民航GPS导航和塔台地空通信的干扰排查与分析

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中国无线电 2010年第6期

2009年9月，我站收到多起广东佛山沙堤机场民航的干扰投诉，称在复航前校飞工作中，G P S导航系统在跑道及起飞降落区域受到干扰，无法收到卫星导航定位信息，严重影响飞行安全；机场塔台地空通信系统受到干扰，对讲通话出现杂音，严重影响地空指挥调度。为确保机场11月民航运营的顺利开展，佛山市南海区无线电管理办公室迅速组织监测队伍到达现场，了解干扰的具体情况，对机场周边的电磁环境进行监测，利用矢量化电子地图分析地理环境，查找干扰信号，并排除塔台地空通信设备故障。

1 GPS导航系统干扰的排查

据沙堤机场校飞工作负责人反映，2009年8～9月，在机场民航复航校飞工作过程中，跑道地面盲降台和滑行飞机的G P S接收机无法收到卫星导航定位信息，导致航班在起飞和降落区域不能定位导航。民航校飞G P S接收机的接收频率是F 1 MHz、F 2 MHz、F 3 MHz。

我们首先在机场跑道的多个位置进行G P S信息接收比对试验，利用民用GPS导航仪和校飞GPS接收机在相同位置搜索定位导航卫星信号。民用G P S导航仪搜索到十颗卫星信号，并能正确定位，而校飞G P S接收机未能搜索到卫星信号，无法定位。之后我们在机场外围区域进行比对，两套设备都能正常搜索导航卫星信号并准确定位。我们初步确定受干扰区域在机场范围之内。

我们与校飞工作人员交换了意见，并进行了认真、仔细的分析，决定在塔台针对G P S卫星信号进行电磁环境测试。我们在塔台楼上架设抛物面天线，连接40d B 低噪声放大器，使用安捷伦E4407B频谱分析仪和安立M S2721B手持频谱仪进行多频段全方位电磁环境测试及分析。中心频率设置×××MHz，跨距设置从20MHz逐步增加到1G,在××××MHz出现一异常连续长发信号（见图1的m a r k 1）。转动抛物面天线方向，当天线指向西南方位，异常连续长发信号电平达到较大值：-33d B m

（见图2的mark 4）。

图1 异常连续长发信号频谱图

图2 ××××MHz频率频谱图

由于该高频信号强度较大，具有明显的方向性，我们立即携带安立M S2721B手持频谱仪和定向天线，对××××M H z信号进行徒步查找定位，发现在200M H z频段范围内出现了杂散信号（见图3）。在机场塔台西南方向的罗村社区民警中队办公楼，该信号的电平值达到了-31d B m，在楼下可清晰观察到楼顶设有公众移动通信基站。通过与社区民警沟通协调，我们到达了办公楼楼顶，这时安立手持频谱仪电平值达到了-29d B m，并发现楼顶架设了一套直放站八木定向天线（见图4），方向指向机场跑道，工作频段范围覆盖了G P S卫星F1信号。我们在现场使用铁板对该天线进行遮挡，发现天线被遮挡时，校飞G P S接收机在跑道、盲降台、塔台等位置都可以正常接收卫星导航信息，并快速定位；移开铁板，干扰现象重现。在确定干扰源后，南海区无线电管理办公室领导马上联系相关通信运营商，要求尽快对罗村社区民警中队办公楼直放站的施主天线方向、周边基站设备运作配置参数作出调整，避免该类干扰现象再次

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■ 广东省佛山市南海区无线电监测站 廖年挺

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出现。图3　××××MHz信号及杂散

图4 直放站八木定向天线2 塔台地空通信设备故障的排除

当天下午，据塔台地空指挥调度工作人员反映，飞行情报服务使用的单频双工对讲通话系统的频率A 1 MHz、A 2MHz，偶尔出现短促杂音干扰。由于干扰信号强度小、发射持续时间短、出现几率小，给排查工作提出了难题。经我们与塔台工作人员协商，在塔台架设了全向接收天线，使用E4407B频谱分析仪、E B200接收机进行监测。在与上述两个频率相邻的200kHz范围内,均未发现在用信道。我们通过现场认真监听和记录，发现杂音内容与民航塔台指挥对话类似。于是，我们立即在塔台进行接收解调比对试验，将E B200接收机连接到新架设的全向接收天线，接收频率设置为A 1MHz、A 2MHz。当塔

台地空指挥通信系统听到干扰杂音时，E B200接收机解调相同频率，未出现干扰现象。将EB200、ICOM 9000、I C O M 1500等多台接收机分别连接到塔台原有接收天线，均未出现干扰现象。

