CN110231526A - 民航导航设备有源电磁环境评估系统及其评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开民航导航设备有源电磁环境评估系统及其评估方法，评估系统包括现场实测系统和信号模拟仿真系统。评估方法主要为采用现场实测系统对导航台空间场型进行实测，实测空间信号场型发生变化时，对干扰数据进行实测并进行信号模拟仿真，分析干扰源与信号源的最佳距离，最终将信号模拟仿真系统的分析结果反馈到现场实测系统，按此最佳方案搭建现场实测分析平台，进行实测验证。本发明针对所有有源电磁环境干扰可能出现的情况形成现场测试—模拟仿真—现场测试的闭环分析方案。在干扰源建设前及机场导航台选址期间提供经现场测试和模拟仿真双重验证的最理想优化方案。其可为机场周边干扰源的规划和设计阶段分析问题，提供解决方案，促进地方经济建设，节约成本。

Description

民航导航设备有源电磁环境评估系统及其评估方法

技术领域

本发明涉及民航导航设备有源电磁环境评估系统及其评估方法。

背景技术

民用航空导航设备是保障航空安全运行过程中非常重要的设备，包括：仪表着陆系统、甚高频全向信标、测距仪和无方向信标。仪表着陆系统为正在着陆过程中的航空器提供航道、下滑道和距离引导信息，从而使航空器能安全地降落在跑道上。甚高频全向信标提供航空器相对于地面甚高频全向信标的磁方位，可保障飞机的进出港，实现直线位置线定位，保障飞机沿航路飞行，还可作为仪表着陆系统的辅助设备，保障飞机安全着陆。

目前导航台周边存在的电磁环境问题主要包括：1、综合交通枢纽、空铁联运，轨道交通产生对导航台造成较强的干扰；2、高压输电线、通信基站建设快速发展对导航台站产生较强的干扰；3、机场旁边大型充电桩等工科医疗设备对机场导航设备造成电磁环境干扰。

当前的有源干扰电磁环境评估技术采用的方法是，通过在干扰源附近进行现场测试，得到干扰数据，再对数据进行计算，分析各导航信号的信干比是否在防护率范围内。该方法存在以下技术问题和缺点：第一，无法对天线的信号波形、信号场型、调制度以及其他各种识别信号进行干扰分析，无法准确的量化这些信号的干扰指标；第二、只能分析对整体信号强度的干扰情况，干扰源附近可能存在其他背景干扰，因此无法判定准确的干扰源；第三，该方法只能针对已建导航台和已建干扰源才能进行实际测试，如干扰源或导航台还在规划设计阶段时，无法进行实测分析，只能通过建模仿真进行理论分析，与真实环境差别较大；第四，该分析方法有较大的局限性，一旦结果出现问题，所有设备和干扰源已经建完，整改难度非常大、费用较多、时间较长，直接影响机场的正常运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供民航导航设备有源电磁环境评估系统及其评估方法，以至少解决背景技术中存在的部分技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

民航导航设备有源电磁环境评估系统，包括：

现场实测系统，所述现场实测系统用于实测当前辐射干扰源所在位置的导航信号情况，用以判断当前导航信号场型是否合理；

信号模拟仿真系统，当所述现场实测系统所测试的当前导航信号场型不合理时，所述信号模拟仿真系统对当前辐射干扰源位置进行模拟仿真和优化，并提供辐射干扰源的最佳位置，此时辐射干扰源所发出的干扰信号不会影响导航信号，再将优化后的辐射干扰源最佳位置参数反馈至现场实测系统，现场实测系统依照优化后的辐射干扰源最佳位置参数进行配置。

进一步地，所述现场实测系统包括干扰源系统、信源生成系统、以及用于实测当前辐射干扰源所在位置导航信号情况的信号检测系统，所述干扰源系统包括机场周边的电气化铁路、高压线、以及工科医设备，所述信源生成系统包括ILS、VOR、DME、以及NDB信源生成器。

进一步地，所述现场实测系统还包括信号接收机和EMI接收机，所述信号接收机用于所述现场实测系统在进行现场实测时进行信号场型的测试，所述EMI接收机用于所述现场实测系统在进行现场实测时进行辐射干扰源干扰数据的测试。

进一步地，所述信号模拟仿真系统包括根据天线技术手册对天线阵进行的天线阵建模，根据机场设计地势图、以及机场周边地形和场内建筑物平面图及立面图进行的障碍物三维地形建模，针对机场设计的飞行程序和AC-86-TM-2016-01进行的飞行轨迹建模，以及针对辐射干扰源进行的辐射干扰源建模。

民航导航设备有源电磁环境评估系统的评估方法，包括以下步骤：

步骤1、搭建现场实测系统，用信号接收机现场实测导航信号空间场型，输出相应的曲线，并判断导航信号场型是否准确，如果准确，则结束，否则进行下一步；

步骤2、步骤1中实测的空间场型发生变化，则用EMI接收机测试干扰数据；

步骤3、将步骤1和步骤2得到的数据和位置，输入信号模拟仿真系统，建立信号模拟分析模型进行仿真，分析信干比；同时在信号模拟仿真系统不断优化辐射干扰源和信号源之间的距离、以及其他可调参数，最终使信号模拟仿真结果满足要求，由信号模拟仿真系统得到辐射干扰源和信号源之间的最佳距离和辐射干扰源的信息；

