九洲導航臺DVOR信號抖動超限問題分析

閆飛龍

摘 要 多普勒全向信標DVOR通過輻射無線電信號為民用航空航空器提供導航服務，其信號穩定性直接關系到民用航空安全，文章結合九洲導航臺DVOR出現的信號抖動問題，從設備、環境、飛行校驗3個方面進行分析，為解決類似問題提供相關經驗。

關鍵詞 DVOR；信號抖動；環境；飛行校驗

中圖分類號 G2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2019）233-0158-03

九洲導航臺隸屬于澳門民航局，設備包括一套澳大利亞Interscan公司生產的VRB-52D型多普勒全向信標（DVOR）和一套LDB-102型測距機（DME），為進出澳門國際機場和飛越該臺上空空域的航班提供導航信號。

為了保障導航設備的數據準確性，國際民航組織要求設備在投入時需要進行投產校驗、投入使用后需要定期進行飛行校驗。飛行校驗項目包括了信號覆蓋、識別、極化、徑向、抖動和擺動、調制度等，全面檢測DVOR/DME設備的工作性能，九洲導航臺2014年投產校驗時各項參數符合標準，但是2015年及2016年連續兩年校飛DVOR在大約89°～100°之間信號抖動超限，本文從設備、環境、飛行校驗幾個角度對DVOR信號的異常進行了分析。

1 臺站基本情況

九洲導航臺坐落于距離珠海市陸地大約2km的海島九洲島上，海拔大約45m，于1996年開始運行。導航臺剛建成時安裝的導航設備只有VRB-51D型DVOR，多年來提供的導航信號均能滿足周邊澳門機場、珠海機場和深圳機場各類航班的需求。隨著近年來通用航空的發展，導航臺也為各類通用航空飛行器提供了準確的導航信號。

2014年，為了滿足快速發展的民航事業，九洲導航臺迎來一次全面的升級改造，DVOR設備型號升級為VRB-52D，并且增加了與DVOR配套使用的測距設備DME，設備升級后的投產校驗參數正常，但是后來連續兩年定期圓周校驗時，在89°～100°之間均出現了DVOR信號抖動超限的問題。出現問題后，技術人員收集資料，從多個方面入手，層層分析，最終解決了問題。

2 設備狀況分析

2.1 設備覆蓋

國際民航組織在附件10中要求：VOR提供的信號必須在40°仰角以下，使一部標準的機載設備能在飛行區域所要求的高度和距離上理想地工作，并建議為了能使一部標準的機載設備在最大規定服務半徑上、以最低的服務電平理想地工作，要求VOR信號的空間場強或功率密度應為90μV/m或-107dBW/m2。一般情況下，當高度為5 000m時，DVOR的覆蓋范圍約為200km，高度為10 000m時，覆蓋范圍為300km～350km。

DVOR工作在甚高頻波段，受地球曲率的限制，DVOR的覆蓋范圍只能在視線范圍內，也就是常說的視距距離，考慮到無線電波在大氣中的折射效應，DVOR的最大覆蓋范圍稍大于地球曲率所限制的視線距離，視距距離計算公式為（為飛行器高度）。九洲DVOR年度圓周校飛時圓周半徑為20nmile（約37km），高度為6000ft（約1 800m），根據視距距離計算公式，飛行器高度為1 800m時，DVOR信號可以覆蓋的最大距離約為170km，因此，理論情況下，距離導航臺DVOR校飛半徑37km處，信號可以完全覆蓋。

2.2 設備功率

設備更新改造前，導航臺DVOR設備型號VRB-51D，該設備載波中央天線發射信號有效輻射功率為50W，實際發射功率大約54W，改造后VRB-52D型DVOR有效輻射功率為100W，實際發射功率大約為106W。考慮到無線電波實際傳播過程中的傳播損耗，在不同的斜距和高度上獲得空間場強90μV/m，有效輻射功率50W和100W的DVOR信標臺與飛行器斜距和高度之間的曲線關系如圖1所示。

從曲線圖可以看出，DVOR的有效輻射功率從50W增大到100W，對于同一高度，例如6 000m的飛行器的有效作用距離僅從113n mile增加到137n mile，只有44km左右，即在6 000m高度，當DVOR的有效輻射功率從50W增加到100W，增加一倍時，有效作用距離增加的很少。在九洲DVOR圓周校飛處，斜距大概37km，可以看出，發射功率的增加對圓周校飛結果的影響幾乎可以忽略不計，因此，設備更新后的功率的增加，在較遠距離會增加導航臺的有效覆蓋范圍，但不會因此導致DVOR圓周校飛出現信號抖動超限。

