天津七六四通信导航技术有限公司 天津 300210
摘要：科技在不断发展，社会在不断进步，我国综合国力显著加强，典型机载DME测距设备由天线、射频电缆、收发讯机、显示单元和控制单元组成，通过与地面导航台采用问答方式，收发1000Hz左右的L波段脉冲射频信号，测量脉冲信号的往返延迟时间，计算出飞机到测距台之间的视线距离（斜距）。
关键词：DME测距设备；作用距离；接收灵敏度
引言
测距系统（DME，DistanceMeasuringEquipment），目前广泛应用于民航系统中，其作用在于实现近程航空无线电导航，通过无线电实现测距，并且通过仪表向飞行员提供必要的距离信息。DME系统本身可以与高频全向信标（VOR，VeryHighFrequencyOmnidirectionalRange）共同展开工作，其中VOR提供方位引导信息，而DME提供距离信息，两个方面相互组合，用于实现对于飞机的定位。除此以外，DME还可以与仪表着陆系统（ILS，InstrumentLandingSystem）展开协同工作，给进近和着陆的飞机提供至测距仪或着陆点或跑道入口的连续距离。对于DME的工作状态，国标GB/T18902-2002《超高频测距仪性能要求和测试方法》中对于其脉冲波形、脉冲间隔、射频脉冲频谱以及频率容差等多方面的参数都做出了明确的要求，同时规定了检测设备以及传到测试方法等，为DME工作的有效准确展开奠定了坚实的基础。一个典型的DME系统，由输入输入、控制系统、监控系统、脉冲收发信机、RF通道、外部连接接口系统、电源系统、天线和计算机等组件共同构成，其中其天线系统，以FSD-45型设备为例，采用FAN-96型9dB增益全向辐射天线，其工作频率报仇在960MHz～1215MHz范围内。DME系统采用询问-回答工作方式，对无线电脉冲信号在空间的传播时间进行测度，并且计算出提问和应答双方的距离。在这个工作过程中，有几个主要的参数需要有所了解。
1多径干扰
在机场周围，不可避免的存在一些房屋、金属设备、停放飞机等各类物体，当信号照射到这些物体的表面时，都可能产生反射。反射的信号的大小、相位或者持久度的变化是很复杂的。这些干扰信号都会不同程度的对测距器地面台天线和机载接收机天线造成影响。不同类型的干扰信号会和正确信号混合一起进入接收机，改变信号的脉冲波形。处理器是通过检测脉冲波形得到时间间隔的，这种畸变后的波形就会使测量到的时间间隔不够准确，严重影响飞行安全。各类金属或水泥物体所反射的多路径干扰信号，传播的路程通常比设备发射的正确信号所经历的路程长。因此，对正确信号脉冲波形前沿的起始上升部分的影响是非常小的。根据这种情况，我们可以将检测时门限的电平设置的低一些，就可以大幅减小干扰信号做造成的误差。需要注意的是，在脉冲前沿的开始部分，设备内部的噪声对信号的干扰也比较大，要从噪声中检测出正确信号的难度比较的。针对种种原因，建议将信号脉冲波形的前沿的上升幅度增快，也就是加大前沿的上升角度，同时，再将门限电平设置的低一些。通过这些方法就可以有效的缩小多路径干扰对测距精度造成的影响。
2试验室测试
在试验室使用内场模拟器对合格DME收发讯机和不合格的2部DME收发讯机按技术要求进行性能对比测试。从测试结果可以看出，几部DME设备在-75dBm电平时信号质量相差不大，在-90dBm电平时DME1、DME2的信噪比只能达到3:1，而DME3、DME4和合格DME信噪比均可达到5:1，DME3、DME4信噪比虽然达到5:1，但机器本身的噪音电平较合格DME噪音电平高。