步骤4、将步骤3中得到的辐射干扰源和信号源之间的最佳距离和辐射干扰源的信息反馈到现场实测系统，现场实测系统根据该反馈进行平台搭建，进行实测，确保现场实测的各项指标满足要求。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明针对所有有源电磁环境干扰可能出现的情况，包括：已建干扰源已建导航台、已建干扰源未建导航台、未建干扰源已建导航台、以及两者均未建进行分析，形成现场测试—模拟仿真—现场测试的闭环分析方案。本发明在干扰源建设前提供解决办法，在机场导航台选址期间进行问题分析，并提供经现场测试和模拟仿真双重验证的最理想优化方案。本发明可为综合交通枢纽一体化发展、国家电网高压线路的规划，国家新能源产业的发展布局提供理论和实际数据支撑，在机场周边干扰源的规划和设计阶段分析问题，提供解决方案，促进地方经济建设，节约成本。

附图说明

图1为本发明民航导航设备有源电磁环境评估系统的系统框图。

图2为本发明现场实测系统运行框图。

图3为本发明信号模拟仿真系统运行框图。

图4为本发明民航导航设备有源电磁环境评估系统的评估方法的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

如图1所示，本发明提供的民航导航设备有源电磁环境评估系统，包括：

现场实测系统，所述现场实测系统用于实测当前辐射干扰源所在位置的导航信号情况，用以判断当前导航信号场型是否合理；信号模拟仿真系统，当所述现场实测系统所测试的当前导航信号场型不合理时，所述信号模拟仿真系统对当前辐射干扰源位置进行模拟仿真和优化，并提供辐射干扰源的最佳位置，此时辐射干扰源所发出的干扰信号不会影响导航信号，再将优化后的辐射干扰源最佳位置参数反馈至现场实测系统，现场实测系统依照优化后的辐射干扰源最佳位置参数进行配置。

本发明民航导航设备有源电磁环境评估系统包含现场实测系统和信号模拟仿真系统两个部分，现场实测系统包含：干扰源系统、信源生成系统、信号检测系统；信号模拟仿真系统包含：天线阵建模、地形建模、飞行轨迹建模、干扰源的建模和仿真。根据图4所示的流程，利用现场测试系统实测目前干扰源所在位置的导航信号情况，如果测试结果不满足要求，根据信号模拟仿真系统对干扰源位置进行模拟仿真和优化，提供最佳位置，最终在现场按此参数进行配置，确保干扰信号不会影响导航信号。

如图2所示，本发明所述现场实测系统包括干扰源系统、信源生成系统、以及用于实测当前辐射干扰源所在位置导航信号情况的信号检测系统，所述干扰源系统包括机场周边的电气化铁路、高压线、以及工科医设备，所述信源生成系统包括ILS、VOR、DME、以及NDB信源生成器。所述现场实测系统还包括信号接收机和EMI接收机，所述信号接收机用于所述现场实测系统在进行现场实测时进行信号场型的测试，所述EMI接收机用于所述现场实测系统在进行现场实测时进行辐射干扰源干扰数据的测试。

本发明所述现场实测系统，根据需要分析的导航台，选取合适的信号源生成系统；根据干扰源选取最佳测试地点，如果为已建的干扰源，测试地点就选择在干扰源附近，如果干扰源未建，测试地点选取与拟建干扰源类似的地点附近。1、根据导航设备，选取合适的信号源生成系统，生成导航信号。2、选取干扰源测试地点，搭建现场测试平台。3、选取相应的接收机，现场实测导航信号的干扰情况。

如图3所示，本发明所述信号模拟仿真系统包括根据天线技术手册对天线阵进行的天线阵建模，根据机场设计地势图、以及机场周边地形和场内建筑物平面图及立面图进行的障碍物三维地形建模，针对机场设计的飞行程序和AC-86-TM-2016-01进行的飞行轨迹建模，以及针对辐射干扰源进行的辐射干扰源建模。

本发明所述信号模拟仿真系统，分别进行天线阵建模、地形建模、飞行轨迹建模、辐射干扰源建模，建立信号模拟分析仿真平台，分析导航信号各项指标是否满足要求。

1、根据天线技术手册，对天线阵进行建模；根据机场设计地势图、干扰源的设计方案、机场周边地形和场内建筑物平面图及立面图进行障碍物三维建模；针对机场设计的飞行程序和AC-86-TM-2016-01进行飞行轨迹建模；针对干扰源进行辐射干扰源建模。

