塔康导航台辐射场零区的预测及消除

Ｍａｒｃｈ　２００２　ＶｏＬ３３　Ｎｏ．１（ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．１０６）　——航空电子技术　ＡＶＩＯＮＩＣＳ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　塔康导航台辐射场零区的预测及消除　谢洪森，周杰，殷青宁　（海军航空工程学院青岛分院．青岛２６６０４１）　［摘要］　塔康导航台辐射场零区对塔康系统的Ｘ－４￣性能产生深刻影响，对零区位置进行分析和预测，确保　飞机主航线和进场航线非常重要。本文分析了辐射场零区的形成过程，提出了预测零区位置的方法，培出减少　零区影响的有关措施，对优选塔康导航台场地和系统安装架设具有一定指导意义．　【关键词］　塔康；导航台；辐射场；零区　【中图分类号］Ｖ２４９．３２　４［文献标识码］Ａ［文章编号］１００６—１４１Ｘ（２００２）０１．００２０－０４　ｌ　引言　塔康导航台属于近程无线电导航系统，工作　在９６２—１２１３ＭＨｚ频段，与机载塔康设备配合工　其相位差为００（或其３６０。的整数倍）时，两信号　幅值相加．形成“峰点”；当其相位差为ｌ８０ｏ（或　其奇数倍）时，则两信号幅值相减．形成“谷点”．　因而双路径干涉的结果．将使垂直场型产生多波瓣　（０ｏ～９００范围内）。图１为在指定条件下计算出来　作，为空中飞机提供方位和距离信息．引导飞机沿　预定航线飞行和进场着陆。由于塔康导航台的工作　性能和可靠性与使用环境、场地条件等因素有关．　其辐射场被地形地物反射后．造成反射波和直射波　的相互干涉，使塔康天线辐射场在垂直面上形成一　系列零区．造成塔康测距或测位误差，导致系统性　能下降．甚至破坏系统的正常工作。为此．对塔康　导航台辐射场零区进行预测，采取必要的技术补偿　措旌是非常必要的。　的多波瓣相应的信号幅值。　由图ｌ可以看出．双路径干涉使信号强度不　是简单地随距离变化．而是多次重复地出现波动．　其每一个“峰点”大于自由空间（或直达波条件下）　的信号强度，而“谷点”则信号衰减．此“谷点”　即为“零区”，且把接近地面的一个“零区”称之　为“第一零区”．而其余的依次称为第二．第三，……　零区［１１。　２　辐射场零区的形成　塔康导航台的场地环境对塔康信号的影响是　十分复杂的，主要表现为射频信号被地面反射或折　射．即射频信号的多路径传播，导致一系列零区的　形成。　根据航空无线电导航台站场地环境要求，机　场塔康导航台配置距跑道处着陆端的距离不应小于　塔康导航台距一号零区点的距离，因此，机场塔康　导航台安装架设时，应特别值得注意的是每一个“零　区”的位置、对信号的衰减量以及决定“零区”位　置的主要因素。　２．２　定量分析　双路径干涉因子Ｇ是在双路径干涉条件下的　场强￡，与无干涉时的场强　（自由空间）之比：　Ｇ＝Ｅ　／Ｅ　（１）　２．１　定性分析　为了简化分析．这里主要分析复杂的多路径　干涉中影响最为明显的镜面反射问题．而取路径干　涉是镜面反射中的主要现象，即为塔康信号直达波　和反射波在观察点的叠加效应。一般来说，塔康信　号直达波和反射波的相位差在很大范围内变化，当　图２为双路径干涉场矢量图．￡　是直达波Ｅ　和反　射波Ｅ．之矢量和．Ｅ．在相位上比￡　滞后　维普资讯 http://www.cqvip.com

塔康导航台辐射场零区的预测及消除　谢洪森等　２００２年３月第３３卷第１期（总第１０６期）　“辟＋　”（反射系数相角　与波程差△　之和），　而Ｅ　和Ｅ。在幅度上相差一个与发敞因子Ｄ、反　射系数Ｒ　、信标天线方向性有关的系数Ｋ　ｔ即　的附加衰耗）故　，Ｅ。＝ＤＲ　Ｆ　）／Ｆ　）　（２）　其中Ｆ　）与Ｆ　）分别为信标天线对应“　”下　Ｋ　Ｅ，Ｅ，　ＫＥ。。（忽略了直达波和反射波路径差　ｆ起　倾角和“口”上仰角时的方向性因子。　ｌ５　＼自申空　信号　飞机天线的无一　—　相１０　线电水平线　嚣５２度　　．　』０　厂　＼合成信争７　５　。ｌ’　３　４　１０　、　ｌ５　第三摹区一　５　＝ｌ　ｌ　＼　２０　２５　图　一Ｉ　Ｉ　Ｉ　Ｉ　ｌ　ｌ　Ｉ　；压Ｉ　＿’ｊＩ　　＼　１０　２０　３０帅５０　ｌ００　２００　离信标距离（海里）　多波瓣信号幅值　就是戽＋　＝　，＋ｎＩｒ．其中在双路径干涉条件下．　ｎ的取值为　：Ｉ、２、３……，即当ｎ＝ｌ时为第一零　区；　＝２时为第二零区；……。　