天津七六四通信导航技术有限公司 天津 300210
摘要：塔康导航系统对于飞行安全或者完成确定的战术目的是十分重要的，而其主要性能和工作可靠性不仅与产品设计、生产有关，还与使用环境条件和维护等方面因素有关。“场地影响”主要指的是射频信号被地面反射或散射，被障碍物遮挡、反射或绕射，被大气层吸收或折射。它们的主要形式为射频信号的多路径传播，其中水平反射面和垂直反射面的影响最明显，而实际的场地影响，常常是它们两者的综合结果，它们可能导致系统性能下降，甚至破坏系统正常工作。因此掌握场地影响最主要的分析方法，然后结合现场实地考察，就能将大部分工程使用方面的问题引起的场地影响分析出来并且加以克服，即使难以周全，也能确保主要扇区或航道的系统指标。
关键词：塔康地面台；双路径干涉效应；侧反射干涉效应；场地影响；
塔康地面系统的场影响问题，从双程干涉效应、侧反射干涉效应等方面进行了理论分析。重点研究了变弱方法，为更好地利用塔康导航系统提供了理论依据。
一、概述
塔康（TACAN Tactical Air Navigation）系统是近导机载设备和近导地面台设备组成的极坐标式的近程军用无线电导航系统。它用于计算飞机相对于所选地面塔康台的方位、离台斜距和飞行速率。当工作在空／空模式时，可同时为其它飞机询问提供距离应答信号，并能锁定最近一架飞机距离，可为空中编队、空中加油等提供必要的飞机间距离信息。由于塔康系统采用双脉冲调制信号的工作方式，具有测位、测距精度高、误差小、功率大又不易受干扰等特点。很快被世界各国空军所采用。
二、塔康系统场地影响的特点
场地影响的分析是十分复杂的，因为它既和设备性能（如天线方向性）有关，又和电波传播介质及场地条件有关。由于飞机活动的范围基本上是在对流层中，因而对流层中大气的各有关参数变化必然引起电波传播的某些变化；场地条件更为复杂，特别是信标天线架设周围的地面、建筑物等引起的电波反射，几乎使信号所及的任一点的场强都不可能是单纯的直达波，而是多路信号的迭加结果。因此，在分析场地影响时，必须依据实际情况，作某些适当的假定，以简化分析。场地影响对塔康系统的信号将产生三个方面的作用：改变塔康台天线辐射信号的场型结构，产生许多零区，影响系统作用距离；改变塔康发射信号包络的调制波形，降低方位精度或破坏方位功能；由于反射信号总是迟于直达信号，导致射频脉冲包络畸变或“跟随虚假信号”（跟在有效信号之后一定距离的反射信号），影响测距精度或引起虚假跟踪。从以上分析可见“场地影响”的严重性。因此应当主动分析场地影响的特点，再利用其分析的结果，寻求克服方法，以减少它对系统的不良影响，虽然不能彻底克服场地方面对系统的影响，但只要结合相应技术措施，将不良影响限制在允许的范围内，就可以充分发挥塔康导航系统的最大作用。
三、航道及航道结构概念
1.航道。我们知道航向台是为飞机提供横向引导信息的，这个引导信息是由90Hz和150Hz音频信号来调制载波而提供，天线阵辐射场型要求在航道右边150 Hz信号占优。在跑道中心线及延长线上，90Hz和150Hz调制度相等，调制度差为0。航向道是由这样一些DDM为0的点轨迹构成的，理想状态为一条直线，在这些点上飞机接收和检测它们的平均值也就是等电平。实际上无线电信号传播受反射场地影响，航向道是这些点组成的曲线，而飞机沿着这条线峰值的平均值飞行。
2.航道结构。它是国际民航组织对航道弯曲幅度在覆盖区各基准点的规定，指0DDM曲线偏离平均值的μA值。航向覆盖是从天线阵中心到航道±10°扇区内46公里处以及±10°～±35°两侧扇区内31公里处标高600～6000米范围内。通过图1、2可知国际民航组织规定覆盖区边缘到A点应0.031DDM≤30μA。A点到B点：从0.031DDM线性下降到0.015DDM≤15μA。B点到C点：15μA。飞行校验中航道结构各区是按以上各基准点来划分的。
