GBAS導航系統的VDB對VOR干擾防護間距分析

鄒杰

摘要：GBAS的運用會加劇民航頻率使用資源緊張的局勢。本文分析GBAS導航系統中VDB與同頻段VOR導航設備之間的影響，提出兩者之間的防護間距分析方法，避免VDB在投入運用時與VOR導航設備的干擾，促進GBAS系統的順利使用，提高頻率資源利用率。

關鍵詞：GBAS；甚高頻全向信標；甚高頻數據廣播；防護間距；飛行安全

中圖分類號：TN967.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）06-0213-02

近年來，隨著航空業的高速發展，新機場建設和機場擴建越來越多，而機場運行離不開空管設備的建設，包括配備相應的導航設備，而每個導航設備均需配備特定的工作頻率。隨著導航設備的陸續增加，而頻率資源是一定的，在有限的頻率資源里，如何科學有效地利用和分配頻率，避免系統間的相互干擾，保障設備正常運行就顯得尤為重要[1]。

GBAS（Ground-Based Augmentation System，地基增強系統）屬于新型導航設備，是航空導航的未來發展方向，已在國際上投入實際運用，我國也在積極推動GBAS系統的運用。GBAS系統與現有大部分導航設備的使用頻率接近，甚至處于同頻段范圍，隨著系統的投入使用，會加劇導航頻率資源的緊缺局勢，同時也會對同頻段其他導航設備產生電磁影響。本文提出了GBAS系統中信號發射設備VDB（Very-high frequency Data Broadcast，甚高頻數據廣播）與VOR（Very high frequency Omni directional Range，甚高頻全向信標）導航設備的防護間距分析方法，得出不同頻率間隔情況下VDB對VOR的防護間距[2]，避免VDB在投入運用時與VOR產生干擾，保障GBAS系統正常運行，提高頻率資源利用率。

1 GBAS和VOR介紹

GBAS是國際民航組織規劃的基于GNSS（全球導航衛星系統）、采用DGPS（差分GPS）技術建立的系統，以它為基礎的GLS（全球導航衛星地基增強著陸系統）成為目前最令人關注的一種新型著陸系統。

1.1 系統組成

全球導航衛星地基增強著陸系統（GBAS Landing System， GLS）由三個獨立的子系統組成：衛星子系統、地面子系統和機載子系統。GBAS地面子系統通過數字甚高頻數據廣播（VDB）方式向機載子系統提供GNSS測距信號的數據和修正信息。

GBAS地面子系統包括2組或2組以上的GNSS接收機，以及地面數據處理組件、數據廣播組件、可靠性監控組件和一個或以上的VDB天線，將差分修正量、GNSS完好性及其信息通過VDB天線傳送給飛機機載接收系統。機載接收系統依靠VDB廣播的差分修正值和其他相關數據更正之前自身所測的數據，并計算成為所需精度等級的位置信息，然后將該數據轉化為導航引導信號，提供給駕駛艙的顯示器和自動駕駛儀，引導飛機航行[3]。

1.2 VDB系統信號發射

VDB使用的無線電頻段為108MHz～117.975MHz，可指配的最低頻率為108.025MHz，最高頻率為117.950MHz，頻率間隔（信道間隔）為25KHz。VDB使用固定幀結構的時分多址訪問（TDMA）技術，分配為1～8個時隙。GBAS數據以3比特字符形式發射，VDB載波通過八相相移鍵控（D8PSK）調制方式以每秒10500個字符的速率調制。

1.3 VOR介紹

VOR是一種用于航空的無線電導航系統，其工作頻段與VDB相同，屬于甚高頻段，一般安裝在跑道延長線上，與機載無線的羅盤配合使用以指示導航臺相對于飛機的方向，方便飛機進近著陸。

2 干擾和防護間距

2.1 干擾分析

民航導航設備可用的頻率數量很有限，使用的頻率相對集中。當作用在相同區域時，應分析并防止發射機和接收機交互產生的RFI（Radio Frequency Interference，射頻干擾），包括互調、交調、接收減敏（過載）、鄰道信號、諧波和AM/FM/TV干擾等。

根據所使用的頻率和信號傳播公式，可以求出VDB系統與同頻段導航設備在保守估計（最壞情況）下的地理分隔距離。如果擬建VDB臺站與VOR設備之間符合地理間隔的防護間距要求，則兩者不會產生相互干擾影響[4]。

