電磁環境評估方法,具有一定借鑒意義。

磁懸浮鐵路屬于電氣化運輸,磁懸浮列車的大電流會導致軌道附近產生靜態(工頻)磁場,影響周圍的電磁環境;同時,列車、受電軌、輸電線、運行控制系統也會產生電磁輻射,對周圍環境造成電磁干擾。因此,在磁懸浮工程開工建設和投入運行之前,應對其進行評估,以分析磁懸浮工程對空管一次雷達是否有影響,確保雷達能正常工作,保障航空器安全飛行。

1 干擾分析方法

磁懸浮鐵路對空管一次雷達的影響分為兩種:無源干擾和有源干擾。無源干擾是指本身不主動輻射,而是反射、改變對方的輻射能量,起壓制和欺騙作用;有源干擾是指利用本身產生的電磁能量,主動作用于對方。

1.1 無源干擾分析方法

干擾源通過反射、改變設備的輻射能量而對設備起到壓制和欺騙作用,影響設備的正常運行。通過對干擾源的無源干擾分析,在不影響設備正常運行的前提下確定設備與各干擾源的最小間隔距離(防護間距)。

國家標準GB 13618—1992《對空情報雷達站電磁環境防護要求》第4條[7]和 MH/T 4003—2014《民用航空通信導航監視臺(站)設置場地規范 第2部分:監視》[8]規定,對空情報雷達對電氣化鐵路的防護間距為700 m,如表1所示。如果規劃中的磁懸浮鐵路在空管一次雷達的防護間距之內,則不滿足空管一次雷達的防護間距要求,需分析磁懸浮鐵路對空管一次雷達的影響,以確保其不會影響空管一次雷達的正常運行。

表1 各種干擾源的防護間距表

1.2 有源干擾影響分析方法

以國家標準GB 13618—1992為技術標準,分析、處理電氣化鐵路與空管雷達之間電磁兼容問題。由于空管一次雷達的工作頻段為2 760 MHz和2 840 MHz,為保證空管一次雷達能安全接收航空器反射回的信號,需考慮空管一次雷達接收到的磁懸浮鐵路產生的2 760/2 840 MHz干擾場強對空管一次雷達的影響。為保證雷達正常運行,其接收到的干擾場強應不大于空管一次雷達的最大容許干擾場強。

國家標準GB 13618—1992附錄B中規定,空情雷達對變電站、鐵路、汽車公路等設備的最大允許場強可由式(1)計算:

式中,Ejpmax為最大允許干擾場強(dBμV/m),Ujfmax為最大允許干擾電壓有效值(dBμV),f為雷達工作頻率(M Hz),G為雷達天線增益(d B),Z為雷達接收機輸入阻抗(Ω),ΔEgp為準峰值場強Ejp與峰值場強Ejp分貝數之差(d B),L為雷達天饋系統損耗(dB)。

國家標準GB 13618—1992中規定,雷達接收機輸入端最大容許干擾電壓為

式中,Ujfmax為接收機輸入端最大容許干擾電壓有效值(μV),C為相對于白噪聲最大容許干擾電壓的增量系數,Unf為等效到接收機輸入端的系統噪聲電壓有效值(μV)。

根據自由空間傳播的信號場強計算式(3),可以計算干擾無線電脈沖輻射到空管設備位置處的干擾場強:

式中,Es為信號場強(dBμV/m),P為有效發射功率(W),d為計算點至空管設備接收處的距離(km)。

若干擾場強滿足式(4),則障礙物不會影響空管設備的正常工作:

3 實例分析

本文以東部某機場擬建磁懸浮鐵路為例,對有源干擾評估方法進行分析、驗證。

3.1 選址規劃

圖1是擬規劃的磁懸浮專線與空管一次雷達站的相對位置圖。興建中的磁懸浮專線距離機場空管一次雷達天線距離最近處為402.7 m,該處線路標高為76.72 m。雷達站的地面標高為86.56 m,塔高12 m,線路軌面標高與雷達站的發射塔相對高差為21.84 m,磁懸浮車輛最高處與發射塔的相對高差為20.54 m。

圖1 磁懸浮專線與空管一次雷達相對位置圖

規劃中的磁懸浮專線到空管一次雷達的距離為402.7 m,在空管一次雷達的防護間距700 m范圍之內,其產生的電磁波可能會對一次雷達的正常工作產生影響,可能影響的范圍包括目標在雷達屏幕上能否正常顯示等。因此,需要分析、論證城際鐵路對一次監視雷達的影響,以判斷磁懸浮專線是否影響一次雷達正常運行。

3.2 有源干擾分析

首先計算出空管一次雷達對電氣化鐵路的最大允許干擾場強。取f為2 760/2 840 MHz;電氣化鐵路的準峰值場強Ejp與峰值場強Ejp分貝數之差ΔEgp參考文獻[9];根據該機場雷達的參數配置,接收機輸入阻抗取值為50Ω;天線增益大于天線損耗,取L,G為-7.43 dB;具體參數取值如表2所示。