当模拟器输出信号电平小于-90dBm时，通过示波器观测信息处理分机对70MHz中频信号在采样检波后存在噪音信号的情况，经测量最大噪音信号半幅脉冲宽度达到1.2μs。而测距软件为了提高抗干扰性能，在对接收信号处理过程中采取的窄脉冲抑制条件为1.0μs，抑制条件过窄导致软件将噪音信号识别为正常信号，造成回答信号译码错误，导致距离出现跳变和丢失。除此以外，目前软件中AGC控制周期为10ms。在实际飞行过程中，由于飞机姿态变化、空间信号场强变化，设备接收到的信号幅度变化大，如果AGC控制周期过快会造成AGC频繁抖动，影响接收信号幅度变化，最终影响距离测量。针对出现的距离数据存在闪烁（无效）现象，在试验室对收发讯机进行了进一步测试，发现设备数据闪烁（无效）时间约为0.3s，闪烁后显示的距离数据正确。根据测距设备工作原理分析，造成距离数据无效有两种因素：一是设备在正常工作中无法收发信号造成的距离解算失效，上传距离数据为非计算数据；二是在数据上传给RIU过程中ARINC429总线数据传输错误造成系统显示非计算数据。按照测距设备详细设计要求，设备周期数据更新速率不超过50ms±5ms。RIU在对设备上传周期数据接收过程中有超时处理，若设备未在150ms内上传ARINC429周期数据，RIU会自动将其ARINC429数据中的状态位置为非计算数据。因此造成设备距离数据闪烁（无效）的原因是由于故障件DME存在ARINC429周期数据丢包超过150ms的现象，不满足测距设备详细设计要求中对周期数据更新速率的要求。对设备ARINC429总线数据发送逻辑进行排查，设备429数据收发由FPGA控制，其中DSP以50ms周期向FPGA写入发送数据，FPGA收发逻辑在空闲状态循环检测DSP发送据标志以及429接收数据标志，当检测到DSP发送数据标志或429接收数据标志后，转入相应发送或接收操作，发送或接收结束返回空闲状态。当FPGA收发逻辑返回空闲状态时，发送数据标志已被DSP清除，导致需上传的周期数据未发送。
3减少误差的措施
多径干扰是影响测距精度最为严重的因素，直达信号进入接收机的时候会混入相当多的反射信号，从而影响测距精度。可是多径干扰总是落后于直达信号的。因此，可以使用过以下两种措施就可以使多径干扰减少到最小，一是缩短时间，也就是采用快速上升的脉冲前沿；二是将检测基准点降低，也就是将脉冲前沿和判决门限的交叉点降低，此时的基准点就可以处于没有多径干扰的地方。采取这样两个措施可以减少误差，但这里又产生一个矛盾，即兼容性问题。根据国际民航组织的要求，“现今”的测距设备还要与“过去”的测距设备配合使用，并满足目前的进近精度的要求。此时，当采用快速上升前沿和低的检测门限时，会出现两种复杂问题。一是采用了脉冲快上升前沿，在信号处理上，为了保证脉冲信号上升沿不畸变，就必须采用宽频带信号处理系统，而“过去”的测距系统则是一个窄频带系统。如果要将其配合使用，那么势必要带来一个邻近频道相互干扰的问题。二是采用低的检测门限时，由于接收信号中监测点处的信躁比较低，为了可靠地接收，就要求询问器和应答器有一个较大的发射功率，以满足低检测门限的要求。为了解决兼容性的矛盾，提出了双脉冲/双模式的精密测距设备（DME/P），他工作在两种模式，即窄带初始进近（IA）模式和宽带最终进近（FA）模式。这样就保证了初始进近（IA）模式具有可兼容性，并提高了最终进近（FA）模式时的测距精度。
结语
通过以上分析，信噪比低是影响DME远距离数据不稳定的原因之一。软件改进后经过试验室测试验证和试飞验证，证明提高DME收发讯机信噪比理论上可以改善DME远距离抗干扰性，进而提高远距离数据的稳定性。
参考文献：
[1]吴德伟.航空无线电导航系统[M].电子工业出版社,2010.
[2]陈高平.航空无线电导航原理.[M].国防工业出版社,2008.