2.2 防護間距計算

當VDB與VOR安裝在同一區域，需考慮兩種導航設備的工作頻率、覆蓋場強大小和地理間距，以分析兩者是否相互干擾。在同一區域，覆蓋場強大的信號易對覆蓋場強小的信號產生干擾，即當兩信號重疊時，若覆蓋場強小的信號不受場強大的信號干擾，則兩臺站之間互不干擾。

VOR信號覆蓋區域內最低信號場強為90μV/m，VDB的垂直極化信號最小場強信號為136μV/m，即VOR場強信號易受VDB場強信號的干擾[5]。在VOR與VDB同區域安裝時，根據易受干擾信號（即VOR信號）的抗干擾特性和頻率使用情況進行計算。抗干擾特性是指D/U（Desired/Undesired，期望信號與干擾信號的功率比）值，即信干比，是保障被保護信號不受干擾信號影響時，受保護信號與干擾信號的比值。

為保障VOR不受GBAS系統VDB信號干擾，VOR針對VDB信號所要求的D/U比值應滿足表1所示。

根據公式3，在同頻（同信道）情況（參考頻率f為112MHz）下，見參考文獻2附錄D的7.2節可知：VDB的有效輻射功率TVDB=47dBm，VOR覆蓋邊緣的最小輻射功率PVOR保護=-79dBm，由此可求出相應的路徑損耗L其最小值應不小于152dB。

大氣層的折射率隨高度而逐漸變化，這就使得無線電波輕微地朝著地球表面彎曲（或在一些情況下，朝著與地球表面相反的方向彎曲）。彎曲的結果就是無線電波能夠傳播到物理地平線以外的地方去。

在接收天線高度為40000英尺時，由于發射機在地表上，hRX>>hTX，所以可認為hTX=0，則無線電地平線距離dRH=246NM。

根據ITU-R Recommendation P.528-2公布的標準傳播模型或者自由空間損耗模型，在視距范圍外，當頻率范圍108～137MHz時，衰落因子a為0.5dB/NM。

由表2和公式（3）可以計算出自由空間的路徑損耗（L）。然后，根據L和公式（5）或（6）可以計算出VDB距離A點的距離，再加上VOR覆蓋半徑，就可以得出地里位置間隔。比如，在同一信道時，L=152dB，求得d=296NM，加上VOR覆蓋半徑185NM，則地理位置間隔為481NM。

依次對不同頻率分配下VDB和VOR進行地理間隔計算，結果如表2所示，其中VOR的覆蓋半徑包括了185nm、162nm、90 nm三種情況。

3 結語

通過上述GBAS系統VDB與VOR導航設備的防護間距計算分析，并結合現有導航設備布局和頻率使用情況，合理地選用VDB使用頻率，既可以避免相互干擾，又能促進GBAS系統順利投入使用，增加頻率復用，提高頻率資源利用率。以上方法是基于理想地理環境下，即最有害的干擾條件下，在現實情況中若臺站間頻率和距離條件滿足以上關系，則不會產生相互干擾，可作為必要的初步判斷。通常在現實情況下，特別在山區或遮擋較大等復雜地理條件下，臺站間的防護間距會更短，此時應根據實際情況進行進一步計算。

參考文獻

[1]國際民航組織.國際民用航空公約附件十[M].蒙特利爾：國際民航組織出版社，2013.

[2]工業和信息化部電信研究院等. GB6364-2013航空無線電導航臺（站）電磁環境要求[S]， 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，北京：中國標準出版社，2014.

[3]中國民航局行業管理辦公室等.MH/T4003-2014民用航空通信導航監視臺（站）設置場地規范第2部分：監視[S].北京：中國民航出版社，2014：13-15.

[4]FAA6050.32B-2005，Spectrum Management Regulation Sv1[S].

[5]Doc9718 AN/957-2013，民用航空無線電頻率需求手冊[S].

Abstract：The use of GBAS will aggravate the situation of the frequency of the use of civil aviation frequency resources. This paper analyzes the impact between VDB and VOR navigation equipment in the same frequency band in GBAS navigation system， and proposing a method for analysis of protection spacing between them to avoid interference with VOR navigation equipment when using VDB， and promotes the smooth use of GBAS system. At the same time， this can also increase the utilization of frequency resources.

Key words：GBAS； VOR； VDB； protection space； flight safety