基于開場測試的 民航空管無線電信號監測與分析系統應用

徐如蘭潘云飛 2

（ 1.中國民用航空華北地區空中交通管理局，北京 100621；2.中國民用航空華北地區空中交通管理局內蒙古分局，內蒙古 呼和浩特 010070）

1 系統概述

民航空管無線電信號監測與分析系統包括“可搬移式民航空管無線電監測測向設備”和“空管無線電數據分析處理平臺”2個部分。系統 組成如圖1所示。

“ 可搬移式民航空管無線電監測測向設備”的硬件包括雙通道監測接收機（含監測測向天線）、數字信號處理板、嵌入式計算機、存儲設備、通信設備、遠程監控環境監控設備及電池等。設備端需要進行設備控制、軟件無線電處理、數據采集分析、記錄及通信。

“空 管無線電數據分析處理平臺”子系統包括空管無線電數據分析處理軟件、空 管電子地理信息軟件（基于G IS）和空管無線電數據庫（基于Oracle）3項應用軟件?？展軣o線電數據分析處理軟件是該平臺的核心，基于平臺的框架體系和數據總線，向電子地理信息軟件推送原始或經計算的數據，可顯示數據分析的結果，并支持數據庫的高速訪問，可完成數據存儲、處理和提??；空管電子地理信息軟件可存儲、處理和提取設備臺站的相關信息。應用軟件之間可進行信息交互共享?？展軣o線電數據分析處理平臺的總體架構[1]如圖2所示。

通過監測測向設備，實時采集無線電臺站設備在不同時間與地點發射信號的電磁數據，利用空管無線電數據分析處理平臺將采集的數據與臺站標稱數據進行比較，計算頻率占用度等參數信息，評估空管頻率資源的使用效率，有利于監控設備臺站發射信號的各項參數，并實現對民航無線電干擾監測分析。在GIS平臺上可直觀展示所轄空管設備及周圍電磁環境的信號信息，包括設備臺站信號的射頻工作狀態以及頻率使用效率、民航無線電事實干擾及潛在干擾數據等。該設備可以處理監測數據，生成多種無線電統計報表，例如 民航臺站信號參數測量統計表、民航專用頻段監測統計表、民航干擾信號監測統計表、民航專用頻段噪聲監測統計表等，空管無線電數據分析處理平臺主界面如圖3所示。

圖 3 空管無線電數據分析處理平臺主界面圖

民航空管無線電信號監測與分析系統主要應用如表1所示。

表1 民航空管無線電信號監測與分析系統主要應用

2 民航空管無線電臺站信號開場測試的應用

該應用對空管臺站設備的無線電發射進行開場測試和數據采集，所有測試結果存入數據分析處理系統并進行統計分析，完成對發射設備的射頻部分運行狀態和質量的輔助監測。在數據分析處理系統中，將歷史數據、不同方位測試數據與臺站標稱數據進行比較，可分析臺站可能受擾的情況。

空管電子地理信息軟件和空管無線電數據庫，對在數據庫中錄入和存儲管理的地空甚高頻臺、航向信標、下滑臺、一、二次雷達等無線電臺站的標稱數據進行查詢、統計和信息展現。 將同一臺站同一設備的最新發射信號測量數據與數據庫中的臺站標稱數據進行比較；分析設備性能的變化。

測量記錄的民航無線電臺站和無線電信號[2]包括以下幾項：1）VHF地空通信臺站。VHF地空通信無線電臺站信號（117MHz～137MHz）。2）導航臺站。儀表著陸系統-指點信標信號（74.6MHz～75.4MHz）、儀表著陸系統-航向信標信號（108MHz～112MHz）、儀表著陸系統-下滑信標信號（328.6MHz～335.4MHz）、全向信標臺信號（108MHz～118MHz）、測距儀信號（906MHz～1215MHz）。3）監視雷達臺站?？展芙桃淮伪O視雷達（A路2760MHz，B路2840MHz）、空管遠程一次監視雷達（1250MHz～1350MHz）、空管二次雷達（發射頻率TX：1030MHz，接收頻率RX：1090MHz）。4）衛星導航系統信號（GNSS）：GPS信號（L1波段：（1575.42±10.00）MHz；L2波段：（1227.60±10.00）MHz）。

民航無線電臺站信號參數和數據的測量記錄包括：1）信號幅度、場強（可通過無線電傳播模型推算發射功率）。2）中心頻率、頻差、頻偏、帶寬。3）調制模式、調制參數。4）底噪、載噪比信號IQ數據、頻譜圖、解調話音、測量時間、地點（經緯度）、測量設備ID、天線ID和極化形式、測量人員。

為了保持數據的可比性，每次對上述臺站進行開場測量須使用同一監測天線和方法，比較的數據須使用在相同的時間段（每日）和地點測量獲得的數據，記錄和展示的信號幅度可采用電平值或場強值，如使用電平值須消除天線增益及線纜損耗的影響實現歸一化，場強值則可使用天線因子計算而獲得。

3 民航無線電專用頻段和有關頻段監測的應用

掃描監測民航無線電專用頻段，利用監測設備采集獲取的連續監測數據或頻率/時間占用度統計數據，掃描監測易對民航產生干擾的調頻廣播、電視等頻段的電磁環境信息，采集全頻段頻譜和底噪頻譜數據，檢測發現未注冊非法信號和疑似干擾信號，并記入監測數據庫。

