关于甚高频台站选址建设研究

关于甚高频台站选址建设研究

丛野

中国民用航空中南地区空中交通管理局海南分局  571126

摘要：本文结合民航相关行业标准和实际选址建设案例，在民航甚高频台站选址建设项目的决策阶段和设计阶段进行分析，提出了甚高频台站选址建设过程中需要关注的问题和技术分析的手段，为后续民航甚高频台站提供选址建设经验。

关键词：甚高频台站选址；信号覆盖分析

一、概述
        民航甚高频地空通信是空中交通管制员和航空器机组语音通信实现管制指挥的主要方式。在满足管制部门甚高频地空通信覆盖需求前提下，民航甚高频台站选址建设是一个综合的项目管理过程，选址建设甚高频台站需要管制服务通信配置、甚高频地空通信技术特点等相关专业知识，对选址建设进行合理规划和科学论证显得十分重要。
二、民航甚高频台站选址建设分析
        甚高频台站建设单位或运行保障单位作为台站设置及运行的责任主体，负责台站的选址工作，组织编制选址报告，确保台站设置场地和电磁环境满足国家与民航行业标准和运行需要[1]。因此，我们在进行民航甚高频台站选址建设之前，需要根据相关规范要求进行技术分析，包括台站运行需求分析、台站覆盖分析、现场实地勘查及测量等相关内容。
1.甚高频台站建设需求分析和规模计算
（1）甚高频台站配置需求分析
        甚高频台站建设需求是根据管制单位地空语音通信设备配置要求和管制扇区覆盖需求确定的。管制单位分为区域管制配置、终端区域管制A级配置、终端区域管制B级配置、塔台管制A级配置、塔台管制B级配置和塔台管制C级配置，规定了甚高频地空通信系统等配置要求[2]。
        以区域管制设备配置为例，每个扇区应设置1个主频、1个备频和国际航空遇险和安全通信频率。其中主频和备频应达到管制需求范围内双重覆盖，国际航空遇险和安全通信频率应达到管制需求范围内单重覆盖，应配置主备机。同时，上述管制频率应配置独立应急甚高频设备，可配置单机。
（2）建设规模计算
        因此，管制扇区范围内应至少有甚高频主用台、备用台和应急台。为节省甚高频无线电频率资源，一般备频采用多个扇区共用备频的方式。可以根据甚高频信道分布现状表进行统计，如表1所示。通过对甚高频台站运行需求的分析，我们可以在甚高频台站建设中确定信道数量，进一步确定台站甚高频设备及配套设备建设规模。

2. 甚高频台站通信覆盖分析
           甚高频台站通信理论覆盖分析可以在选址建设前确定台站预期提供甚高频语音地空通信的范围，是选址建设中重要的技术分析过程。一般甚高频选址过程会采用市场上成熟的信号覆盖分析软件进行覆盖分析，可以根据不同设备及天线性能得到直观的覆盖分析图。甚高频地空语音通信是通过视距直线传播的，覆盖分析范围即地面站点到空中机组在直线可视范围内，甚高频台站发射机通过发射功率、射频线缆传输衰减、发射天线增益和空间自由传播衰减后，到达机组接收机天线端能满足最小可接收信号值对应的距离[3]。
           如果不使用覆盖分析软件进行覆盖分析，可以尝试以下的覆盖分析方法。由于甚高频地空通信是视距直线传播的，在甚高频设备可以覆盖的实际最远距离范围内，台站至覆盖范围内的地形地物遮挡和航空器的飞行高度（覆盖分析高度），将直接影响甚高频地空通信的覆盖范围。甚高频覆盖分析可以参考空管二次监视雷达站，对所在管制空域包括航路航线、主要空中定位点等探测和覆盖分析[4]。因此，覆盖范围可以通过计算甚高频天线遮蔽角、空中定位点仰角和视线距离实现。天线遮蔽角公式如下：

其中为天线遮蔽角，单位为分（′）；为地图测量计算遮蔽角，单位为分（′）为台站至地形地物的距离。空中定位点仰角公式如下：

 其中为空中定位点的仰角，单位为度（°）；为空中定位点距地面的高度，单位为米（m）；为天线高度，单位为米（m）。
        假设扇区覆盖分析的高度为6000m，甚高频通信预期在无遮挡情况下作用距离达到280km。，如图1所示，通过Google Earth软件可以对台站周边作用范围内的地形地物高度进行逐个角度进行测量，根据雷达场地规范可考虑每隔2°~5°测一点，计算得到对应方位下的天线遮蔽角。同时可以在距离280km处高度6000m计算得到空中定位点的仰角。

图一 GoogleEarth地形高度示意图

  当空中定位点仰角大于天线遮蔽角时，可以认为该方向上作用距离达到预期的280km；当空中定位点仰角小于天线遮蔽角时，则信号受到地形地物的遮挡，对作用距离进行视线覆盖计算。
        视线距离计算公式如下：

通过将数学计算模型、覆盖分析高度、甚高频预计作用距离和遮蔽角最大的地形地物高度距离，按方位测量的结果输入到Excel软件中进行计算，可以得到如图二所示覆盖分析图。

图二 覆盖分析图

3.甚高频台站建设内容和要求
        甚高频台站建设除了主设备之外，还包括设备供配电、传输、防雷等工程。如果拟在现有建筑物等场地建设，可以进行选址现场覆盖测试、电磁环境测试[5]和现场勘察，根据相关规范要求分析选址建设条件，在后续管制部门使用和设备部门运行中得到更好建设效果。

        （1）供配电和传输设备
        根据指导材料建设在管制中心/航管楼/塔台和雷达站/甚高频台按要求进行供电配置分析[6]，其中关于甚高频台站供配电配置包括以下值得关注的几点要求：1）直流供电系统宜接入市电路由；2）VHF设备及其配套传输设备直流供电系统配置的蓄电池组容量应确保设备正常工作模式下运行至少4小时；3）VHF设备及其配套传输设备应配置直流供电。这三点内容对设备直流配套电池容量和传输设备交直流能力提出了要求。如甚高频台站采用运营商线路传输，并使用VOIP等甚高频通信新技术，那么配套的运营商设备和网络传输交换机设备应具备交直流供电能力，在考虑传输设备的功率后可采用-48V直流逆变器供电的方式。
        （2）防雷和天线架设
        根据防雷技术规范[7]，甚高频台选址建设的防雷要求包括不限于以下几点：1）直击雷防护；2）天馈系统的电涌保护；3）屏蔽与等电位连接。如在航管楼的空管站点进行甚高频选址建设时，供配电传输接地等系统已满足防雷技术规范要求，那么甚高频天线架设需在直击雷防护区范围内，其天馈线系统应按要求在室外进行屏蔽，进入机房时应安装SPD，同轴电缆金属外护层两端就近接地。根据天线增益特性和实际运行经验，甚高频收发天线采用垂直间隔架设比水平间隔架设可以获得更好的天线隔离度。
三、总结
        本文梳理了相关行业规范要求，对民航甚高频台站选址建设的技术特点进行分析，根据实际建设案例提出了技术分析手段，整理了部分需要关注的技术要求，在甚高频台站选址建设决策阶段和设计阶段提供了参考价值。由于甚高频台站建设还涉及到施工阶段如土建施工、工艺安装调试和设备运行等阶段，本文仍存在内容上的不足，需对后续内容进行整理和研究。