Ｅｒ＝－ｋＥｏ　３　零区的预测方法　ｒ＋△　９０。　＋△　≥９０。　，在图３双路径电波传播几何图形中．其中　图２双路径干涉场矢量图　ｋ＝４／３＝１．３３３３为标准折射条件下的地球半径因子，　由矢量图和余弦定理可知：　ｋａ＝６３７２ｋｍ为地球物理半径．ｈ　为塔康信标天线高　Ｅ　：　＋（艇。）　一２ＫＥ￣ＣＯＳ（１８０。一　，一Ａ≯）ｒ‘　度（ｋｍ）．ｈ２为飞行高度（ｋｍ），ｄ．为塔康天线至　：Ｅ　＋Ｋ　ｚ＋２ＫＣＯＳ（　，一△　）　（３）　反射点的地面距离（ｋｍ）．ｄ２为反射点至飞机在地　由（Ｉ）、（２）、（３）式可得：　面投影点的地面距离（ｋｍ），　为擦地角．　为塔　Ｇ：ｆＬ　　Ｉ＋（ＤＲ　ＬⅡ，　）　＋２ＤＲ　康天线至地面反射点的斜距（ｋｍ），１＂２地面反射点　，　至飞机的斜距（ｋｍ）。　ＣＯＳ（　…ｒ　）　塔康导航台安装架设及场地选择是依据厂家　若设上式参量中除　＋△　外均为常数，则　出厂时有关技术资料和安装架设规范进行．要充分　在ＣＯＳ（　＋△　）＝一ｌ，Ｇ出现最小值（谷　考虑到零区的位置及其对塔康性能的影响程度例。　通常根据所考查的零区号码，通过查表或计　点），方向图中出现零区，即　算方式得到零区数目值Ｎ，利用下式可计算出所　Ｇ＝Ｇ　＝．　ｌ—ＤＲ　Ｆ　），Ｆ　）　（５）　考查的零区的擦地角　：　但由于Ｄ、Ｒ　、Ｆ　）、Ｆ　）均随　变化，而　＝ｓｉｎ　（１４８．ｖ，ｈＩｆ）　（６）　（厚＋　）也随　变化．这样真正Ｇ　并不是在　由擦地角　和塔康天线高度ｈ．可以确定电波　ＣＯＳ　＋△　）＝一ｌ时出现，而是稍有偏离，　即　反射点Ｄ至塔康导航台的距离ｄ．和反射点至飞机　方向图中零区出现在ＣＯＳ（　，＋△　）＝一ｌ附近・也　２　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｍａｒｃｈ２００２Ｖｏ１，３３ＮｏＡ—————————————————．．（ｓｅｒｉａ１Ｎｏ，］　０６———）　航空屯了技术　ＡＶＩＯＮＩＣＳ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．———在地面的投影点的距离ｄ．．即　可以得出零区至塔康导航台的斜距ｒ　。这里根据有　信　（７）　关几何知识和数学近似计算推导出其曲线数据表的　：　而　信　（８）　理论近似计算公式，供技术工程人员参考使用。　依据塔康天线高度＾．远小于飞机的飞行高度　工程应用上根据塔康天线的高度ｈ．、飞行高　ｈ：和地球的物理半径ｋａ的条件．考查三角形ＡＣＤ．　度ｈ：和所考查的零区的擦地角　，通过查曲线表　Ｂ　圈３双路径干涉传播几何图形　依据正弦定理有　由（６）式和（７）式可得塔康辐射场零区距　｝　丝　：　！　丝　导航台的距离ｒ０：　ｓｉｎ　ｓｉｎ（９０ｕ＋　）　ｃ０ｓ　＝（　＋　一２　ｃ０ｓ（１８０。一２　）　从而得　＝（，；ｚ＋　＋２ｒ￣ｒ２　ｃｏｓ２￣，）ｎ　（１１）　（＾　＋　）ｓ＿ｍ生　由推导出的公式（１１）对零区位置作近似计　‘　—ｌ＿————　正　（９）　算，其结果比工程查曲线表方法更精确、更方便．　∞　同样考查三角形Ｂ　，依据正靛理有　更具妻　警　线的辐　ｃｏｓ￣－　卢一ｓｉｎ－Ｉ（　一鲁　（１２）　捕，．．ｄ，　．　发散因数Ｄ：　在三角形ＢＣＤ中一　，　Ｄ：｛１＋—　，有　’５　７２　ｄｏｈ　）一｝：（１＋—皿５　７２　ｄｏｈ２　）一了（１３）　：ｆ　＋＾，一ｈ：）ｃｏｓ生　其中：ｄｏ＝　＋　；　＝　－４／１３ｋ；　‘‘　加　ｄ　＾’：　２　ｎ２　—一　ｄ２／１３ｋ一　．　，　ｄ　，　（如　＾２）ｃｏｓ—ｋ—ｈ２　。　一　．ａｋａ　根据塔康导航台场地的地质条件查反射系数　（　＋＾，）　。ｓ生～ｋａ　曲线图可得到反射系数Ｒｖ的值－再根据塔康导航　即　ｒ２　——二——盐一　（】Ｏ）　台归一化场型图．可得到相应于擦地角和辐射角的　归一化场强值　和￡　最后由公式（９）得到零　维普资讯 http://www.cqvip.com

