一種陸基二次雷達(dá)監(jiān)測(cè)站布站仿真測(cè)算方法

馬子健

(國(guó)家無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)中心， 北京100037)

0 引言

二次監(jiān)視雷達(dá)是一種收發(fā)采用不同頻率的雷達(dá)，是航空交通管制的重要無(wú)線(xiàn)電設(shè)備，主要用于航空器的識(shí)別。二次雷達(dá)可獲取航空器的點(diǎn)跡位置、速度、高度、航跡、代碼等重要信息，可以說(shuō)是空中交通管理的中樞系統(tǒng)。隨著航空業(yè)務(wù)的不斷擴(kuò)展、航空飛行活動(dòng)的不斷增加以及飛行高度層密度的提高，對(duì)二次雷達(dá)發(fā)射、接收信號(hào)的無(wú)線(xiàn)電保護(hù)顯得越來(lái)越重要。針對(duì)這一現(xiàn)實(shí)需求，無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)站應(yīng)合理布局，盡可能覆蓋航路區(qū)域，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和定位干擾源，從而對(duì)航空飛行進(jìn)行有效保護(hù)。

1 陸基二次雷達(dá)監(jiān)測(cè)站的主要特點(diǎn)

如圖1所示，陸基二次雷達(dá)監(jiān)測(cè)站是一種布置在飛行航線(xiàn)周?chē)腖波段地面無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)站，主要工作任務(wù)是監(jiān)測(cè)二次雷達(dá)信號(hào)、評(píng)估航線(xiàn)周邊相關(guān)電磁環(huán)境和有效判定干擾。若干固定、移動(dòng)或其他形式的監(jiān)測(cè)站(設(shè)施)可構(gòu)成一個(gè)陸基二次雷達(dá)無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)網(wǎng)，經(jīng)過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)方式實(shí)時(shí)傳輸監(jiān)測(cè)信息，將有用信息反饋至空中交通管理部門(mén)和無(wú)線(xiàn)電管理部門(mén)，以保障飛行安全。這一網(wǎng)絡(luò)主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在監(jiān)測(cè)信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、范圍的全覆蓋。

圖1 陸基二次雷達(dá)監(jiān)測(cè)站仿真示意

1.1 實(shí)時(shí)性

陸基二次雷達(dá)監(jiān)測(cè)站首要特點(diǎn)是要實(shí)時(shí)反映航線(xiàn)、進(jìn)場(chǎng)區(qū)間、離場(chǎng)區(qū)間、機(jī)場(chǎng)周邊等飛行區(qū)域的電磁環(huán)境狀況。在航路繁忙時(shí)，航空器的時(shí)間間隔為1 min～3 min，若出現(xiàn)較強(qiáng)的干擾會(huì)導(dǎo)致重大安全隱患。因此，監(jiān)測(cè)站的首要特點(diǎn)是必須實(shí)時(shí)傳輸包括干擾情況在內(nèi)的監(jiān)測(cè)信息。

1.2 全覆蓋

航空器從機(jī)場(chǎng)起飛到落地的全過(guò)程都會(huì)使用到二次雷達(dá)，因此監(jiān)測(cè)站必須對(duì)航路沿線(xiàn)盡可能實(shí)現(xiàn)無(wú)縫覆蓋。針對(duì)城市、鄉(xiāng)村和偏遠(yuǎn)山區(qū)的不同地形地貌特征，監(jiān)測(cè)站可根據(jù)具體情況實(shí)現(xiàn)覆蓋要求。

2 陸基二次雷達(dá)監(jiān)測(cè)站的布站仿真

2.1 仿真測(cè)算原理

航路沿線(xiàn)布置的監(jiān)測(cè)站可能受到來(lái)自周邊相鄰頻段的各類(lèi)干擾。在這一條件下，應(yīng)對(duì)監(jiān)測(cè)站單站覆蓋范圍進(jìn)行傳輸損耗測(cè)算，并根據(jù)不同航路條件進(jìn)行仿真，得出合理的理論計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)論。

2.2 仿真測(cè)算模型

為盡可能合理地計(jì)算出陸基二次雷達(dá)監(jiān)測(cè)站的覆蓋范圍，我們采用直射波公式和ITU-R P.1546建議書(shū)的模型計(jì)算。

2.2.1 直射波計(jì)算公式

本公式用來(lái)計(jì)算單個(gè)監(jiān)測(cè)站覆蓋的最大理論范圍。

直射波傳播距離公式為

式中:R為直射波傳播距離，單位為km;h1，h2分別為發(fā)射、接收天線(xiàn)高度，單位為m。

2.2.2 ITU-R P.1546 建議書(shū)模型［1］

本模型用來(lái)計(jì)算監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的最小接收電平(平均功率)值。

根據(jù)ITU-R P.1546建議書(shū)，電波傳播的損耗與發(fā)射功率、發(fā)射頻率、傳播距離、接收端系統(tǒng)增益有直接關(guān)系，具體公式如下

式中:Pr/dBm為接收端功率;Pt/dBm為發(fā)射點(diǎn)全向等效輻射功率;f/MHz為發(fā)射頻率;d/km為發(fā)射與接收點(diǎn)距離;Gr/dBi為接收端系統(tǒng)增益;Pt＇/W為發(fā)射點(diǎn)以W表示的全向等效輻射功率。

