九洲導(dǎo)航臺DVOR信號抖動超限問題分析

閆飛龍

摘 要 多普勒全向信標(biāo)DVOR通過輻射無線電信號為民用航空航空器提供導(dǎo)航服務(wù)，其信號穩(wěn)定性直接關(guān)系到民用航空安全，文章結(jié)合九洲導(dǎo)航臺DVOR出現(xiàn)的信號抖動問題，從設(shè)備、環(huán)境、飛行校驗(yàn)3個方面進(jìn)行分析，為解決類似問題提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞 DVOR；信號抖動；環(huán)境；飛行校驗(yàn)

中圖分類號 G2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2019）233-0158-03

九洲導(dǎo)航臺隸屬于澳門民航局，設(shè)備包括一套澳大利亞Interscan公司生產(chǎn)的VRB-52D型多普勒全向信標(biāo)（DVOR）和一套LDB-102型測距機(jī)（DME），為進(jìn)出澳門國際機(jī)場和飛越該臺上空空域的航班提供導(dǎo)航信號。

為了保障導(dǎo)航設(shè)備的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，國際民航組織要求設(shè)備在投入時需要進(jìn)行投產(chǎn)校驗(yàn)、投入使用后需要定期進(jìn)行飛行校驗(yàn)。飛行校驗(yàn)項(xiàng)目包括了信號覆蓋、識別、極化、徑向、抖動和擺動、調(diào)制度等，全面檢測DVOR/DME設(shè)備的工作性能，九洲導(dǎo)航臺2014年投產(chǎn)校驗(yàn)時各項(xiàng)參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)，但是2015年及2016年連續(xù)兩年校飛DVOR在大約89°～100°之間信號抖動超限，本文從設(shè)備、環(huán)境、飛行校驗(yàn)幾個角度對DVOR信號的異常進(jìn)行了分析。

1 臺站基本情況

九洲導(dǎo)航臺坐落于距離珠海市陸地大約2km的海島九洲島上，海拔大約45m，于1996年開始運(yùn)行。導(dǎo)航臺剛建成時安裝的導(dǎo)航設(shè)備只有VRB-51D型DVOR，多年來提供的導(dǎo)航信號均能滿足周邊澳門機(jī)場、珠海機(jī)場和深圳機(jī)場各類航班的需求。隨著近年來通用航空的發(fā)展，導(dǎo)航臺也為各類通用航空飛行器提供了準(zhǔn)確的導(dǎo)航信號。

2014年，為了滿足快速發(fā)展的民航事業(yè)，九洲導(dǎo)航臺迎來一次全面的升級改造，DVOR設(shè)備型號升級為VRB-52D，并且增加了與DVOR配套使用的測距設(shè)備DME，設(shè)備升級后的投產(chǎn)校驗(yàn)參數(shù)正常，但是后來連續(xù)兩年定期圓周校驗(yàn)時，在89°～100°之間均出現(xiàn)了DVOR信號抖動超限的問題。出現(xiàn)問題后，技術(shù)人員收集資料，從多個方面入手，層層分析，最終解決了問題。

2 設(shè)備狀況分析

2.1 設(shè)備覆蓋

國際民航組織在附件10中要求：VOR提供的信號必須在40°仰角以下，使一部標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)載設(shè)備能在飛行區(qū)域所要求的高度和距離上理想地工作，并建議為了能使一部標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)載設(shè)備在最大規(guī)定服務(wù)半徑上、以最低的服務(wù)電平理想地工作，要求VOR信號的空間場強(qiáng)或功率密度應(yīng)為90μV/m或-107dBW/m2。一般情況下，當(dāng)高度為5 000m時，DVOR的覆蓋范圍約為200km，高度為10 000m時，覆蓋范圍為300km～350km。

DVOR工作在甚高頻波段，受地球曲率的限制，DVOR的覆蓋范圍只能在視線范圍內(nèi)，也就是常說的視距距離，考慮到無線電波在大氣中的折射效應(yīng)，DVOR的最大覆蓋范圍稍大于地球曲率所限制的視線距離，視距距離計(jì)算公式為（為飛行器高度）。九洲D(zhuǎn)VOR年度圓周校飛時圓周半徑為20nmile（約37km），高度為6000ft（約1 800m），根據(jù)視距距離計(jì)算公式，飛行器高度為1 800m時，DVOR信號可以覆蓋的最大距離約為170km，因此，理論情況下，距離導(dǎo)航臺DVOR校飛半徑37km處，信號可以完全覆蓋。

