GPS導航系統(tǒng)在民航應用中存在的干擾及對策分析

李金淑

（民航東北空管局黑龍江分局，黑龍江 哈爾濱 150079）

GPS英文全稱為Global Positioning System，中文翻譯為全球定位系統(tǒng)，是由美國國防部率先開發(fā)與應用，通過多年的應用與研發(fā)，目前GPS導航系統(tǒng)具有高精度、智能化、實時性的特點，其在民航中的應用，可對民航飛機進行實時三維導航，為民航控制中心提供飛機的三維位置，以及飛行速度等信息，其是目前民航飛機應用最為廣泛的導航系統(tǒng)，為民航飛機的安全飛行提供技術(shù)支撐。

1 GPS導航系統(tǒng)在民航中的應用

GPS導航系統(tǒng)在民航中的應用，實現(xiàn)了民航飛機無間隙導航，對于民航的發(fā)展有著積極的影響，現(xiàn)階段，GPS導航系統(tǒng)已經(jīng)在民航中得到了普遍的應用，從航路的角度來分析，包括了洋區(qū)、內(nèi)陸、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等導航，在終端區(qū)導航方面，可對飛機著路進行全面的監(jiān)控與管理。GPS導航系統(tǒng)具有全天候、不間斷導航的能力，可對不同場景和航路進行導航，保證了民航飛機飛行的安全性，并且提高了空域的利用率。

1.1 航路導航

GPS導航系統(tǒng)以其在民航中應用的優(yōu)越性，使其在中、遠程導航中具有應用的極大優(yōu)勢，目前，GPS導航系統(tǒng)正在逐步取代傳統(tǒng)的無線電導航系統(tǒng)，其在導航過程中，無須地面設備的支持，與飛機上安裝的計算機設備協(xié)同開展導航工作，進行民航飛機航路的規(guī)劃，增加了民航飛機導航的性能。

1.2 進場/著陸導航

民航飛機進場/著陸可分為非精密與精密導航兩個方面，GPS導航系統(tǒng)有著良好的導航精確度，以及其自帶的廣域增強系統(tǒng)，可對非精密進場/著陸進行精確的操作。在精密進場/著陸中，其運用局域偽距差分技術(shù)，可對CAT-1，2類精密進場/著陸進行操作。當下GPS導航系統(tǒng)的導航精確度，可實現(xiàn)對CAT-3b精密進場/著陸的操作。

1.3 監(jiān)視與管理

GPS導航系統(tǒng)可用于飛機現(xiàn)場的監(jiān)視與管理，通過對飛機起飛和著陸的監(jiān)視，可加快飛機起飛和進場的速度，并合理的調(diào)度飛機場上的人員、飛機、車輛、設備等，提高飛機現(xiàn)場的運營效率，實現(xiàn)空間資源的最大化利用，并且保證了飛機起飛與著陸的安全性。此外，數(shù)字技術(shù)、5G通信技術(shù)等的應用，增強了GPS導航系統(tǒng)的監(jiān)視與管理功能，進而實現(xiàn)民航機場最大的經(jīng)濟收益。

1.4 航路監(jiān)視

民航飛機上安裝GPS導航系統(tǒng)后，可實時向民航控制中心傳遞飛機飛行的位置和動態(tài)，促使民航控制中心及時掌握飛機的狀況，實現(xiàn)了對飛機飛行的實時監(jiān)視，保障飛機飛行的安全性，尤其飛機飛行在偏遠航路也可進行自動監(jiān)視，明顯提高了飛機管控的效率，極大緩解了機長的飛行壓力。

2 排查GPS導航系統(tǒng)的干擾源

依據(jù)民航反映的GPS導航系統(tǒng)在飛機進場過程中，出現(xiàn)信號丟失問題，無法接收到衛(wèi)星導航定位信息，使得飛機在降落和起飛過程中，不能進行精確的定位導航，威脅到飛機飛行的安全。因此，針對民航反映的問題，無線電管理機構(gòu)需對機場及周邊進行干擾信號的排查。第一，機場跑道排查，在其不同的位置設置多個測試點，并在同一測試點同時使用民用GPS導航儀和校飛GPS接收機，去接收衛(wèi)星信號，最終得到的結(jié)果是民用GPS可獲得定位信號，但是校飛GPS定位失敗，然后在機場附近采取同樣的方式檢測衛(wèi)星信號，沒有發(fā)現(xiàn)干擾問題；第二，在確定干擾源在機場內(nèi)部后，需要對塔臺進行干擾排查，在其樓頂搭設天線，并與放大器進行連接，調(diào)整頻譜分析儀的頻段，以對塔臺電磁情況進行全方位的檢測，最終檢測到一個持續(xù)性的信號，調(diào)整天線的方向，在檢測到強度較大高頻信號后，確定信號的來源方向，然后使用手持頻譜儀和定向天線進行徒步檢測定位，追蹤干擾信號的出處；第三，在發(fā)現(xiàn)干擾信號源后，使用鐵板遮擋信號源，然后在機場內(nèi)部使用校飛GPS進行接收衛(wèi)星信號測試，發(fā)現(xiàn)校飛GPS運行正常，進而確定干擾信號的出處，最終排除干擾源。

