GBAS导航系统的VDB对VOR干扰防护间距分析

邹杰

摘要：GBAS的运用会加剧民航频率使用资源紧张的局势。本文分析GBAS导航系统中VDB与同频段VOR导航设备之间的影响，提出两者之间的防护间距分析方法，避免VDB在投入运用时与VOR导航设备的干扰，促进GBAS系统的顺利使用，提高频率资源利用率。

关键词：GBAS；甚高频全向信标；甚高频数据广播；防护间距；飞行安全

中图分类号：TN967.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）06-0213-02

近年来，随着航空业的高速发展，新机场建设和机场扩建越来越多，而机场运行离不开空管设备的建设，包括配备相应的导航设备，而每个导航设备均需配备特定的工作频率。随着导航设备的陆续增加，而频率资源是一定的，在有限的频率资源里，如何科学有效地利用和分配频率，避免系统间的相互干扰，保障设备正常运行就显得尤为重要[1]。

GBAS（Ground-Based Augmentation System，地基增强系统）属于新型导航设备，是航空导航的未来发展方向，已在国际上投入实际运用，我国也在积极推动GBAS系统的运用。GBAS系统与现有大部分导航设备的使用频率接近，甚至处于同频段范围，随着系统的投入使用，会加剧导航频率资源的紧缺局势，同时也会对同频段其他导航设备产生电磁影响。本文提出了GBAS系统中信号发射设备VDB（Very-high frequency Data Broadcast，甚高频数据广播）与VOR（Very high frequency Omni directional Range，甚高频全向信标）导航设备的防护间距分析方法，得出不同频率间隔情况下VDB对VOR的防护间距[2]，避免VDB在投入运用时与VOR产生干扰，保障GBAS系统正常运行，提高频率资源利用率。

1 GBAS和VOR介绍

GBAS是国际民航组织规划的基于GNSS（全球导航卫星系统）、采用DGPS（差分GPS）技术建立的系统，以它为基础的GLS（全球导航卫星地基增强着陆系统）成为目前最令人关注的一种新型着陆系统。

1.1 系统组成

全球导航卫星地基增强着陆系统（GBAS Landing System， GLS）由三个独立的子系统组成：卫星子系统、地面子系统和机载子系统。GBAS地面子系统通过数字甚高频数据广播（VDB）方式向机载子系统提供GNSS测距信号的数据和修正信息。

GBAS地面子系统包括2组或2组以上的GNSS接收机，以及地面数据处理组件、数据广播组件、可靠性监控组件和一个或以上的VDB天线，将差分修正量、GNSS完好性及其信息通过VDB天线传送给飞机机载接收系统。机载接收系统依靠VDB广播的差分修正值和其他相关数据更正之前自身所测的数据，并计算成为所需精度等级的位置信息，然后将该数据转化为导航引导信号，提供给驾驶舱的显示器和自动驾驶仪，引导飞机航行[3]。

1.2 VDB系统信号发射

VDB使用的无线电频段为108MHz～117.975MHz，可指配的最低频率为108.025MHz，最高频率为117.950MHz，频率间隔（信道间隔）为25KHz。VDB使用固定帧结构的时分多址访问（TDMA）技术，分配为1～8个时隙。GBAS数据以3比特字符形式发射，VDB载波通过八相相移键控（D8PSK）调制方式以每秒10500个字符的速率调制。

1.3 VOR介绍

VOR是一种用于航空的无线电导航系统，其工作频段与VDB相同，属于甚高频段，一般安装在跑道延长线上，与机载无线的罗盘配合使用以指示导航台相对于飞机的方向，方便飞机进近着陆。

2 干扰和防护间距

2.1 干扰分析

民航导航设备可用的频率数量很有限，使用的频率相对集中。当作用在相同区域时，应分析并防止发射机和接收机交互产生的RFI（Radio Frequency Interference，射频干扰），包括互调、交调、接收减敏（过载）、邻道信号、谐波和AM/FM/TV干扰等。

根据所使用的频率和信号传播公式，可以求出VDB系统与同频段导航设备在保守估计（最坏情况）下的地理分隔距离。如果拟建VDB台站与VOR设备之间符合地理间隔的防护间距要求，则两者不会产生相互干扰影响[4]。

