基于Wireless InSite的機場電磁環(huán)境仿真與分析

(中國民用航空飛行學(xué)院民航飛行技術(shù)與飛行安全科研基地 四川 廣漢 618307)

引言

在機場環(huán)境中，航空無線電系統(tǒng)與周圍電磁環(huán)境的合理兼容是民航安全的重要保障。無線電產(chǎn)品和技術(shù)在生產(chǎn)生活中的廣泛一定程度上出現(xiàn)了影響民航安全的亂象，機場周圍的電磁環(huán)境產(chǎn)生的有源干擾和無源干擾，導(dǎo)致了各種危害和干擾民航無線電專用頻率事件頻發(fā)，嚴(yán)重影響了民用航空的安全運行[1]。

一、機場導(dǎo)航臺站的電磁環(huán)境現(xiàn)狀

隨著電子設(shè)備在生活生產(chǎn)中的廣泛引用，機場導(dǎo)航臺站周邊的電磁環(huán)境變得十分復(fù)雜，無線電干擾事件頻發(fā)，甚至危及飛行安全。電磁干擾指在無線電頻段內(nèi)，可能對有用信號造成損害的無用信號或電磁騷擾。無線電干擾信號是通過直接藕合或間接藕合方式進人接收設(shè)備或系統(tǒng)的電磁能量，它可以對設(shè)備所需接收的信號產(chǎn)生影響，導(dǎo)致性能下降、信息差錯或丟失，甚至阻斷[2]。電磁干擾一般可分為同頻干擾、帶外干擾、互調(diào)干擾、阻塞干擾等[3]。

二、Wireless InSite軟件介紹

Wireless InSite軟件是由美國REMCOM公司開發(fā)，能夠在50MHz到100GHz的頻段內(nèi)進行準(zhǔn)確的建模分析的電磁環(huán)境仿真軟件。該軟件可以模擬城市，室內(nèi)、山脈，植被等多種環(huán)境，使用三維射線跟蹤的方法，在UTD/GTD理論的基礎(chǔ)上建模，采用的電磁分析算法主要

包括 2D、3D 以及快速 3D 的算法，根據(jù)散射的特性以及跟物體相關(guān)的反射、透射系數(shù)評估電場、磁場，通過將電場與具體的天線模式相結(jié)合來計算路徑損耗，到達時間以及到達角度等[4]。

三、基于WI軟件的仿真與分析

通過WI軟件對廣漢機場的電磁環(huán)境進行建模，通過模仿導(dǎo)航臺發(fā)射源和手機的雜散干擾對跑道上飛機的干擾狀況，對飛機在跑道上起落過程中受到干擾的程度進行仿真。廣漢機場跑道區(qū)域模型如圖1 所示。中間跑道以及底部路面均為混凝土材料，跑道規(guī)格為2200米長，45米寬，跑道與道路以外均為草坪，信標(biāo)臺距跑道中心線630米。

圖1 廣漢機場跑道區(qū)域模型

以舉辦航展等大型活動為仿真場景，電磁干擾主要來自觀眾的手機的雜散干擾，場景中假設(shè)同時有200人使用手機，手機信號頻率統(tǒng)一為1800NHz，發(fā)射功率最大為2W，約為33dBm[5]。信號發(fā)射源為全向信標(biāo)臺的天線，工作頻率設(shè)置為1019MHz，功率為100W，增益是3.5dBi,垂直極化，高度2.95米。接收機在跑道上每隔40米設(shè)置一個，高度定位3米模擬飛機的真實高度，中心頻率為950MHz。

圖2 區(qū)域仿真結(jié)果

圖3為接收機收到的發(fā)射機輻射的功率圖，圖4為飛機接收功率圖，從圖中可以看到跑道1200米處出現(xiàn)了跳躍，由此可見手機信號對于導(dǎo)航臺與飛機的通信有一定的影響。從圖5可看出在距離干擾源較近的位置由于干擾作用，對信號源的影響加大，出現(xiàn)了跳變最低點可以衰減到-0.5dB。在跑道250米處信噪比開始衰減，在跑道1000米處干擾對接收機的影響最嚴(yán)重，此時干擾功率最大使信噪比衰減到最低。之后隨著遠離干擾源干擾的影響逐漸變小，導(dǎo)航臺對飛機的作用相比更加突出，信噪比開始增大，干擾源信號衰減較大，導(dǎo)航臺信號衰減較小，之后信噪比就趨向平緩。從圖上可以看出導(dǎo)航臺信號強度大于-77dBm，能夠與飛機正常通信[6]。

圖3 導(dǎo)航臺天線輻射功率圖

圖4 飛機接收功率圖

圖5 信噪比

四、結(jié)語

本方案利用Wireless InSite軟件對廣漢機場在舉辦航展等大型活動場景下進行電磁環(huán)境仿真，模擬了200位觀眾同時使用手機的情況對跑道上飛機的影響，為今后的機場無線電測量和管理提供借鑒和參考。仿真表明，在設(shè)定的干擾的條件下，飛機在跑道末端收到的干擾可以忽略不計，可視為只接收導(dǎo)航臺信號，可以保障順利起飛。