2.3 設備自身狀態

飛行校驗結果出現信號抖動后，技術人員立即對設備進行了分析，檢查是否設備自身原因導致校飛結果異常。校飛前，更新后的DVOR系統兩臺機均已穩定運行一年多，中間未發生過嚴重故障，沒有特別需要關注的故障點。因DVOR系統的有效輻射功率主要來自中央天線的載波信號，技術人員首先檢查了載波信號通道各個板卡測量點的波形、功率，與設備安裝調試的數據進行比對分析，確認載波天線駐波比等相關數據正常?？紤]到圓周校飛只有89°～100°之間信號異常，其他方向無異常，技術人員又檢查了89°～100°之間的邊帶天線及信號，著重檢查了邊帶信號通路邊帶信號調制放大模塊之后信號分散之后的各個組件，包括邊帶切換單元、天線分配開關、繼電器、邊帶天線及天線饋線等，均未發現異常。結合以往經驗，出現部分角度信號抖動超限問題跟設備本身工作性能關系不大，基本排除了設備自身狀態導致系統的信號抖動超限。

3 環境分析

DVOR輻射的無線電信號容易受到來自周邊環境、建筑物、樹木以及能源傳輸線的多路徑干擾?！逗娇諢o線電導航臺（站）電磁環境要求》中明確規定了在以DVOR臺為中心的范圍內的障礙物高度限制以及以DVOR天線反射網平面為基準面的障礙物的垂直張角要求，在選擇新設備臺址以及考慮臨近已建臺的開發可接受性時，會從多方面充分考慮上述因素的影響。

九洲導航臺位于九洲島的山體頂部，臺站與周邊海面之間存在一定的相對高度落差，臺站附近周邊障礙物高度符合DVOR無線電信號電磁環境要求。但是由于近年來臺站周邊城市建設發展迅速，新增高樓數不勝數，雖未超過《航空無線電導航臺（站）電磁環境要求》中臺站范圍內的障礙物高度限制，但是再考慮到臺站周邊珠三角地區鱗次櫛比的低海拔山脈，人為障礙物的增多加上復雜的地理環境使反射波對DVOR系統造成的影響也越來越大。DVOR系統輻射的信號在地面或周邊障礙物反射后，相位將發生改變，直射波與反射波在空間合成后，將導致信號強度降低。除了臺站周邊障礙物，臺站相對地面高度、天線反射平臺面積、飛機飛行高度等因素都會影響設備空間信號受反射波干擾的程度。

圖2所示，根據九洲導航臺1 800m信號覆蓋圖，臺站東方、西北方、西方、西南方四個方向都有地勢相對較高的山體遮擋，信號覆蓋在這四個方向也有明顯的缺口。因此，當圓周飛行高度較低，DVOR信號特別容易在低高度、遠距離上受地面、障礙物反射波的影響，從而導致直射波和反射波信號在空間合成后，信號強度會出現一定程度的下降。經分析發現，圓周校飛信號抖動超限的89°～100°之間剛好是臺站東方，在距離臺站20n mile位置有最高海拔約935m的大嶼山，不難發現，高海拔障礙物的遮擋，再加上校飛的高度比較低，很可能導致了九洲導航臺DVOR信號在89°～100°的抖動超限。

4 飛行校驗分析

校驗飛機在校驗過程中出現某一點存在信號抖動超限的問題，可能導致的因素較多。然而在校驗數據中可參考的內容較少，直接原因較難判斷。上文分析設備故障等因素導致的信號抖動超限的可能性較小，可能與地形原因造成的反射波有關，而飛行校驗的高度也可能與之有關。

根據澳門民航局要求，九洲導航臺圓周校驗科目的飛行高度為6 000ft，約為1 800m，而通常全向信標的圓周校驗高度為3 300m左右。飛行高度的差異導致飛機處于臺站的垂直仰角位置不相同，按九洲導航臺臺站橢球高度47m計算，校驗飛機在距臺站20n mile、1 800m高度的位置上，相對于臺站天線反射平臺的垂直張角約為2.71°；校驗飛機在距臺站20n mile、3 300m高度的位置上，反射平臺的垂直張角約為5°，如圖3所示。

根據DVOR天線輻射場型，設備信號輻射場型最大值約在垂直張角為30°的方位上，經測算，在2.7°張角上的信號強度約為0.3，要小于5°張角上的信號強度0.55，飛行高度偏低使校驗飛機接收到的信號強度減弱，造成信號穩定性較差，出現波動。

理論分析指向了飛行校驗的高度也是造成信號抖動超限的原因之一，該結果也很快通過飛行校驗得到了驗證，將圓周飛行校驗高度由6 000ft（約1 800m）提高到9 000ft（約2 700m）后，DVOR信號在89°～100°之間的信號抖動恢復到正常范圍之內，其他飛行校驗參數也均正常。進一步說明了復雜的地形環境加上校驗飛機的飛行高度造成了九洲DVOR信號在89°～100°方向的信號抖動超限。

5 結論

本文結合實際應用，從設備、環境、飛行校驗3個方面入手，最終發現了導致DVOR信號抖動超限的原因并找到了解決方案。導致DVOR無線電信號不穩定的因素很多，設備自身狀態、頻率干擾、周邊地形、障礙物等都會對導航無線電信號造成影響。近些年，隨著城市及信息化的發展，民用航空導航臺站周邊高樓迅速增多、無線電電磁環境不斷惡化，導航臺站技術維護部門面臨的壓力也越來越大。我們應該提前行動，做好應對方案，全力保障民用航空無線電導航臺站信號穩定。