2.2 設(shè)備功率

設(shè)備更新改造前，導(dǎo)航臺DVOR設(shè)備型號VRB-51D，該設(shè)備載波中央天線發(fā)射信號有效輻射功率為50W，實(shí)際發(fā)射功率大約54W，改造后VRB-52D型DVOR有效輻射功率為100W，實(shí)際發(fā)射功率大約為106W?？紤]到無線電波實(shí)際傳播過程中的傳播損耗，在不同的斜距和高度上獲得空間場強(qiáng)90μV/m，有效輻射功率50W和100W的DVOR信標(biāo)臺與飛行器斜距和高度之間的曲線關(guān)系如圖1所示。

從曲線圖可以看出，DVOR的有效輻射功率從50W增大到100W，對于同一高度，例如6 000m的飛行器的有效作用距離僅從113n mile增加到137n mile，只有44km左右，即在6 000m高度，當(dāng)DVOR的有效輻射功率從50W增加到100W，增加一倍時，有效作用距離增加的很少。在九洲D(zhuǎn)VOR圓周校飛處，斜距大概37km，可以看出，發(fā)射功率的增加對圓周校飛結(jié)果的影響幾乎可以忽略不計(jì)，因此，設(shè)備更新后的功率的增加，在較遠(yuǎn)距離會增加導(dǎo)航臺的有效覆蓋范圍，但不會因此導(dǎo)致DVOR圓周校飛出現(xiàn)信號抖動超限。

2.3 設(shè)備自身狀態(tài)

飛行校驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)信號抖動后，技術(shù)人員立即對設(shè)備進(jìn)行了分析，檢查是否設(shè)備自身原因?qū)е滦ｏw結(jié)果異常。校飛前，更新后的DVOR系統(tǒng)兩臺機(jī)均已穩(wěn)定運(yùn)行一年多，中間未發(fā)生過嚴(yán)重故障，沒有特別需要關(guān)注的故障點(diǎn)。因DVOR系統(tǒng)的有效輻射功率主要來自中央天線的載波信號，技術(shù)人員首先檢查了載波信號通道各個板卡測量點(diǎn)的波形、功率，與設(shè)備安裝調(diào)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析，確認(rèn)載波天線駐波比等相關(guān)數(shù)據(jù)正常?？紤]到圓周校飛只有89°～100°之間信號異常，其他方向無異常，技術(shù)人員又檢查了89°～100°之間的邊帶天線及信號，著重檢查了邊帶信號通路邊帶信號調(diào)制放大模塊之后信號分散之后的各個組件，包括邊帶切換單元、天線分配開關(guān)、繼電器、邊帶天線及天線饋線等，均未發(fā)現(xiàn)異常。結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，出現(xiàn)部分角度信號抖動超限問題跟設(shè)備本身工作性能關(guān)系不大，基本排除了設(shè)備自身狀態(tài)導(dǎo)致系統(tǒng)的信號抖動超限。

3 環(huán)境分析

DVOR輻射的無線電信號容易受到來自周邊環(huán)境、建筑物、樹木以及能源傳輸線的多路徑干擾?！逗娇諢o線電導(dǎo)航臺（站）電磁環(huán)境要求》中明確規(guī)定了在以DVOR臺為中心的范圍內(nèi)的障礙物高度限制以及以DVOR天線反射網(wǎng)平面為基準(zhǔn)面的障礙物的垂直張角要求，在選擇新設(shè)備臺址以及考慮臨近已建臺的開發(fā)可接受性時，會從多方面充分考慮上述因素的影響。

九洲導(dǎo)航臺位于九洲島的山體頂部，臺站與周邊海面之間存在一定的相對高度落差，臺站附近周邊障礙物高度符合DVOR無線電信號電磁環(huán)境要求。但是由于近年來臺站周邊城市建設(shè)發(fā)展迅速，新增高樓數(shù)不勝數(shù)，雖未超過《航空無線電導(dǎo)航臺（站）電磁環(huán)境要求》中臺站范圍內(nèi)的障礙物高度限制，但是再考慮到臺站周邊珠三角地區(qū)鱗次櫛比的低海拔山脈，人為障礙物的增多加上復(fù)雜的地理環(huán)境使反射波對DVOR系統(tǒng)造成的影響也越來越大。DVOR系統(tǒng)輻射的信號在地面或周邊障礙物反射后，相位將發(fā)生改變，直射波與反射波在空間合成后，將導(dǎo)致信號強(qiáng)度降低。除了臺站周邊障礙物，臺站相對地面高度、天線反射平臺面積、飛機(jī)飛行高度等因素都會影響設(shè)備空間信號受反射波干擾的程度。