2.2 防护间距计算

当VDB与VOR安装在同一区域，需考虑两种导航设备的工作频率、覆盖场强大小和地理間距，以分析两者是否相互干扰。在同一区域，覆盖场强大的信号易对覆盖场强小的信号产生干扰，即当两信号重叠时，若覆盖场强小的信号不受场强大的信号干扰，则两台站之间互不干扰。

VOR信号覆盖区域内最低信号场强为90μV/m，VDB的垂直极化信号最小场强信号为136μV/m，即VOR场强信号易受VDB场强信号的干扰[5]。在VOR与VDB同区域安装时，根据易受干扰信号（即VOR信号）的抗干扰特性和频率使用情况进行计算。抗干扰特性是指D/U（Desired/Undesired，期望信号与干扰信号的功率比）值，即信干比，是保障被保护信号不受干扰信号影响时，受保护信号与干扰信号的比值。

为保障VOR不受GBAS系统VDB信号干扰，VOR针对VDB信号所要求的D/U比值应满足表1所示。

根据公式3，在同频（同信道）情况（参考频率f为112MHz）下，见参考文献2附录D的7.2节可知：VDB的有效辐射功率TVDB=47dBm，VOR覆盖边缘的最小辐射功率PVOR保护=-79dBm，由此可求出相应的路径损耗L其最小值应不小于152dB。

大气层的折射率随高度而逐渐变化，这就使得无线电波轻微地朝着地球表面弯曲（或在一些情况下，朝着与地球表面相反的方向弯曲）。弯曲的结果就是无线电波能够传播到物理地平线以外的地方去。

在接收天线高度为40000英尺时，由于发射机在地表上，hRX>>hTX，所以可认为hTX=0，则无线电地平线距离dRH=246NM。

根据ITU-R Recommendation P.528-2公布的标准传播模型或者自由空间损耗模型，在视距范围外，当频率范围108～137MHz时，衰落因子a为0.5dB/NM。

由表2和公式（3）可以计算出自由空间的路径损耗（L）。然后，根据L和公式（5）或（6）可以计算出VDB距离A点的距离，再加上VOR覆盖半径，就可以得出地里位置间隔。比如，在同一信道时，L=152dB，求得d=296NM，加上VOR覆盖半径185NM，则地理位置间隔为481NM。

依次对不同频率分配下VDB和VOR进行地理间隔计算，结果如表2所示，其中VOR的覆盖半径包括了185nm、162nm、90 nm三种情况。

3 结语

通过上述GBAS系统VDB与VOR导航设备的防护间距计算分析，并结合现有导航设备布局和频率使用情况，合理地选用VDB使用频率，既可以避免相互干扰，又能促进GBAS系统顺利投入使用，增加频率复用，提高频率资源利用率。以上方法是基于理想地理环境下，即最有害的干扰条件下，在现实情况中若台站间频率和距离条件满足以上关系，则不会产生相互干扰，可作为必要的初步判断。通常在现实情况下，特别在山区或遮挡较大等复杂地理条件下，台站间的防护间距会更短，此时应根据实际情况进行进一步计算。

参考文献

[1]国际民航组织.国际民用航空公约附件十[M].蒙特利尔：国际民航组织出版社，2013.

[2]工业和信息化部电信研究院等. GB6364-2013航空无线电导航台（站）电磁环境要求[S]， 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，北京：中国标准出版社，2014.

[3]中国民航局行业管理办公室等.MH/T4003-2014民用航空通信导航监视台（站）设置场地规范第2部分：监视[S].北京：中国民航出版社，2014：13-15.

[4]FAA6050.32B-2005，Spectrum Management Regulation Sv1[S].

[5]Doc9718 AN/957-2013，民用航空無线电频率需求手册[S].

Abstract：The use of GBAS will aggravate the situation of the frequency of the use of civil aviation frequency resources. This paper analyzes the impact between VDB and VOR navigation equipment in the same frequency band in GBAS navigation system， and proposing a method for analysis of protection spacing between them to avoid interference with VOR navigation equipment when using VDB， and promotes the smooth use of GBAS system. At the same time， this can also increase the utilization of frequency resources.

Key words：GBAS； VOR； VDB； protection space； flight safety