我们在机场外围区域选取了一个临时制高点，简单架设发射天线，连接Agilent E4438C矢量信号发生器，分别发射A 1或A 2MHz、AM调制的无线电信号。当塔台地空指挥通信系统正常使用时，干扰杂音清晰、明显，与广州白云民航机场的B 1MHz、B 2MHz等航空业务频率上的语音内容一致。随后，我们使用功率计测量塔台原有接收天线的驻波比，检验天馈线的传输质量。通过多次比对

试验和计算分析，可判断干扰是由于无线电通信系统本身的接收选择性、中频抑制等性能指标较差，与白云机场民航频率产生了三阶互调信号，并落入接收频带内。三阶互调信号计算如下。

根据三阶互调原理，得：

三阶互调信号频率212f f f a ?=，122f f f b ?=；其中MHz B f 11=,=2f A 1。则：

，

。接收机最小接收带宽为50k H z，信号

频率a f 和b f 落在了接收机工作频率A 1和A 2的附近，因而产生三阶互调干扰。

随后，在不改变塔台原有接收机及工作频率的前提下，我们建议塔台工作人员更改专业高频天线及重新

选点安装，使用较好的馈线、屏蔽线。塔台更新天馈线后，杂音干扰现象有所改善。

3 GPS接收机干扰成因分析

G P S是一种利用环绕地球的24颗卫星准确计算使用者所在位置的庞大卫星导航定位系统。卫星不断发射自身的星历参数和时间信息，校飞G P S接收机接收到信号后，就可以计算出飞机的位置坐标、移动方向和速度。卫星发射的信号是扩频信号，定位精度主要受控于原子钟，产生L波段基频C 1M H z，为了消除电离层折射误差，分别作154、120、115倍频，导出卫星发射的3个信号载频F 1、F 2、F 3：F 1=C 1M H z×154, F 2=C 1MHz×120,F 3=C 1MHz×115。

在民航、紧急救援等对生命安全要求较高的行业领

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域，校飞G P S接收机需要同时解调在F 1和F 3的两种伪码来测量卫星信号到达的传播时间，算出伪距，才能在全球任何地方实现高精度实时定位。一般双频G P S接收机的基线解精度为5m m+1p p m。民航飞机采用R N P（所需导航性能）技术导航，使用G P S技术和现代化的飞机计算机，使飞机能够按照预定航迹精确飞行。佛山沙堤机场校飞G P S接收机在特定区域受到干扰，排除接收终端本身故障的原因，正是无线直放站施主天线发射的带外杂散信号覆盖了F 1频率，导致GPS输入信噪比降低、接收卫星信号质量恶化。干扰分析计算如下。

由于空间传播各种因素的影响，G P S卫星发射频率到达地面的最大电平在-158d B W～-153d B W范围内，使用安立M S2721B手持频谱仪监测杂散频谱，杂散信号在F 1频率位置的电平在-90.66d B m～-71.8d B m 范围内。根据d B m和d B W的定义，0d B m=10l g1m W，0dBW=10lg1W=10lg1000mW=30dBm，将GPS卫星发射频率到达地面的最大电平单位d B W转化为d B m，并比对杂散信号电平，可得：

w X X dBw 3.1510lg 10153?==?，；w X X dBw 8.1510lg 10158?==?，；

dBm mw w 1231010lg 1010lg 1033.153.15?=×=??）（；dBm mw w 1281010lg 1010lg 1038.158.15?=×=??）（；

dB dBm dBm 34.3212366.90=???）（；dB dBm dBm 34.3712866.90=???）（。

由此可知，杂散信号电平比G P S卫星信号到达地面电平为32.34dB～37.34dB。

图5 干扰源位置示意图

直放站施主天线具有较强的方向性，它指向相应的

基站小区，接收基站下行信号，放大后经重发天线发给移动台，并将移动台的上行信号放大，发向基站小区。施主天线信号传输有固定的空间路径，而且范围较窄，由于受空间地理环境的影响而有所衰减，在路径之外或较远的区域只能收到微弱信号，唯有使用低噪声放大器和定向抛物面天线，经一点测向，然后沿测向线方向追查，才能逐步定位干扰源。图5为直放站的地理位置信息。

4 总结与体会

（1）在查找民航干扰信号时，应不局限于航路区域的排查，要在周边环境选取多个临时制高点，使用便携高精度频谱仪、高增益无源定向天线、低噪声放大器及多种接收机，对干扰频率进行测量、比对及分析。

（2）完善沙堤民航机场周边无线电台站的信息，可减小查找干扰源的盲目性，大大缩短排查时间。干扰排查表面上仅是一项技术工作，但实际上，积极的沟通协调、完善的台站资料数据库都可以帮助我们根据现象结合历史信息，从理论上推断干扰源位置，起到事半功

倍的效果，查找干扰源的工作耗时也会大大减少。