圖2所示，根據(jù)九洲導(dǎo)航臺1 800m信號覆蓋圖，臺站東方、西北方、西方、西南方四個方向都有地勢相對較高的山體遮擋，信號覆蓋在這四個方向也有明顯的缺口。因此，當(dāng)圓周飛行高度較低，DVOR信號特別容易在低高度、遠(yuǎn)距離上受地面、障礙物反射波的影響，從而導(dǎo)致直射波和反射波信號在空間合成后，信號強(qiáng)度會出現(xiàn)一定程度的下降。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，圓周校飛信號抖動超限的89°～100°之間剛好是臺站東方，在距離臺站20n mile位置有最高海拔約935m的大嶼山，不難發(fā)現(xiàn)，高海拔障礙物的遮擋，再加上校飛的高度比較低，很可能導(dǎo)致了九洲導(dǎo)航臺DVOR信號在89°～100°的抖動超限。

4 飛行校驗(yàn)分析

校驗(yàn)飛機(jī)在校驗(yàn)過程中出現(xiàn)某一點(diǎn)存在信號抖動超限的問題，可能導(dǎo)致的因素較多。然而在校驗(yàn)數(shù)據(jù)中可參考的內(nèi)容較少，直接原因較難判斷。上文分析設(shè)備故障等因素導(dǎo)致的信號抖動超限的可能性較小，可能與地形原因造成的反射波有關(guān)，而飛行校驗(yàn)的高度也可能與之有關(guān)。

根據(jù)澳門民航局要求，九洲導(dǎo)航臺圓周校驗(yàn)科目的飛行高度為6 000ft，約為1 800m，而通常全向信標(biāo)的圓周校驗(yàn)高度為3 300m左右。飛行高度的差異導(dǎo)致飛機(jī)處于臺站的垂直仰角位置不相同，按九洲導(dǎo)航臺臺站橢球高度47m計(jì)算，校驗(yàn)飛機(jī)在距臺站20n mile、1 800m高度的位置上，相對于臺站天線反射平臺的垂直張角約為2.71°；校驗(yàn)飛機(jī)在距臺站20n mile、3 300m高度的位置上，反射平臺的垂直張角約為5°，如圖3所示。

根據(jù)DVOR天線輻射場型，設(shè)備信號輻射場型最大值約在垂直張角為30°的方位上，經(jīng)測算，在2.7°張角上的信號強(qiáng)度約為0.3，要小于5°張角上的信號強(qiáng)度0.55，飛行高度偏低使校驗(yàn)飛機(jī)接收到的信號強(qiáng)度減弱，造成信號穩(wěn)定性較差，出現(xiàn)波動。

理論分析指向了飛行校驗(yàn)的高度也是造成信號抖動超限的原因之一，該結(jié)果也很快通過飛行校驗(yàn)得到了驗(yàn)證，將圓周飛行校驗(yàn)高度由6 000ft（約1 800m）提高到9 000ft（約2 700m）后，DVOR信號在89°～100°之間的信號抖動恢復(fù)到正常范圍之內(nèi)，其他飛行校驗(yàn)參數(shù)也均正常。進(jìn)一步說明了復(fù)雜的地形環(huán)境加上校驗(yàn)飛機(jī)的飛行高度造成了九洲D(zhuǎn)VOR信號在89°～100°方向的信號抖動超限。

5 結(jié)論

本文結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，從設(shè)備、環(huán)境、飛行校驗(yàn)3個方面入手，最終發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致DVOR信號抖動超限的原因并找到了解決方案。導(dǎo)致DVOR無線電信號不穩(wěn)定的因素很多，設(shè)備自身狀態(tài)、頻率干擾、周邊地形、障礙物等都會對導(dǎo)航無線電信號造成影響。近些年，隨著城市及信息化的發(fā)展，民用航空導(dǎo)航臺站周邊高樓迅速增多、無線電電磁環(huán)境不斷惡化，導(dǎo)航臺站技術(shù)維護(hù)部門面臨的壓力也越來越大。我們應(yīng)該提前行動，做好應(yīng)對方案，全力保障民用航空無線電導(dǎo)航臺站信號穩(wěn)定。