地形遮蔽對航向信號覆蓋的影響分析

吳疆

引言

近年來，國內某些機場出現了航向信號覆蓋不足，多角度限用的情況，對進離場程序的設立和實施帶來了負面影響，其原因往往是忽視了機場附近地形的影響。本文從信號空間傳播原理出發，分析地形遮蔽對航向信號覆蓋的影響。

一、航向信號覆蓋規范

依據附件10的要求，飛行高度取跑道頭標高以上600米、中間和最后進場區內最高點的標高以上300米、截獲下滑道的高度三者之一（以較高的為準），所獲取的航道信號必須穩定、清晰且強度必須大于等于5uV（-93dBm）。

二、航向信號的損耗

航向天線陣向空間輻射電磁波信號，在發射端到接收端的傳輸路徑上，信號由直射波和反射波共同構成。直射信號、反射信號在傳播過程中都伴隨著信號的衰減。

（一）直射信號損耗，距離越遠，損耗越大。

此外，機場附近的地形遮蔽，可能造成信號的阻擋損耗。發射端與接收端相連的直線稱為視線，一旦有障礙物阻隔了這條直線便會影響空間信號的場強（航向信號頻率高，波長短，衍射能力弱）。圖1（a）為某機場35°處信號限用的地形，可見高山遮蔽了視線，阻擋了信號。

在實際校飛結論中，我們往往忽略了另一方面的影響，如下圖（b）為某機場10°限用的視線與地形，此時障礙物低于視線，收發兩端通視，信號仍產生了衰減。造成這一現象，是因為障礙物進入了信號的菲涅爾區。

（二）反射信號損耗

對于航向反射信號，需要考慮天線陣前方的土面傾角，若天線陣前方場地為上坡，即天線陣基礎面低于跑道平面，甚至跑道入口與天線陣無法通視時，反射信號強度受較大衰減。航向天線陣垂直面場型由實際天線與地面鏡像天線合成信號得到：

對于投產校驗覆蓋科目而言，作圓弧飛行，其與航向天線陣夾角約為0.764°。設航向天線陣前傾角為0.2°，則飛機相對地面實際仰角為0.564°。信號在16.25°處取得最大場強，并向兩側逐漸減弱，0.564°處的場強顯然小于0.764°處的場強，可見航向天線陣前方土面成上坡趨勢會造成信號的衰減。

三、增強信號的方法：針對信號可能出現的衰減情況，提出切實可行的改進方案。

由此可見，當天線高度提高一倍時，波瓣增益可以增加近6dB。利用MATLAB仿真，可得到不同天線高度對應的垂直面場型。

（二）天線類型：對于雙頻航向信標而言，其水平面輻射信號的場強實際是航道CSB與余隙CSB信號的大小，且隨天線數目及ADU分配關系的不同而改變。

地形遮蔽會引起信號反射，造成衰減，通常可以用BBP來衡量天線陣多路徑反射抑制的能力，其意義是SBO經反射影響航道的大小。隨著天線數目的增加，天線陣產生的信號波束變窄，受障礙物影響變小，干擾抑制能力增強。這是因為相同功率下，多天線系統航道主瓣得到壓縮，能量集中在跑道上，航道結構更好。通常而言，選擇多單元天線陣能減小小角度地形遮蔽的影響。

除此之外，廠家在設計過程中，通過降低大角度余隙信號強度，達到減小余隙信號對航道結構影響的目的，殊不知這種設計理念也是造成了信號覆蓋不足的原因。

四、結語：

天線陣的類型決定了航向信號水平面輻射場型，對信號強度影響大。因此，我們在選型安裝之前，要勘測周邊地形、山體、障礙物、運行標準等，考量航向信號水平面的傳播，確定設備類型、天線數量及型號。