2、根据GB6364-2013和《国际民用航空公约》附件十，分析和仿真辐射干扰源对导航设备信号的影响情况，分析信干比是否满足各导航设备的运行要求。

如图4所示，本发明所述民航导航设备有源电磁环境评估系统的评估方法，包括以下步骤：

步骤1、搭建现场实测系统，用信号接收机现场实测导航信号空间场型，输出相应的曲线，并判断导航信号场型是否准确，如果准确，则结束，否则进行下一步；

步骤2、步骤1中实测的空间场型发生变化，则用EMI接收机测试干扰数据；

步骤3、将步骤1和步骤2得到的数据和位置，输入信号模拟仿真系统，建立信号模拟分析模型进行仿真，分析信干比；同时在信号模拟仿真系统不断优化辐射干扰源和信号源之间的距离、以及其他可调参数，最终使信号模拟仿真结果满足要求，由信号模拟仿真系统得到辐射干扰源和信号源之间的最佳距离和辐射干扰源的信息；

步骤4、将步骤3中得到的辐射干扰源和信号源之间的最佳距离和辐射干扰源的信息反馈到现场实测系统，现场实测系统根据该反馈进行平台搭建，进行实测，确保现场实测的各项指标满足要求。

本发明所述评估方法，根据现场实测系统，测试各个导航台的空间场型的情况，如实测的空间信号发生变化，用接收机测试干扰数据，进行信号模拟仿真，分析各个导航信号指标是否满足要求，分析干扰源与信号源的最佳距离，最终将信号模拟仿真系统的结果反馈到现场实测系统，按此最佳方案搭建现场实测分析平台，进行实测验证。流程如图4所示。

本发明民航导航设备有源电磁环境评估系统能利用信号源生成器对拟建的各导航台信号进行真实模拟、搭建信号源，在干扰源附近全方位的还原机场导航台及周边干扰源建设完成后的整体情况，搭建现场实测系统。同时结合信号模拟仿真系统，仿真干扰源对信号的干扰情况，反复仿真和优化，给出最佳的调整距离和位置，将分析结果反馈给现场实测系统，形成现场实测—模拟仿真—现场实测的分析环节。本发明评估方法可覆盖所有可能出现的现场状况：包括已建干扰源已建导航台、已建干扰源未建导航台、未建干扰源已建导航台，干扰源和导航台均未建，最终达到能在干扰源建设前提供解决办法，能在机场导航台选址期间发现问题并提供优化方案的目的，保证地方经济和民航建设的协同发展，同时避免了建设后可能出现干扰隐患，保证民航飞行安全。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.民航导航设备有源电磁环境评估系统，其特征在于，包括：

现场实测系统，所述现场实测系统用于实测当前辐射干扰源所在位置的导航信号情况，用以判断当前导航信号场型是否合理；

信号模拟仿真系统，当所述现场实测系统所测试的当前导航信号场型不合理时，所述信号模拟仿真系统对当前辐射干扰源位置进行模拟仿真和优化，并提供辐射干扰源的最佳位置，此时辐射干扰源所发出的干扰信号不会影响导航信号，再将优化后的辐射干扰源最佳位置参数反馈至现场实测系统，现场实测系统依照优化后的辐射干扰源最佳位置参数进行配置。

2.根据权利要求1所述的民航导航设备有源电磁环境评估系统，其特征在于，所述现场实测系统包括干扰源系统、信源生成系统、以及用于实测当前辐射干扰源所在位置导航信号情况的信号检测系统，所述干扰源系统包括机场周边的电气化铁路、高压线、以及工科医设备，所述信源生成系统包括ILS、VOR、DME、以及NDB信源生成器。

3.根据权利要求2所述的民航导航设备有源电磁环境评估系统，其特征在于，所述现场实测系统还包括信号接收机和EMI接收机，所述信号接收机用于所述现场实测系统在进行现场实测时进行信号场型的测试，所述EMI接收机用于所述现场实测系统在进行现场实测时进行辐射干扰源干扰数据的测试。

4.根据权利要求3所述的民航导航设备有源电磁环境评估系统，其特征在于，所述信号模拟仿真系统包括根据天线技术手册对天线阵进行的天线阵建模，根据机场设计地势图、以及机场周边地形和场内建筑物平面图及立面图进行的障碍物三维地形建模，针对机场设计的飞行程序和AC-86-TM-2016-01进行飞行轨迹建模，以及针对辐射干扰源进行的辐射干扰源建模。

5.权利要求1-4任意一项所述民航导航设备有源电磁环境评估系统的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、搭建现场实测系统，用信号接收机现场实测导航信号空间场型，输出相应的曲线，并判断导航信号场型是否准确，如果准确，则结束，否则进行下一步；

步骤2、步骤1中实测的空间场型发生变化，则用EMI信号接收机测试干扰数据；

步骤3、将步骤1和步骤2得到的数据和位置，输入信号模拟仿真系统，建立信号模拟分析模型进行仿真，分析信干比；同时在信号模拟仿真系统不断优化辐射干扰源和信号源之间的距离、以及其他可调参数，最终使信号模拟仿真结果满足要求，由信号模拟仿真系统得到辐射干扰源和信号源之间的最佳距离和辐射干扰源的信息；

步骤4、将步骤3中得到的辐射干扰源和信号源之间的最佳距离和辐射干扰源的信息反馈到现场实测系统，现场实测系统根据该反馈进行平台搭建，进行实测，确保现场实测的各项指标满足要求。