2.3 仿真條件

在本仿真中，二次雷達(dá)地面站天線(xiàn)高度為30 m，航空器二次雷達(dá)天線(xiàn)高度可根據(jù)不同飛行高度進(jìn)行設(shè)置，電波傳播模型按照ITU-R P.1546建議書(shū)的模型進(jìn)行計(jì)算。監(jiān)測(cè)天線(xiàn)增益設(shè)為0，監(jiān)測(cè)天線(xiàn)高度設(shè)置為距離地面10 m、30 m兩類(lèi)。

在航空器二次雷達(dá)發(fā)射天線(xiàn)高度的條件設(shè)置上，本文選取了一些典型的飛行高度，并參考了目前我國(guó)民用航空部門(mén)的飛行高度層劃分。例如，航空器在離場(chǎng)、進(jìn)近階段，飛行高度一般在10 m～3 000 m，故選取1 800 m作為典型值進(jìn)行計(jì)算;在爬升、下降階段，飛行高度一般在3 000 m～8 000 m，故選取5 100 m作為典型值進(jìn)行計(jì)算;在巡航階段，飛行高度一般在8 000 m～11 000 m，故選取10 100 m作為典型值進(jìn)行計(jì)算。仿真條件設(shè)置見(jiàn)表1。

表1 仿真條件參數(shù)表

3 仿真測(cè)算

3.1 仿真條件

由于航空器飛行規(guī)律及航線(xiàn)近似直線(xiàn)，故在本仿真中航路條件按照直線(xiàn)進(jìn)行仿真。

3.2 仿真結(jié)論

根據(jù)上述仿真條件設(shè)置，將各項(xiàng)仿真數(shù)據(jù)帶入式(1)，可得二次雷達(dá)監(jiān)測(cè)站的理論布站半徑為35 km～436 km，取條件最?lèi)毫拥那闆r，可得監(jiān)測(cè)站理論布站半徑為35 km～187 km。具體結(jié)果請(qǐng)見(jiàn)表2。

表2 二次雷達(dá)監(jiān)測(cè)站單站理論布站半徑仿真結(jié)果

根據(jù)上述仿真條件，將各項(xiàng)仿真數(shù)據(jù)帶入式(2)和式(3)，可得二次雷達(dá)地面站、機(jī)載二次雷達(dá)距發(fā)射點(diǎn)的理論距離與監(jiān)測(cè)站接收機(jī)靈敏度計(jì)算表。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 二次雷達(dá)監(jiān)測(cè)站接收機(jī)靈敏度仿真結(jié)果

綜合仿真結(jié)果，陸基二次雷達(dá)監(jiān)測(cè)站單站理論布站半徑在35 km～187 km。在距離機(jī)場(chǎng)較近的地區(qū)，航空器飛行高度較低，可將監(jiān)測(cè)站布置得較為密集一些，布站半徑可在35 km～50 km。隨著飛行高度的增加，監(jiān)測(cè)站布站半徑也隨之增大到50 km～187 km;在航路中，監(jiān)測(cè)站布站半徑可在300 km～400 km。鑒于航線(xiàn)周邊環(huán)境的復(fù)雜性，監(jiān)測(cè)站實(shí)際布站數(shù)量要根據(jù)線(xiàn)路周邊環(huán)境的實(shí)際測(cè)試結(jié)果進(jìn)行確定。

4 結(jié)束語(yǔ)

陸基二次雷達(dá)監(jiān)測(cè)站是一種可行的保障民航安全運(yùn)營(yíng)的現(xiàn)代雷達(dá)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。隨著無(wú)線(xiàn)電保障技術(shù)設(shè)施的逐步建成，未來(lái)航空運(yùn)輸業(yè)將在更加安全的技術(shù)環(huán)境中獲得更大的發(fā)展空間。

［1］ 馬子健.超短波無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)網(wǎng)監(jiān)測(cè)能力評(píng)估方法研究及實(shí)現(xiàn)［D］.北京:北京郵電大學(xué)，2010.Ma Zijian.Research and realization of monitoring capability eveluation of VHF ＆ UHF radio monitoring network［D］.Beijing:Beijing University of Posts and Telecommunications，2010.

［2］ 中國(guó)民用航空局.空中交通管制二次監(jiān)視雷達(dá)設(shè)備技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)民用航空局，2006.Civil Aviation Administation of China.Technical standards for ATC secondary surveillance radar［S］.Beijing:Civil A-viation Administation of China，2006.

［3］ 空中交通管制機(jī)載應(yīng)答機(jī)通用技術(shù)條件［S］.GB12183-1990.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1990.General specification of airborne transponder for air tratfic contro［S］.GB12183-1990.Beijing:Standards Press of China，1990.

［4］ 費(fèi) 偉.關(guān)于二次雷達(dá)電磁環(huán)境測(cè)試方法的研究［C］//2011全國(guó)無(wú)線(xiàn)及移動(dòng)通信學(xué)術(shù)大會(huì).北京:人民郵電出版社，2011:405-407.Fei Wei.Research about the test method of secondary radar＇s electromagnetic environment［C］//2011 National Conference on Wireless and Mobile Communication.Beijing:Posts＆ Telecom Press，2011:405-407.