淺析民航導航信號干擾的因素及其改進措施

崔躍

北京飛機維修工程有限公司，中國·北京 100621

論文將從民航導航信號的干擾來源入手，對其產生的原因進行分析，并根據實際情況，提出相應的改進措施，以期為中國民航導航信號抗干擾能力和保障飛行安全起到一定的作用。

導航信號；民航；干擾

1 引言

隨著社會和經濟的發展，人們的生活水平不斷提高，出行乘坐飛機的人也在不斷增加。為了更好地適應社會需求，推動民航事業的發展，必須加強民航的安全保障。然而，民航在飛行過程中，由于各種導航信號的干擾，會對航班的正常運行造成一定的影響，對旅客和機組人員的生命構成了極大的威脅。因此，論文對民航導航信號的干擾來源進行了分析，介紹其產生的主要原因，并針對干擾來源制定合理的改進措施，以期降低或消除由于信號干擾而造成的民航飛行安全隱患，從而達到有效保障民航飛行安全的目的。

2 民航導航信號的類別

2.1 VOR

VOR 就是甚高頻全向信標系統的縮寫，屬于進程無線電導航，VOR 的作用是：通過兩個VOR 可以進行定位，飛行員可以使用機載全向方向選擇器來決定一個方向，使飛機可以根據這個方向來飛或者離開VOR 臺。同時，航線偏差指示儀可以顯示飛機的航向和角度，使飛機重新返回方位線并飛向目標。VOR 是通過空間波來接收和發送信號，因此，它的工作距離就成了一個重要的制約因素。在機載設備收到VOR 的信號之后，可以利用相位差法得到飛機的磁方位角，再加上180°，就是VOR 方位。

2.2 ILS

ILS 是儀表著陸系統的縮寫，其主要功能是向飛行員提供導航信息，保證飛行器的安全降落。在飛機的飛行中，經常會遇到一些惡劣的天氣，造成能見度很差，這就要求飛行員通過 ILS 來進行導航，以保證飛機的安全和為降落提供可靠信息。ILS 航向信標的工作頻率在108.10-111.95 MHz 范圍內，下滑信標在329.15-335 MHz 范圍內，波段可以定義為UHF,這兩個信標的工作頻率是相匹配進行工作的[1]。

3 民航導航信號干擾來源

3.1 非航空信號干擾來源

從干擾來源的角度來看，有兩種類型：一種是非航空信號的干擾，另一種是航空內部信號的干擾。非航空信號干擾大體上可劃分為廣播電視業務、電力傳輸系統、移動通信業務以及有線電視電纜傳輸系統等。

3.1.1 廣播電視業務

廣播電視業務的基本特征是采用大功率的傳輸裝置，連續工作，其位置通常與大都市相鄰，多在高山之巔設有差轉臺。廣播和電視服務的頻帶與民用無線電服務頻帶非常接近，例如：74.6-75.4 MHz 屬于民用導航指標區，76-84 MHz 是廣播電視服務，87-108 MHz 是FM 廣播服務，108-117.975 MHz 屬于民用導航（ILS、VOR），民用VHF 通訊頻帶117.975-137 MHz。由于無線電、民用航空工業的迅速發展，但其頻譜資源的限制，致使廣播頻次不斷地向上擴張，民用頻段不斷擴大，使其在頻帶中顯得過于擁擠，從而容易導致同頻或相鄰的頻譜干擾。對廣播電視服務造成的不良影響主要有兩方面：一是它的殘波輻照信號進入民用頻帶；另一方面，兩個以上的廣播信號在民用無線電接收器中形成互調，造成了在民用頻帶中的互調干擾。

3.1.2 電力傳輸系統

由于電力傳輸系統的電暈效應和空隙放電所產生的無線電噪聲，會對無線通信基站的電磁環境產生一定的影響。一些高壓線路在使用民用頻帶的載波控制信號時，也容易干擾民用航空業務。此外，高壓電線是一種金屬材料，它會對無線電導航信號進行反射和再發射，從而使導航信號在空中的場型發生變化，從而造成被動干擾。

3.1.3 移動通信業務

無繩電話廣泛存在于社會中，一些廠商或使用者為了某種目的，會增加其額定功率，如果是在機場或一些特定地區，例如高山地區，很容易對地面或飛機產生電話語音干擾。

3.1.4 有線電視電纜傳輸系統

有線電視節目采用有線方式傳送，有些載波已經占據民用頻段，例如電視1、2、3 頻道，它們的影像載頻分別為112.25 MHz、120.25 MHz、136.25 MHz、伴音載頻分別為118.75 MHz、126.75 MHz、142.75 MHz，與民用VHF 通信頻率一致，因此會出現由于射頻能量泄露而干擾導航信號的情況。

