饶红伟
上海民航新时代机场设计研究院有限公司，上海 200335
摘要：信号仿真模拟技术为我们分析导航台信号覆盖提供了有力的技术手段，根据导航设备类型、信号电磁波传播模型、台站周边地理环境因素，模拟导航信号覆盖范围及核心要素，通过结合飞行程序关键点位，分析导航信号是否满足规范要求和实际运行需求，判断导航台选址的合理性。信号仿真模拟技术在实际工程中为民用导航台选址提供了直观的参考依据，仿真结果可作为导航台选址和机场选址的重要依据之一。
关键词：信号仿真模拟；导航台选址；飞行程序
民航导航台是引导民用航空器按照预定航路航线飞行的地面台站，作为传统飞行程序的地基引导设施，导航台选址的可行性和合理性极为重要。影响导航台选址的因素是多方面的，需要结合飞行程序、台站周边地理环境和电磁环境因素，以及地面台站三通一平的可行性和建设成本综合考量。其中导航信号覆盖情况是否满足相关规范要求和飞行程序需求是判断导航台选址是否合理的首要目标和根本性因素。本文从导航信号覆盖的角度，浅谈信号模拟技术在民航导航台选址中的应用。
1 导航台信号覆盖要求
目前，一般民航机场建设导航设备包括精密进近系统和本场导航台。精密进近系统包括航向信标台、下滑信标/测距仪台、指点标台等。本场导航台按照设备类型可分为全向信标/测距仪台、无方向信标台等。依据民航相关规范要求[1]
1）航向信标台信号要求
航向信标前航道±10°范围内，覆盖应达到46.3km；±10°~±35°范围，覆盖应达到31.5km；在跑道头标高以上600m高度或在中间和最后进场区内最高点的标高以上300m（以较高的为准）高度，必须能够接收到信号。在覆盖距离内，向上直到从航向信标天线阵向外延伸并与地平面成7°夹角的平面，必须能够接收到信号；信号覆盖区内最低信号场强为40μV/m；对于I类ILS仪表着陆系统设备性能的航向信标，在仪表着陆系统下滑道上和航向信标的轨道扇区内，从18.5km到包含跑道入口的水平面以上60m高度，最低场强应不低于90μV/m。
2）下滑台信号要求
下滑道中心线两边各8°方位，距离至少18.5km范围内，上至地平面以上1.75θ，下至地平面以上0.45θ的扇区内；在覆盖区内，最低信号场强应为400μV/m，对于I类设备性能的下滑道信标，应在低到包含跑道入口的水平面以上30m高度提供这一场强。
3）测距仪信标信号
飞行高度为400米时，测距仪台信号覆盖区半径为65km。常规测距仪台的信号覆盖区内最低信号场强为689μV/m。与仪表着陆系统联合工作的测距仪的覆盖区至少应与仪表着陆系统方位引导扇区的覆盖相等。
2 信号仿真模拟
以某机场导航台实际情况为例进行信号仿真模拟分析，导航台周边地理情况如下：台站对应跑道入口海拔为6米（1985国家高程，除特殊说明外下同），导航台预选台址北偏东30°相距30km处有海拔260米的M山，预选台址北偏西10°相距17km处有海拔430米Y山，飞行程序已根据周边山体高度进行了调整。我们通过采用信号仿真模拟技术，结合地理地形，模拟各类导航信号的覆盖效果，为导航台的选址、导航设备型号（发射功率、阵子形式与数量等）的选用提供重要的参考依据。
2.1 航向信标
1）航向信标参数设置
设定航向天线架设相对地面高度3m，发射频率108.1MHz，模式HDR 20dBi，等效全向辐射功率14dBW。
2）常规信号覆盖
航向信号覆盖要求下限：跑道入口标高+600m=606m，山脉M海拔+300=560m；航向信号覆盖要求上限：航向天线高度+31500×tan7°=3876m，航向天线高度+46300×tan7°=5694m。标准下滑信号覆盖高度为下滑信标高度+18500×tan3°=975m。
在600m、975m、3900m、5700m高度对信号覆盖情况进行模拟。见图1.1—图1.4，覆盖计算半径60km，信号场强标准为90μV/m，中（图中绿色区域）和40μV/m（图中黄色区域）。
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信号仿真模拟覆盖结果：在600m高度上，因M山遮挡，在拟定导航台址北偏东30°相距35km以外的区域存在信号遮挡情况；在975m高度、3900m高度、5700m高度信号覆盖情况符合规范要求。
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3）结合飞行程序
根据设计的传统ILS/DME仪表飞行程序，IF点的高度为950m，距离航向台的距离为24.6km；FAF点的高度为800m，距离航向台的距离为18.0km。根据设计的RNAV ILS/DME仪表飞行程序，IF点的高度为950m，距离航向台的距离为27.2km；FAF点的高度为800m，距离航向台的距离为18.0km。
