直升機搭載監(jiān)測設備進行空中干擾排查方案設計

直升機搭載監(jiān)測設備進行空中干擾排查方案設計引言隨著經(jīng)濟高速發(fā)展，無線電設備越來越多的應用到生產(chǎn)和生活中，無線電環(huán)境愈加紛繁復雜，航空專用頻率受干擾次數(shù)成逐年上升的趨勢，受無線電干擾影響的頻率越來越多，已逐漸從地空通信頻率延伸至雷達、導航等設備頻率，對民航正常運行和飛行安全造成的影響日益凸顯。近兩年來，GPS信號受干擾事件呈現(xiàn)井噴式增長態(tài)勢，全國多個區(qū)域發(fā)生航空器GPS信號丟失現(xiàn)象，多次觸發(fā)近地告警造成航空器復飛。無線電干擾問題已經(jīng)成為長期困擾民航空管安全平穩(wěn)運行的重要隱患之一。與此同時，隨著民航業(yè)的快速發(fā)展，地空數(shù)據(jù)鏈、ADS-B、GBAS等新技術逐漸投入到運行中，無線電干擾問題也將會成為新技術推廣應用過程中不容忽視的問題。因此如何快速有效排除無線電干擾影響成為了亟待解決的難題。據(jù)近五年統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，對民航專用頻率造成影響的無線電干擾事件70%左右發(fā)生在空中。因空中電磁環(huán)境相對干凈，電波傳輸距離較遠,同時部分干擾源還存在隱蔽性強、信號弱等特點，因此地面監(jiān)測設備經(jīng)常無法監(jiān)測到干擾信號，給空中干擾的排查工作帶來極大難度。目前最常用的空中干擾排查方式是利用飛行校驗中心的固定翼監(jiān)測飛機進行空中干擾排查。固定翼飛機雖具有飛行速度高，巡航時間長，升空高度高，監(jiān)測干擾信號能力強等特點，但受限于航路航線的約束，固定翼飛機機動性性能不高且每次飛行需提前申請，干擾排查實時性不高。為此提出了利用直升機平臺搭載無線電監(jiān)測設備進行空中干擾排查的方案，本文圍繞此方案直升機平臺和設備選型、加改裝方案、飛行方案等方面進行試驗研究和設計。一、直升機平臺及監(jiān)測設備選型及參數(shù)要求一）直升機平臺選擇考慮到空中干擾涉及范圍廣、傳播距離遠的特點，直升機干擾排查需要執(zhí)行長時間大范圍的飛行任務，加之設備加改裝后對飛機負載平衡的影響以及性價比等多方面因素，建議選用H125和貝爾407兩款機型作為飛行平臺，最大航程可達約600公里，載重有效載荷可達1000公斤以上，飛機載重平衡更加穩(wěn)定，對飛行員操作飛機影響較小，保障飛行安全同時確保操作靈活性，可有效提高干擾排查效率。（二）無線電監(jiān)測系統(tǒng)選擇1、無線電監(jiān)測測向設備根據(jù)歷年來民航無線電干擾頻率、干擾源特點的統(tǒng)計分析，空中無線電監(jiān)測測向設備工作頻段至少應覆蓋80MHz至3000MHz范圍，滿足對民航地空通信、儀表著陸系統(tǒng)、全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)、L/S波段一次監(jiān)視雷達、氣象雷達、二次監(jiān)視雷達以及自動相關監(jiān)視等主要設備頻率監(jiān)測需求。2、監(jiān)測測向天線無線電測向就是利用無線電測量設備測定目標無線電信號的來波方位。根據(jù)不同的測向方法，測向體制分為幅度比較式測向體制、沃特森-瓦特測向體制、干涉儀測向體制、多普勒測向體制、空間譜估計測向體制等。鑒于干涉儀測向體制中基于復數(shù)電壓測量的相關干涉儀測向體制具有測向準確度高、測向靈敏度高測向速度快、抗干擾能力強、穩(wěn)定性好、設備復雜度較低等優(yōu)點，成為了無線電監(jiān)測中主流的測向體制。相關干涉儀天線利用測量接收天線之間的相位差確定來波方向，測向天線孔徑越大，測向精度越高。當孔徑長度大于半個波長是，相位測量就具備多值性，就帶來了大孔徑測向的模糊問題，孔徑越大，出現(xiàn)的模糊問題越多，會增加計算量影響系統(tǒng)測向速度。同時考慮直升機平臺配重等因素，通過多次飛行試驗，確定孔徑在大約1米左右的相關干涉儀測向機制天線更適合搭載在直升機平臺進行干擾排查。二、直升機平臺加改裝方案設計一）一體化加改裝在前期確定了直升機平臺和無線電監(jiān)測設備的基礎上，充分考慮飛機整體負載平衡、監(jiān)測測向設備加裝和拆卸便利性、避免設備供電影響飛機安全等因素，經(jīng)過多次試驗驗證，最終確定了在機腹下加裝橫桿和橫梁，在機頭前形成天線裝載平臺，通過法蘭盤將監(jiān)測測向天線固定在機頭下，天線與飛機形成一體化結(jié)構(gòu)圖1一體化加改裝二）獨立組合導航系統(tǒng)根據(jù)一體化加改裝方案完成直升機平臺改造后，實施了第一次試驗飛行。