3 塔臺通信干擾排查

針對民航塔臺地空通信受到干擾問題，排查人員需與民航指揮調(diào)度人員進行溝通，獲取通信干擾的詳細信息，干擾的主要表現(xiàn)是在地空通話過程中，會出現(xiàn)短促雜音，信號強度弱，不連續(xù)，偶爾出現(xiàn)，無規(guī)律可循，干擾排查的難度很大。排查人員在征得塔臺同意后，在塔臺位置設置全向接收天線，并運用頻譜分析儀、接收機檢測信號，但是沒有檢測到使用信道，通過持續(xù)的檢測后發(fā)現(xiàn)了雜音，然后將接收機與天線進行連接，當塔臺通信系統(tǒng)中出現(xiàn)雜音時，接收機沒有發(fā)現(xiàn)干擾問題。并且排查人員將不同型號的多臺接收機與塔臺原有的天線連接在一起，也沒有檢測到干擾信息，由此確定干擾源不在機場內(nèi)部。排查人員在機場附近選擇了一個測點，設置好發(fā)射天線，并與矢量信號發(fā)生器進行連接，然后發(fā)射調(diào)制信號，啟動塔臺通信系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)干擾噪音非常明顯，通過檢查天饋線的運行狀態(tài)后，判斷通信系統(tǒng)出現(xiàn)噪音與干擾信號無關，而是系統(tǒng)信號選擇性接收問題，本身抑制干擾功能不足，導致了三階互調(diào)干擾問題。因此，給出的解決方案是保持接收機原有的頻率，調(diào)整高頻天線的架設位置，引進新型的高頻天線，并更換性能優(yōu)異的饋線與屏蔽線，在完成通信系統(tǒng)升級改進后，地空通信雜音問題得到了妥善的處理。

4 GPS接收機干擾信號排查分析

校飛GPS接收機需要不間斷接收衛(wèi)星發(fā)送的定位信號，才可及時獲取飛機飛行的三維坐標、飛行方向與速度，而衛(wèi)星定位是由原子鐘決定，并且發(fā)射出的是擴頻信號，會有一定的電離層折射誤差，所以需要消除這個誤差。民航飛機飛行需要保證絕對的安全，使用的校飛GPS接收機一般會采用雙頻接收，通過兩種偽碼計算偽距，以及測量衛(wèi)星信號傳播的時間，從而實現(xiàn)對飛機飛行的實時與高精度定位。民航的導航系統(tǒng)采用了GPS技術(shù)、計算機技術(shù)與RNP技術(shù)等，對飛機飛行進行導航，可使飛機按照既定的航線飛行，由于排查人員在此次干擾信號檢測工作中，確定干擾發(fā)生在特定的區(qū)域，機場的接收終端沒有問題，因而確定是無線直放站出現(xiàn)問題，其天線發(fā)射出的雜散信號對接收機產(chǎn)生干擾，導致接收機接收到的衛(wèi)星信號質(zhì)量下降。

衛(wèi)星信號需要經(jīng)過超長距離的傳播，會受到空間環(huán)境中的各種因素干擾，使得衛(wèi)星信號在到達地面后，最大電平在-158dBW～-153dBW之間，使用手持頻譜儀檢測無線直放站天線發(fā)出的雜散信號電平則是在-89.94dBm～72.1dBm之間，需要將衛(wèi)星的點平單位轉(zhuǎn)化為dBm，轉(zhuǎn)換方式為0dBW=10log1W=10log1000mW=30dBm，轉(zhuǎn)換的結(jié)果是32.34dBm～37.34dBm。

由于直放站施主天線需要指向其對應的基站小區(qū)，方向性非常強，使其可以接收到來自基站的信號，然后再將接收到的信號進行放大，使用重發(fā)天線將信號發(fā)射出去，當移動臺接收到信號后，將信號放大后發(fā)送至基站小區(qū)。施主天線發(fā)送信號具有方向性，發(fā)射范圍有限，并且發(fā)送路徑固定，在遠距離傳輸過程中會受到空間環(huán)境各種因素的影響，進而消減了信號強度，一旦超出路徑傳輸?shù)姆秶?，則在接收終端只能接收到微弱的信號，需要使用放大器將信號放大，以及運用定向拋物面天線確定信號的方向，然后排查人員才可對信號進行追蹤，確定干擾信號的實際位置。

5 結(jié)束語

在進行GPS導航系統(tǒng)干擾排查工作時，需要做好以下兩點，第一，在實際排查中，要多點、多位置的排查，不可局限于機場內(nèi)部，還要在機場周邊的制高點進行設點檢測，以確定干擾區(qū)域，在檢測時，需要使用手持頻譜儀和放大器，以及易于架設的定向天線，還要準備多種類型的接收機，以方便多點檢測的比對分析；第二，調(diào)查機場周邊的無線電臺信息，確定無線電臺的數(shù)量和位置，以為排查工作提供方便，節(jié)約排查工作的時間。此外，干擾排查工作不只是檢測與對比，排查人員還需與民航機場相關人員進行溝通，獲取干擾的關鍵信息，以為排查工作提供依據(jù)和方向。