3.2 航空內部信號干擾來源

在現代化的民用機場中，裝備有以下幾種無線電通訊設備：例如，短波無線電主要是用來進行遠程無線通訊的；VHF 超短波無線電主要應用于機場、空中、地面通訊的調度與傳輸；微波設備是指在機場和通訊導航臺站之間進行數據傳送的。各種類型的雷達：主要是對飛機的飛行狀態進行監測。各種導航裝置：用于指導飛機的起降和正常飛行。微機管理：主要應用于多路數碼同步記錄，以及對雷達資料、飛行資料的處理。閉路電視：播放航班資訊及電視節目.這些設備，大部分都集中在一個房間里，形成了一個巨大的、復雜的EMI 網絡，如果不能解決EMC 問題，就會導致系統之間的互相影響[2]。

4 民航導航信號干擾原因分析

4.1 惡劣天氣

由于航空的交通特性，在飛行的時候，會受到天氣的影響，所以，在惡劣的天氣條件下，飛機的導航和監控系統都會受到一定的影響，從而給飛機的飛行造成一定的威脅。由于惡劣的氣候條件，導航監控系統的運行受到很多因素的影響，尤其是突發事件，會直接引起設備的故障。

4.2 互調干擾

這種干擾是民航導航系統中的一個重要干擾因素，是通過發射通道中的一個非線性電路而產生的，當兩個或多個不同頻率的信號被輸入到一個非線性電路中時，由于非線性元件的存在，會產生大量的諧波。諧波自身會對信號產生一定的干擾，而接收端則會接收到與期望信號相近的頻率成分，從而干擾導航信號。一般情況下，一組頻率成分會對導航信號造成很大的影響，如果有兩個頻率成分和期望的頻率相近，那么接收器就會同時接收，從而造成三次干擾，造成更大的破壞。當互調干擾發生時，會使有效功率下降，同時也會對空間電波的次序造成影響。

4.3 鄰道干擾

鄰道干擾，是指兩個相鄰的信道發生信號的干擾，這種干擾是由信號接收器的射頻信道或者鄰近的信號造成的，經過變頻處理后，會進入到中間信道，從而造成不同的信號干擾影響。總的來說，這種干擾會造成信噪比、靈敏度等性能下降，甚至會造成信號阻塞。造成這些干擾的主要原因，是因為某些無線電設備的技術指標不符合國家標準，如果用這些不符合國家標準的發射器發送信號，那么信號的頻率不穩定，強制性很高，所以有些信號的頻譜比較寬，會對相鄰的信號造成一定的干擾。

4.4 同頻干擾

這種干擾是指沒有用的信號和有用的信號具有同樣的頻率，在這種情況下，接收器濾波器不能有效地過濾這個信號，使得接收器接收到沒有用的信號，造成干擾。在同頻干擾中，除距離外，信號的水平和干擾強度與裝置的參數設定也有很大關系。如果距離太近，或者參數設定不合理，都會引起信號的干擾。如果存在同頻干擾，將會嚴重影響導航系統的正常工作。

4.5 帶外干擾

這種干擾可以分成兩種，一種是發射端的雜散輻射，也就是探測到額定輸出阻抗的負載，而小于25 W 的發射機，任何一種都不超過2.5 uW。在載波頻率超過25 W 的情況下，其散射的散射強度要低于發射機載波70 dB。另一方面是接收機的雜散響應，尤其是在與接收到的有效信號的頻率相近的接收機中產生的干擾信號，并且不能被系統過濾。在一般情況下，在無線環境中存在大量的干擾信號，大多數的干擾都可以通過濾波處理。但是，如果接收機的抗雜散響應能力較差，那么由于濾波器自身所產生的雜散響應將不能被濾波器充分過濾，進而影響到導航系統的接收性能，進而干擾導航信號。

4.6 操作失誤

一般民航機場的通訊和導航工作都是由有關工作人員負責，在實際工作中，由于人為的原因，很可能會對其造成一定的影響。在飛行過程中，通訊和導航監控工作人員的職責之一，就是要準確地檢查各種數據；另外，要做好所有使用的設備的維護保養。總體來說，他們的工作量已經超出了平時的負荷。在這種工作環境中，操作錯誤是很常見的，從而會對航空通訊導航監控工作產生一定的影響，從而對飛機的安全運行產生不利影響[3]。

5 民航導航信號干擾的改進措施

5.1 對非航空干擾源的改進措施

5.1.1 建立電磁環境監測制度

良好的電磁環境監控系統對提高民航飛行品質有很大的幫助，特別是某些未經有關部門許可擅自建設的無線電站，由于設備不符合國家規定，造成了噪聲污染。所以，加強電磁探測是非常必要的。