在地面設置信號發(fā)射源，直升機停滯在地面時，監(jiān)測測向快速給出了信號源位置。但直升機升空飛行后，測向指針呈現(xiàn)無秩序亂擺的狀態(tài)，無法完成空中移動測向和定位。經(jīng)分析判斷此現(xiàn)象由兩方面問題引起：一是監(jiān)測天線采用的倒裝方式，飛行過程中機體對天線的遮擋造成接收到的GPS信號較差；二是飛機在飛行運行過程中無法計算自己的位置，相當于在測向中缺少穩(wěn)定參照方向，無法對信號源位置進行準確測向。針對上述問題，選擇加裝了獨立的衛(wèi)星-慣導（GPS/INS）組合導航系統(tǒng)和差分GPS。差分GPS天線安裝在機頭橫梁上，天線朝上，提高接收GPS信號的可靠

性，還大幅度提升了GPS的定位精度，通過饋線連接至位于機艙內(nèi)部的慣導設備利用組合導航多傳感器融合及導航解算算法實現(xiàn)對飛機的定位，并將信息通過串口提供給移動定位軟件，為整套系統(tǒng)提供位置信息的支撐。圖2獨立組合導航連接方式圖3差分GPS安裝圖三、飛行方案設計一）地面校準在完成組合導航系統(tǒng)和差分GPS加裝后，開始了第二次試驗飛行。試驗飛行結(jié)果不甚理想，干擾源定位誤差在20多公里左右，經(jīng)過多次技術探討和分析發(fā)現(xiàn)直升機航電系統(tǒng)啟動會對測向精度有一些影響，因此在執(zhí)行任務之前需對系統(tǒng)進行系統(tǒng)校準測量。首先，在地面選取多個方位設置無線電發(fā)射信號源對安裝在直升機上的測向天線、監(jiān)測設備、慣導以及監(jiān)測測向軟件進行校準測量；然后，開啟直升機航電系統(tǒng)后，檢測直升機機體及發(fā)動機運轉(zhuǎn)對監(jiān)測測向天線的影響；最后，直升機升空后繞飛對系統(tǒng)進行最后誤差校準。（二）移動定位軟件設置鑒于直升機空中干擾排查與地面移動監(jiān)測車的工作場景的不同，要根據(jù)空中監(jiān)測的特點對軟件參數(shù)進行特定的設置。例如直升機在高空距離目標距離遙遠，在軟件對信號源進行定位點概率計算的區(qū)域范圍和交匯定位中容限度參數(shù)要適當?shù)倪M行調(diào)整。在飛機升空時，因不確定干擾源距離，可適當增加區(qū)域范圍和容限度參數(shù)，隨著對干擾源的不斷逼近飛行逐漸縮小。（三）干擾排查飛行方案設計在干擾排查之前，首先應詳細收集并分析干擾發(fā)生時間、區(qū)域、受干擾頻率等信息，結(jié)合地理位置信息，規(guī)劃飛行空域及飛行線路，提前申請空域。實施干擾排查時,應在受干擾集中區(qū)域或疑似干擾源區(qū)域升空進行大范圍搜索監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)信號后根據(jù)信號強度變化向干擾信號逼近飛行，初步定位目標位置后進行繞飛精準確認。若疑似干擾信號在受限飛行空域，則可選擇遠距離大切角測向進行交匯定位，配合地面移動監(jiān)測設備進行空地聯(lián)合排查定位干擾信號位置四、直升機搭載監(jiān)測設備空中干擾排查方案應用2019年6月至12月，北京區(qū)域管制中心鄭州高扇頻率持續(xù)受到廣播和噪音干擾，河南區(qū)域多條航路也不間斷的發(fā)生民航地空通信頻率受干擾事件，干擾發(fā)生地點涉及河南濟源、洛陽、鄭州、焦作等地。為有效解決地空頻率長期受干擾情況，啟動了直升機空中干擾排查。技術人員通過對近半年的干擾情況的分析研判確定了飛行監(jiān)測排查方案和飛行路線。飛機升空后飛向申請的空域，通過監(jiān)測設備鎖定干擾信號，對信號進行切角測向交匯定位，確定干擾信號大概區(qū)域后，根據(jù)場強逼近信號飛行定位干擾源，配合地面干擾排查設備最后定位干擾源為某小區(qū)樓頂架設的售藥黑廣播設備，干擾源實際位置與直升機空中定位僅僅相差800米左右。2021年6月23日，為確保成都天府國際機場安全順利投運，西南空管局聯(lián)合省經(jīng)濟和信息化廳無線電管理機構(gòu)空地聯(lián)動的航空無線電安全保障專項活動。此次行動利用直升機平臺配合10余臺地面監(jiān)測車輛進行聯(lián)動，對天府機場及終端區(qū)空域開展了電磁環(huán)境監(jiān)測和干擾排查工作。一旦空中監(jiān)測到可疑信號，地面監(jiān)測車輛立即抵近查證并消除干擾源。此次行動有效保障了天府機場及終端區(qū)空域內(nèi)電磁環(huán)境干凈、有序，為天府機場平穩(wěn)、安全投入打下了堅實的基礎。通過多次使用直升機進行空中無線電干擾實際排查充分驗證了利用直升機進行無線電空中干擾排