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在800m高度对信号覆盖情况进行模拟，见图2.1、图2.2，覆盖计算半径60km，信号场强标准为90μV/m（图中绿色区域）和40μV/m（图中黄色区域）。
信号仿真模拟覆盖结果：航空器在使用传统ILS/DME飞行程序和RNAV ILS/DME飞行程序时，在程序运行所需高度800m上，信号覆盖范围满足进近航段程序的需求。
2.2 下滑信标
1）下滑信标参数设置
设定下滑天线架设相对地面高度8米，发射频率328.0MHz，模式HDR 10dBi，等效全向辐射功率20dBW。
2）常规信号覆盖
按照下滑角θ=3.0°测算，标准下滑信号覆盖高度为天线高度+18500×tan3°=975m。标准信号在0.45θ、1.75θ对应的高度为：天线高度+18500×tan（0.45×3°）=442m，天线高度+18500×tan（1.75×3°）=1706m。
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在440m、1710m高度对信号覆盖情况进行模拟，见图3.1、图3.2，覆盖计算半径30km，信号场强标准为400μV/m（图3.1和3.2中绿色区域）。
信号仿真模拟覆盖结果：在440m高度、1710m高度信号覆盖情况符合规范要求。
3）结合飞行程序
根据传统ILS/DME仪表飞行程序，IF点的高度为950m，距离下滑台的距离为21.8km；FAF点的高度为800m，距离下滑台的距离为15.3km。RNAV ILS/DME仪表飞行程序，IF点的高度为950m，距离下滑台的距离为24.4km；FAF点的高度为550m，距离下滑台的距离为15.3km。
模拟信号在800m高度的信号覆盖情况，见图4.1、图4.2，覆盖计算半径30km，信号场强标准为400μV/m（图4.1和4.2中绿色区域）。
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信号仿真模拟覆盖结果：航空器在使用传统ILS/DME飞行程序和RNAV ILS/DME飞行程序时，在程序运行所需高度800m上，信号覆盖范围满足进近航段程序的需求。
2.3 测距仪（合建下滑台）
1）测距仪参数设置
设定测距仪天线架设相对地面高度5米，发射频率1088MHz，接收频率1025MHz，模式VER 2.1dBi，等效全向辐射功率27dBW，发射机功率100W。
2）常规信号覆盖
模拟信号在400m高度的信号覆盖情况，见图5.1，覆盖计算半径70km，信号场强标准为689μV/m（图5.1中绿色区域）。
信号仿真模拟覆盖结果：因M山、Y山等周边山体影响，在400米高度，在台址北侧偏西10°-12°直线距离30km以外，北侧偏东25°-35°直线距离50km以外，南侧偏东25°-30°直线距离50km以外存在信号遮挡。
3）结合飞行程序
传统ILS/DME和RNAV ILS/DME仪表进近程序，IF高度是950m，FAF高度是800m；GP INOP进近程序MDA为130m；ILS/DME仪表进近程序DA为66m。
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模拟信号在66m、600m高度的信号覆盖情况，见图5.2，覆盖计算半径60km，信号场强标准为689μV/m（图5.2中绿色区域）。
信号仿真模拟覆盖结果：航空器在使用传统ILS/DME飞行程序和RNAV ILS/DME飞行程序时，在程序运行所需高度66m和600m上，信号覆盖范围满足进近航段程序的需求。
2.4 小结
由于本文篇幅有限，全向信标/测距仪台的信号仿真模拟，以及对信号余隙、航道宽度与对称性等要素的信号仿真模拟的分析过程省略，直接引用仿真模拟结果。导航台拟选台址仿真模拟分析小结：因台址周边山体影响，依据信号仿真模拟覆盖效果，存在一定的信号遮挡情况，但在飞行程序航线上可以达到规范要求的信号覆盖最低场强/功率密度，信号的余隙、对称性、信号宽度等满足相关规范要求，认为台站的预选台址可用，工程实施可行。
3 结束语
随着信号仿真模拟技术的提高，通过合理的天线参数设置与无线传输模型选择，精细的地理环境及相关障碍物建模，达到与信号实际覆盖效果高相似度的仿真模拟效果，为导航台台址的选取和设备类型的确定提供了丰富详细的参考数据。同时综合考量电磁环境测量数据与建设场地因素，可极大的增加导航台选址的合理性，避免建设资金和时间成本的浪费，提高民航导航台的总体设计和建设水平。
参考文献：
[1]中华人民共和国工业和信息化部.GB6364-2013航空无线电导航台（站）电磁环境要求.]S].北京.中国标准出版社,2013.
作者简介：
饶红伟（1988.6.31），男，汉族，陕西汉中，大学本科，中级工程师，研究方向：民航通信导航