图2航向道覆盖
四、多路径传播的影响
多路径传播影响既和设备性能（天线方向性）有关，又和场地条件有关。复杂的场地条件，特别是信标天线架设周围的地面、建筑物等引起的电波反射，几乎使信号所及的任一点的场强都不可能是单纯的直达波，而是多路信号迭加的结果。实际的场地影响总是多路径的，即包括镜面反射和侧反射以及介乎两者的倾斜面反射。图3为多路径传播示意图。由图3可见，多路径传播的分析是很复杂的，为了简化分析通常把复杂的多路径问题分解为简单的基本形式，即镜面反射和侧反射。
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图3多路径传播示意图
1.双路径干涉效应分析。双路径为镜面反射形式导致直达波和反射波在观察点的叠加效应，其对系统性能的影响主要取决于反射波相对于直达波产生的相位差以及幅值比，相位差的变化范围一般较大，当相位差为0°（360°）的整数倍时，它们相加；当相位差为180°（或奇数倍）时，则为相减。因此，双路径干涉效应会产生若干“零区”。双路径干涉效应削弱方法：（1）在设备自身采用相关技术措施。双路径干涉产生若干零区，特别是第一、第二号零区的深度，将直接导致信号传输的附加损耗。在具有记忆功能的设备中，可以利用记忆功能，弥补部分“狭窄零区”的影响（如塔康测距、测位记忆功能），但对于无记忆功能的设备（如数传系统），为了保证可靠传输，在设计设备最大传输损耗时，必须考虑零区附加损耗。双路径干涉导致的信号包络畸变，可以在机载设备中采取适当的信号处理等方法来解决。（2）在场地选择和信标天线架设方面采取有关技术措施。塔康信标天线架设过程中，在场地选择中有一些基本原则是基于削弱双路径干涉影响而提出来的。场地选择的一个很重要的目的就是在空间所预期的某些位置，使直达信号大于反射信号，尽力压低反射信号幅度，特别是在进场航道上。削弱或消除双路径干涉效应带来的不利影响，首先要防止镜面反射，另外还有很多其他方面：比如利用周围的地面将反射能量吸收；可以将反射信号的擦地角设法向布儒斯特角方向接近；其次还可以降低或者升高天线的高度，保证反射区位于粗糙区域等。
2.侧反射效应分析。侧面反射是指垂直方向上的反射面对信号造成的反射，反射物高度一般与信标天线高度相当或者高于信标，很多反射物的不规则性、不固定性使问题更复杂化。侧反射的分析方法和双路径干涉分析方法相似，但是侧反射对塔康系统的影响常常比双路径干涉更严重，更难于采取有效的克服措施。侧反射除了像镜反射那样形成一些零区之外，还会导致塔康方位信号包络的严重畸变和脉冲包络的变形，以及“跟随虚假脉冲”。这一点可以利用镜像分析加以说明。由于侧反射的结果，相当于在反射面的对面即真实天线的镜像位置上有一个“镜像天线”，它的方向性图是以反射面为基准面与真实天线对称，旋转方向相反，镜像天线相对真实天线的辐射信号强度主要和真实天线到反射面的距离及反射面的特性有关。由于镜像天线的存在，空间任一接收点，其信号均为真实天线和镜像天线辐射信号的迭加结果，它可能严重影响系统基本功能。侧反射干涉效应削弱方法：（1）避免照射反射体；（2）改变天线位置（可人为的利用吸收或使射线偏转的措施）；（3）提高天线高度，使天线大大高于反射体或改换天线架设地点；（4）侧反射引起的“虚假跟随信号”对测距的影响，可以在机载设备中采取适当的信号处理等方法来解决。
总之，利用以上分析方法，再综合实际现场场地考察，就能够分析并主动克服很多工程影响造成的场地问题，在某些难以周全的条件下，也能确保主要扇区或航道的系统指示。
参考文献：
[1]黄全，探讨塔康导航系统场地影响．2017.
[2]陈勇．浅谈塔康导航系统场地影响探讨．2018.