直升機搭載監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行空中干擾排查方案設(shè)計

直升機搭載監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行空中干擾排查方案設(shè)計引言隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，無線電設(shè)備越來越多的應(yīng)用到生產(chǎn)和生活中，無線電環(huán)境愈加紛繁復(fù)雜，航空專用頻率受干擾次數(shù)成逐年上升的趨勢，受無線電干擾影響的頻率越來越多，已逐漸從地空通信頻率延伸至雷達(dá)、導(dǎo)航等設(shè)備頻率，對民航正常運行和飛行安全造成的影響日益凸顯。近兩年來，GPS信號受干擾事件呈現(xiàn)井噴式增長態(tài)勢，全國多個區(qū)域發(fā)生航空器GPS信號丟失現(xiàn)象，多次觸發(fā)近地告警造成航空器復(fù)飛。無線電干擾問題已經(jīng)成為長期困擾民航空管安全平穩(wěn)運行的重要隱患之一。與此同時，隨著民航業(yè)的快速發(fā)展，地空數(shù)據(jù)鏈、ADS-B、GBAS等新技術(shù)逐漸投入到運行中，無線電干擾問題也將會成為新技術(shù)推廣應(yīng)用過程中不容忽視的問題。因此如何快速有效排除無線電干擾影響成為了亟待解決的難題。據(jù)近五年統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，對民航專用頻率造成影響的無線電干擾事件70%左右發(fā)生在空中。因空中電磁環(huán)境相對干凈，電波傳輸距離較遠(yuǎn),同時部分干擾源還存在隱蔽性強、信號弱等特點，因此地面監(jiān)測設(shè)備經(jīng)常無法監(jiān)測到干擾信號，給空中干擾的排查工作帶來極大難度。目前最常用的空中干擾排查方式是利用飛行校驗中心的固定翼監(jiān)測飛機進(jìn)行空中干擾排查。固定翼飛機雖具有飛行速度高，巡航時間長，升空高度高，監(jiān)測干擾信號能力強等特點，但受限于航路航線的約束，固定翼飛機機動性性能不高且每次飛行需提前申請，干擾排查實時性不高。為此提出了利用直升機平臺搭載無線電監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行空中干擾排查的方案，本文圍繞此方案直升機平臺和設(shè)備選型、加改裝方案、飛行方案等方面進(jìn)行試驗研究和設(shè)計。一、直升機平臺及監(jiān)測設(shè)備選型及參數(shù)要求一）直升機平臺選擇考慮到空中干擾涉及范圍廣、傳播距離遠(yuǎn)的特點，直升機干擾排查需要執(zhí)行長時間大范圍的飛行任務(wù)，加之設(shè)備加改裝后對飛機負(fù)載平衡的影響以及性價比等多方面因素，建議選用H125和貝爾407兩款機型作為飛行平臺，最大航程可達(dá)約600公里，載重有效載荷可達(dá)1000公斤以上，飛機載重平衡更加穩(wěn)定，對飛行員操作飛機影響較小，保障飛行安全同時確保操作靈活性，可有效提高干擾排查效率。（二）無線電監(jiān)測系統(tǒng)選擇1、無線電監(jiān)測測向設(shè)備根據(jù)歷年來民航無線電干擾頻率、干擾源特點的統(tǒng)計分析，空中無線電監(jiān)測測向設(shè)備工作頻段至少應(yīng)覆蓋80MHz至3000MHz范圍，滿足對民航地空通信、儀表著陸系統(tǒng)、全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、L/S波段一次監(jiān)視雷達(dá)、氣象雷達(dá)、二次監(jiān)視雷達(dá)以及自動相關(guān)監(jiān)視等主要設(shè)備頻率監(jiān)測需求。