空管電子地理信息軟件和空管無線電數據庫，可實現對周邊區域調頻廣播、電臺相關數據的查詢和結果展示。通過處理 IQ 數據，回放地空通信語音以及動態時域下的頻域信息，掌握信號頻域、時域和調制域特征，進一步確認存在參數偏離或受干擾的情況。

4 民航無線電干擾自動監測和分析的應用

利用監測設備的干擾自動監測分析功能，定期、定點監測和檢測出對民航地空甚高頻通信、導航和監視雷達等無線電臺站構成事實干擾的干擾信號，或在接到民航干擾申訴后到干擾發生區域進行干擾監測和分析，查明干擾產生機理和干擾類型，分析干擾源；對難以復現的隨機、短時干擾，可將監測設備進行臨時架設采取長期、不間斷監測方式進行偵測捕獲，出現干擾后自動實時分析和記錄（包括IQ數據），為無委或民航部門最終查找和排除干擾提供充分的信息支持。

4.1 實時監測和自動分析民航無線電干擾

查明干擾方式（機理）和干擾類型，分析干擾源，記錄干擾現場的全息電磁環境數據。干擾類型分析判別時，給出判斷準確度概率?；诳展茈娮拥乩硇畔④浖涂展軣o線電數據庫，可存儲空管無線電干擾數據和告警，便于無線電監測部門及時獲得干擾預警信息，掌握設備臺站可能受到干擾的具體情況，有針對性地制定空管設備干擾預防的防護手段。

筆者將民航干擾方式總結為以下6種類型：同頻干擾、鄰頻干擾、互調干擾、雜散干擾、突發干擾、GPS干擾。

將民航干擾信號總結為以下11種類型：FM廣播發射互調干擾、FM廣播泄漏雜散干擾、廣播電視增補頻道發射干擾、有線電視增補頻道泄漏干擾、非法廣播干擾（直接或雜散干擾）、非法電視發射干擾、數傳發射干擾、視頻無線數傳發射干擾、ISM設備雜散干擾和噪聲干擾、GPS干擾、其他干擾。

4.2 互調信號分析

自動計算出同一時間發射的頻率產生出的互調信號，分析其可能對相應航空信號產生的影響。互調干擾分析判斷時可計算出判斷準確度概率。

4.3 干擾管理功能

具有對干擾告警和分析結果的查詢、添加、處理、刪除功能。

4.4 干擾統計功能

具有對干擾信號進行統計的功能，統計內容包括信號類型、干擾分布、受干擾部門和干擾特征等。可對統計結果進行查詢，監測臺站射頻信號參數情況，評估空管設備臺站電磁環境存在的干擾等潛在威脅的信息，生成民航專用頻段監測統計表、民航干擾信號監測統計表、民航專用頻段噪聲監測統計表等。

4.5 干擾分析功能

具有對航空頻段信號進行干擾分析的功能，包括時域分析及能量分析、相似廣播信號分析，具有頻譜分析的功能，通過對電磁環境監測保存大量數據，可實現臺站電磁環境態勢的分析，并結合電子地圖進行可視化展示。

4.6 干擾告警記錄管理功能

查詢當前監測網內存在的告警信號，告警信號類型包括新增、疑似黑廣播、持續存在、電平變化、有相似廣播信號等。

5 民航無線電干擾測向、定位和逼近查找的應用

使用測向天線對發現的干擾信號或干擾源信號進行測向，在GIS上繪制方向圖和來波最大場強示向線；通過在多地點對干擾信號或干擾源信號進行測向，在GIS上對信號進行交匯定位；通過人工攜帶設備或車載方式在行進中測向，可逼近和查找干擾信號或干擾源信號，測向準確度測試如圖4所示。

圖4 測向準確度測試圖

測向準確度測試模擬驗證如下：1）選取測試頻率點。30MHz、117MHz、127MHz、137MHz、3000MHz；2）發 射天線指向測向天線的中心位置，并在整個測試過程中方向保持不變。3）以0°方位為起點，以22.5°間隔均勻選取16個方位作為測量方位（α）；4）將信號發生器的輸出頻率依次設置為各測量頻率fi（i=1～n）點 ，同時調整輸出電平，使接收到的信號電平高于噪聲電平30dB以上，天線發射連續等幅垂直極化信號；然后測向設備進行測向，得到0°方位所有測量頻率點的示向度和示向誤差，并將測量結果數據記錄在相應表格中；5）轉動旋轉平臺到另一個測量方位αj（j=1～m），重復（4）步驟得到所有測試方位在各測試頻率點上的示向度誤差；6）依次完成所有測試方位的測試，并將所有測試數據記錄在表2中；7）將所有測試數據匯總并按公式（1）計算均方根誤差。

表2 測向準確度測試記錄表

式中：Δθrms為均方根誤差，單位（°）；Δθij為測試方位αj（j=1～m）在測試頻率fi（i=1～n）上的示向度誤差角，單位（°）。

測試結果優于3°視為測向準確度合格。

6 結語

民航機場及航路的電磁環境復雜，全面地掌握空管運行電磁環境的分布情況是民航空管無線電精細化管理的基礎?；陂_場測試的民航空管無線電信號監測與分析系統可分析設備臺站電磁信號的幅射情況，掌握民航專用頻段的實際使用情況和電磁環境態勢，為改進民航頻率使用效率和質量，及時排除干擾和潛在干擾威脅提供有力的數據信息支持。同時，系統完成了對在用空管無線電設備工作狀態和質量的定性、定量的分析，通過比較臺站不同測量時間得到的信號標稱值的結果，掌握臺站設備射頻信號的性能，反映設備運行狀態的變化趨勢，縮短空管設備故障的排查時間。