表2 計算最大容許干擾場強的各參數值

國家標準GB 13618—1992中規定,電氣化鐵路的增量系數C為4,300～3 000 M Hz頻率接收機輸入端等效噪聲電壓Unf為0.85μV,再根據式(2)計算為1.632μV,經單位換算,即為4.254 dBμV。

3.2.1 數據采集

由于磁懸浮鐵路正在規劃,將測試地點選在磁懸浮廠商的工廠,以及上海磁懸浮龍陽路站至浦東機場運營段進行。由于工廠周圍場地的局限性,將在離磁懸浮直線距離17 m處對磁懸浮鐵路在列車全牽引、全級制動等情況下進行測試。然后根據測試點的測試數據,根據式(3)計算磁懸浮線路在2 760/2 840 MHz頻段產生的電磁干擾衰減到空管一次雷達接收天線處的干擾場強,如圖2所示。

在測試點,利用ESCI接收機和DS-50300小對數周期天線,在磁懸浮列車以全牽和全級制動形式經過時,采取點頻測試分別測量磁懸浮此時產生的有源干擾場強,測試數據如表3所示。

圖3 測試點與磁懸浮專線相對位置簡圖

表3 列車牽引和制動時2 760/2 840 MHz點頻測量數據

ESCI接收機點頻測試中分辨率帶寬的選取,嚴格執行GB/T 24338—2011《軌道交通電磁兼容》中的相關規定,如表4所示。

表4 點頻測試分辨率帶寬設置

3.2.2 數據分析

根據式(3),分別計算在牽引和制動情況下,磁懸浮列車運行時產生的無線電脈沖在空管一次雷達頻率內的干擾場強,如表5所示。通過與最大容許場強相比較,根據式(5)可以得出磁懸浮鐵路有列車經過時不會影響空管一次雷達的正常運行。

4 結束語

通過測試、驗證和仿真,對東部某機場磁懸浮鐵路影響空管一次雷達的情況進行了分析。可以看出,磁懸浮列車全牽引和制動時,產生的峰值場強、準峰值和平均值場強不會影響該機場空管一次雷達的正常運行;磁懸浮鐵路在有列車經過時,也不會影響空管一次雷達的正常運行。

表5 列車全牽和全級制動時產生的2 760/2 840 MHz干擾場強

[1]國際民航組織.國際民用航空公約:附件10 航空電信[M].蒙特利爾:國際民航組織出版社,2013.

[2]田斌.機場選址電磁環境測試方法和相關計算的研究[D].昆明:云南大學,2009.

[3]顧有林,張志,王偉,等.電磁環境復雜度評估算法研究與仿真實現[J].系統仿真學報,2012,24(2):394-397,403.

[4]郝佳新,甘斌.復雜電磁環境下防空雷達的探測模型研究[J].計算機仿真,2009,26(6):33-36,69.

[5]程延松,孫清清,祝亮,等.一種確定空管監視臺站選址范圍的方法[J].雷達科學與技術,2015,13(4):345-349.

[6]韓丹,蔣豪,楊曉嘉.民航雷達電磁環境評估方法[J].電訊技術,2016,56(5):585-590.

[7]對空情報雷達站電磁環境防護要求:GB 13618-1992[S].北京:中國標準出版社,1992:4-6.

[8]民用航空通信導航監視臺(站)設置場地規范.第2部分:監視:MH/T 4003.2-2014[S].北京:中國民航出版社,2014:13-15.

Evaluation of the Impact of Maglev Railway on PSR

DUAN Feng1,ZHANG Yong2
(1.Xinjiang Civil Aviation Air Control Equipment Co Ltd,Urumqi830011,China;2.The Second Research Institute of CAAC,Chengdu610041,China)

Primary Surveillance Radar(PSR)is of significant importance to the air traffic control for its important surveillance information.The surrounding terrain and facilities are the main factors that affect the PSR performance.To ensure aviation safety,it is necessary to evaluate the influences of terrain and facilities around the radar site.Take an airport in the eastern China region as an example,near which a magnetic levitation railroad is planning to construct.The analysis and evaluation of the railway influence on the airport air traffic control primary radar are made.The results indicate that the peak magnetic field strength and the quasi-peak strength and the average field strength created when the maglev train tracts and brakes will not affect the operation of the ATC primary radars.Also,when maglev railway train passing by,the PSR operation is able to maintain its normal performance.

maglev railway;primary surveillance radar(PSR);active interference;passive interference;electromagnetic assessment

TN954+.1

A

1672-2337(2017)02-0137-04

10.3969/j.issn.1672-2337.2017.02.005

2016-08-23;

2016-12-02

段 鋒男,1968年11月出生于新疆石河子,新疆民航空管設備有限責任公司副總經理,高級工程師,主要從事民航空管監視技術研究及安裝維護、項目管理方面的工作。

E-mail:duanfeng@sina.com

張 勇男,1984年12月出生于河南項城,中國民航局第二研究所空管工程技術研究所助理研究員,主要從事通信導航監視技術研究、雷達安全方面的工作。