2、監(jiān)測測向天線無線電測向就是利用無線電測量設(shè)備測定目標(biāo)無線電信號的來波方位。根據(jù)不同的測向方法，測向體制分為幅度比較式測向體制、沃特森-瓦特測向體制、干涉儀測向體制、多普勒測向體制、空間譜估計測向體制等。鑒于干涉儀測向體制中基于復(fù)數(shù)電壓測量的相關(guān)干涉儀測向體制具有測向準(zhǔn)確度高、測向靈敏度高測向速度快、抗干擾能力強、穩(wěn)定性好、設(shè)備復(fù)雜度較低等優(yōu)點，成為了無線電監(jiān)測中主流的測向體制。相關(guān)干涉儀天線利用測量接收天線之間的相位差確定來波方向，測向天線孔徑越大，測向精度越高。當(dāng)孔徑長度大于半個波長是，相位測量就具備多值性，就帶來了大孔徑測向的模糊問題，孔徑越大，出現(xiàn)的模糊問題越多，會增加計算量影響系統(tǒng)測向速度。同時考慮直升機平臺配重等因素，通過多次飛行試驗，確定孔徑在大約1米左右的相關(guān)干涉儀測向機制天線更適合搭載在直升機平臺進(jìn)行干擾排查。二、直升機平臺加改裝方案設(shè)計一）一體化加改裝在前期確定了直升機平臺和無線電監(jiān)測設(shè)備的基礎(chǔ)上，充分考慮飛機整體負(fù)載平衡、監(jiān)測測向設(shè)備加裝和拆卸便利性、避免設(shè)備供電影響飛機安全等因素，經(jīng)過多次試驗驗證，最終確定了在機腹下加裝橫桿和橫梁，在機頭前形成天線裝載平臺，通過法蘭盤將監(jiān)測測向天線固定在機頭下，天線與飛機形成一體化結(jié)構(gòu)圖1一體化加改裝二）獨立組合導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)一體化加改裝方案完成直升機平臺改造后，實施了第一次試驗飛行。在地面設(shè)置信號發(fā)射源，直升機停滯在地面時，監(jiān)測測向快速給出了信號源位置。但直升機升空飛行后，測向指針呈現(xiàn)無秩序亂擺的狀態(tài)，無法完成空中移動測向和定位。經(jīng)分析判斷此現(xiàn)象由兩方面問題引起：一是監(jiān)測天線采用的倒裝方式，飛行過程中機體對天線的遮擋造成接收到的GPS信號較差；二是飛機在飛行運行過程中無法計算自己的位置，相當(dāng)于在測向中缺少穩(wěn)定參照方向，無法對信號源位置進(jìn)行準(zhǔn)確測向。針對上述問題，選擇加裝了獨立的衛(wèi)星-慣導(dǎo)（GPS/INS）組合導(dǎo)航系統(tǒng)和差分GPS。差分GPS天線安裝在機頭橫梁上，天線朝上，提高接收GPS信號的可靠

性，還大幅度提升了GPS的定位精度，通過饋線連接至位于機艙內(nèi)部的慣導(dǎo)設(shè)備利用組合導(dǎo)航多傳感器融合及導(dǎo)航解算算法實現(xiàn)對飛機的定位，并將信息通過串口提供給移動定位軟件，為整套系統(tǒng)提供位置信息的支撐。圖2獨立組合導(dǎo)航連接方式圖3差分GPS安裝圖三、飛行方案設(shè)計一）地面校準(zhǔn)在完成組合導(dǎo)航系統(tǒng)和差分GPS加裝后，開始了第二次試驗飛行。試驗飛行結(jié)果不甚理想，干擾源定位誤差在20多公里左右，經(jīng)過多次技術(shù)探討和分析發(fā)現(xiàn)直升機航電系統(tǒng)啟動會對測向精度有一些影響，因此在執(zhí)行任務(wù)之前需對系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)測量。