5.1.2 加強無線電設施建設

隨著無線電技術的飛速發展，無線通信設備的抗干擾性、抗干擾能力不斷提高，各種抗干擾手段、措施層出不窮。為了充分利用機場的頻譜資源，在招標采購中，必須嚴格執行民用機場的施工規范，并加強對民航設備的性能、施工、使用、管理或內部干擾源造成干擾。另外，非民用航空公司不得在機場安裝差轉臺、短波電臺、微波發射機等信號干擾設備。要加強對干擾源的各類儀器設備的建設，包括：配置高性能的胡譜分析儀、無人機偵察干擾源等設備設施。

5.1.3 優化協調無線電管理部門的工作

由于干擾因素較多，因此要對其進行科學、有效的控制，就必須聯合當地的無線電管理機構和機場有關部門，開展聯合打擊。此外，民航機場的導航系統的頻率、功率等參數也要記錄在案，一旦有外部干擾，就可以第一時間發現干擾來源，并采取相應的措施消除干擾。

5.2 對航空內部干擾源的改進措施

5.2.1 合理設置接地

對電子裝置來說，它的地線一般是直流電源的一個電極，即供電線路中的一條線路，為了保證地線的安全性，接地是必須的。地線自身也有一定的阻抗，在正常運行的情況下，地線上的某些部分會出現不同的頻率，從而產生一個電壓下降。若將上述電壓降與供電電壓疊加，則饋入各回路后，將產生共接地電阻耦合的相互干擾。因此，應該采用減小阻抗的方法來抑制這種干擾。一般采用單點接地和多點接地兩種方法，具體選用可視具體情況而定。通過對電子裝置的可靠接地，消除了各個裝置的電位差異對導航信號的影響，同時也可以防止外部電磁場對導航信號的干擾，而且還可以避免高壓放電現象對信號的干擾。

5.2.2 優化屏蔽技術

利用屏蔽技術可以有效地消除電磁干擾。其實現方法是將導線制成的盒、殼、板等置于電子裝置的外面，從而達到抑制電場干擾的作用。在電磁屏蔽導線通過時，其強度會相應地減弱，從而可以有效地抑制電磁感應和電磁干擾。采用了屏蔽技術，可以有效地減少由機場電子設備所產生的EMI，并有效地減少了對導航系統的干擾。為了增強屏蔽作用，應確保安裝在該裝置上的機箱或柜門的密封性能良好，若裝置自身存在電磁輻射，則應將其單獨放置，或置于屏蔽導體處。

5.2.3 加強抗干擾能力

民航機場導航儀的抗干擾性能是影響整個系統性能的重要因素。為了減少外部因素對衛星導航信號的干擾，必須通過提高其抗干擾性能，減少受干擾的可能性。同時，為了提高通信導航系統的使用效率，必須保證其良好的性能和良好的性能。另外，該系統還可以將兩大主要的通信和導航系統有機地結合起來，使得整個系統能夠更加有效地提高系統的抗干擾性能。在系統集成時，必須解決兼容性問題，避免出現其他問題，從而影響系統的穩定。

5.2.4 完善機場無線電干擾檢測

第一，監聽，也就是讓工作人員根據自己的聽覺，判斷一個頻率有沒有干擾，如果有干擾，就記錄下干擾時間和內容。第二，觀察，即工作人員通過觀察和分析干擾源的波形、頻譜等，從而做出相應的判斷；第三，計算，就是理論上的分析和計算，比如，用電磁波在空氣中的傳播損失公式，可以計算出不同的干擾頻率；第四，跟蹤，簡單來說就是同步監控，也就是說，通過分析理論上的頻率，同時監控頻譜中的干擾信號，當有干擾信號同時出現的時候，就可以認為是干擾源之一。第五，監測，主要是側向干擾信號，主要有固定、車載、手持等側向方式，通過側向掃描，可以確定干擾信號的來源。

6 結語

目前，中國的航空工業發展速度很快，航班數量也越來越多，在這種情況下，民航機場的通訊導航系統信號的要求也變得越來越苛刻，但是在使用過程中，由于各種原因，導航系統信號的故障，導致了導航系統無法正常運行。民航的飛行安全，不僅關系到人民的生命和財產的安全，更關系到整個社會的發展和國家的形象。民航特殊頻段的電磁干擾是“隱形殺手”，如果頻率被嚴重干擾，很容易導致飛機失事。因此，必須深入分析和討論民航導航信號的干擾來源，找出干擾的原因，采取相應的改進措施，消除電磁干擾，凈化電磁環境，確保航空安全。