塔康导航台辐射场零区的预测及消踪　谢洪森等　２００２年３月第３３卷第１期（总第１０６期）　区中的场强衰减量Ｐ的分贝数：　射系数为最小时对应的擦地角）靠近．即减少反射　卜　）　（１４）　系数，降低了反射信号强度，从而削弱了零区的影　响；另一方面调整天线高度ｈ．，可使反射波的反　４　采取的技术措施　射面位于粗糙地面，导致反射线漫散，即公式（１３）　的发散因数Ｄ增大，由公式（１４）可以看出零区　塔康导航台天线的垂直方向性对多路径干涉　的场强衰减量减少。　有较大影响，特别是第一、二零区的影响程度尤为　（３）改善地表电气特性　突出，严重时将直接导致塔康性能恶化。目前完全　对现有已安装架设好的塔康系统，削弱零区　克服辐射场零区的影响是不可能的，只能采取一定　影响的补救方法是：利用粗糙地面、树林、建筑群　的技术补偿措施，削弱其影响程度。例如：　或人为收集屏将反射能量吸收和转向，防止反射线　（１）改变系统的工作频率　投射到主要反射面上　由所考查零区的擦地角计算公式（６）可以看　出，调整塔康系统的工作频率ｒ，实际上改变了　５　结束语　零区的擦地角　，由推导出的公式（Ｉ１）得到零　区至塔康导航台的距离　发生变化，从而改变了　通过对塔康导航台辐射场零区的形成过程以　及影响进行分析，改进了零区位置的确定方法，在　零区的位置，保证了主航线上塔康信号的正常工　塔康系统架设安装场地选择时，应根据零区位置及　作　其场强衰减量，采取调整塔康导航台天线高度、改　（２）调整天线系统架设高度　调整塔康天线系统的高度ｈ．，一方面由公式　变工作频率、改善地表电气特性等措施，以避开或　（６）同样可以改变辐射场零区的擦地角　的值，　减少辐射场零区的不利影响。　尽可能地使擦地角　向布儒斯特角（反射面的反　参考文献　【１］张忠兴，等无线电导航理论与系统西安：陕西科学技术出版社，１９９８．　１２］苑正修，等航空无线电导航台站配置和场地环境要求北京：空军通信部．１９９　Ｆｏｒｅｃａｓｔ　ａｎｄ　Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｉ　ｄｉａｔｉｏｎ．Ｆｉｅｌｄ　Ｚｅｒｏ．Ｚｏｎｅ　ｏｎ　ＴＡＣＡＮ　Ｇｕｉｄａｎｃｅ　Ｓｔａｔｉｏｎ　ＸＩＥ　Ｈｏｎｇ—ｓｅｎ，ＺＨＯＵ　Ｊｉｅ，Ｙ１Ｎ　Ｑｉｎｇ・ｎｉｎｇ　（Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｂｒａｎｃｈ，Ｎａｖａｌ　Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ａｃａｄｅｍｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６０４１）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｒａｄｉａｔｉｏｎ－ｉｆｅｌｄ　ｚｅｒｏ・ｚｏｎｅ　ｏｎ　ＴＡＣＡＮ　ｇｕｉｄａｎｃｅ　ｓ￣ｔｉｏｎ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｄｅｅｐ－ｇｏｉｎｇ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　０ｎ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ＴＡＣＡＮ　ｓｙｓｔｅｍ　Ｉｔ　ｉｓ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｔｏ　ａｎａｌｙｚｅ　ｎａｄ　ｆｏｒｅｃａｓｔ　ｔｈｅ　ｅｚｒｏ－ｚｏｎｅ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｒｏｕｔｅ　ａｎｄ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｒｏｕｔｅ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｒａｄｉａｔｉｏｎ。ｉｆｅｌｄ　ｚｅｒｏ‘ｚｏｎｅ，ａｎｄ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ　ｚｅｒｏ・ｚｏｎｅ　ｓｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒｙ　ｍｅａｓｕｒｅ　ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　维普资讯 http://www.cqvip.com

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