首先，在地面選取多個方位設(shè)置無線電發(fā)射信號源對安裝在直升機上的測向天線、監(jiān)測設(shè)備、慣導(dǎo)以及監(jiān)測測向軟件進(jìn)行校準(zhǔn)測量；然后，開啟直升機航電系統(tǒng)后，檢測直升機機體及發(fā)動機運轉(zhuǎn)對監(jiān)測測向天線的影響；最后，直升機升空后繞飛對系統(tǒng)進(jìn)行最后誤差校準(zhǔn)。（二）移動定位軟件設(shè)置鑒于直升機空中干擾排查與地面移動監(jiān)測車的工作場景的不同，要根據(jù)空中監(jiān)測的特點對軟件參數(shù)進(jìn)行特定的設(shè)置。例如直升機在高空距離目標(biāo)距離遙遠(yuǎn)，在軟件對信號源進(jìn)行定位點概率計算的區(qū)域范圍和交匯定位中容限度參數(shù)要適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行調(diào)整。在飛機升空時，因不確定干擾源距離，可適當(dāng)增加區(qū)域范圍和容限度參數(shù)，隨著對干擾源的不斷逼近飛行逐漸縮小。（三）干擾排查飛行方案設(shè)計在干擾排查之前，首先應(yīng)詳細(xì)收集并分析干擾發(fā)生時間、區(qū)域、受干擾頻率等信息，結(jié)合地理位置信息，規(guī)劃飛行空域及飛行線路，提前申請空域。實施干擾排查時,應(yīng)在受干擾集中區(qū)域或疑似干擾源區(qū)域升空進(jìn)行大范圍搜索監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)信號后根據(jù)信號強度變化向干擾信號逼近飛行，初步定位目標(biāo)位置后進(jìn)行繞飛精準(zhǔn)確認(rèn)。若疑似干擾信號在受限飛行空域，則可選擇遠(yuǎn)距離大切角測向進(jìn)行交匯定位，配合地面移動監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行空地聯(lián)合排查定位干擾信號位置四、直升機搭載監(jiān)測設(shè)備空中干擾排查方案應(yīng)用2019年6月至12月，北京區(qū)域管制中心鄭州高扇頻率持續(xù)受到廣播和噪音干擾，河南區(qū)域多條航路也不間斷的發(fā)生民航地空通信頻率受干擾事件，干擾發(fā)生地點涉及河南濟(jì)源、洛陽、鄭州、焦作等地。為有效解決地空頻率長期受干擾情況，啟動了直升機空中干擾排查。技術(shù)人員通過對近半年的干擾情況的分析研判確定了飛行監(jiān)測排查方案和飛行路線。飛機升空后飛向申請的空域，通過監(jiān)測設(shè)備鎖定干擾信號，對信號進(jìn)行切角測向交匯定位，確定干擾信號大概區(qū)域后，根據(jù)場強逼近信號飛行定位干擾源，配合地面干擾排查設(shè)備最后定位干擾源為某小區(qū)樓頂架設(shè)的售藥黑廣播設(shè)備，干擾源實際位置與直升機空中定位僅僅相差800米左右。2021年6月23日，為確保成都天府國際機場安全順利投運，西南空管局聯(lián)合省經(jīng)濟(jì)和信息化廳無線電管理機構(gòu)空地聯(lián)動的航空無線電安全保障專項活動。此次行動利用直升機平臺配合10余臺地面監(jiān)測車輛進(jìn)行聯(lián)動，對天府機場及終端區(qū)空域開展了電磁環(huán)境監(jiān)測和干擾排查工作。一旦空中監(jiān)測到可疑信號，地面監(jiān)測車輛立即抵近查證并消除干擾源。此次行動有效保障了天府機場及終端區(qū)空域內(nèi)電磁環(huán)境干凈、有序，為天府機場平穩(wěn)、安全投入打下了堅實的基礎(chǔ)。通過多次使用直升機進(jìn)行空中無線電干擾實際排查充分驗證了利用直升機進(jìn)行無線電空中干擾排