电气化铁路影响下二次雷达的电磁环境评估分析

电气化铁路影响下二次雷达的电磁环境评估分析
韩丹;蒋豪
【摘要】为探究电气化铁路对二次雷达的电磁环境影响程度.分析了二次雷达的电磁环境要求;对动车的锚段关节、牵变所、分区所等典型位置,利用电磁干扰接收机进行点频测试,得到了其在二次雷达下行工作频率下的电磁辐射特性;应用电磁传播理论,以电气化铁路垂直穿越航空器下滑道为例,理论分析了典型位置电磁辐射对二次雷达的影响.根据GB 6364航向信标防护率要求,结合典型位置实测数据,进行了电磁兼容预测.结果表明:当电气化铁路满足二次雷达场地保护要求时,电气化铁路不会影响二次雷达的正常工作.研究结果能给电气化铁路和民用航空机场区域的电磁兼容问题提供建议和数据支撑.
【期刊名称】《价值工程》
【年(卷),期】2019(038)012
【总页数】3页(P152-154)
【关键词】二次雷达;电气化铁路;辐射特性;电磁环境
【作者】韩丹;蒋豪
【作者单位】中国民用航空飞行学院航空工程学院,广汉618307;中国民用航空飞行学院教务处,广汉618307
【正文语种】中文
【中图分类】V241.62;V242
0 引言
近年来，民航运输快速发展，多地通过新建机场及扩建机场等方式促进运输能力和效率的提升；此外，随着交通网的逐渐完善，越来越多的电气化铁路进入机场，机场由过去的单一式逐渐转变为大型的综合运输枢纽，乘客可在机场区域换乘铁路[1]，像虹桥机场、双流机场等。

电气化铁路上的电子电气设备重多，在交流传动电力机车上装有大功率的牵引变流装置，促使电压和电流的变化率较大，势必会产生谐波。

在电气化铁路和机场并存的环境中，极有可能对飞机的导航设备的正常工作产生影响，影响飞行安全。

当下，机场的运行离不开二次雷达的保障。

因此，评估电气化铁路影响下二次雷达的电磁环境，以进一步保障雷达的正常运行，保障飞行安全显得尤为重要。

1 电气化铁路
电力牵引供电系统为电气化铁路提供动能。

牵引供电系统由牵引变电所和接触网两部分组成。

牵引变电所对高压交流电进行降压传输至铁路轨道上空的接触网上，接触网在钢轨上呈“之”字型假设，供受电弓取流。

目前主要有两种供电技术，分别是BT供电模式的供变电技术和SF6自耦变电器[2]。

被广泛采用的是第二种供电方式，又称为AT供电方式。

AT供电方式下对外发射的主要干扰源有高压运输线、锚段关节、牵变所、AT所[3]。

2 二次雷达电磁防护要求
二次雷达是高精度的近程脉冲（时间）测距/测向系统，作为作终端区和高密度陆
地空域的监视使用。

其工作在L波段，上行工作频率1030MHz，下行工作频率1090MHz，分为地面雷达设备和航空器应答机两部分，雷达和航空器通过问答方式获取航空器呼号、二次代码、距离、方位角和高度信息，二次雷达干扰分析只考虑下行工作频率。

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》[4]中对雷达台站（近/远程一次监视雷达、二次监视雷达）与干扰源和障碍物的防护间距作出了要求，详见表1。

即二次雷达与电气化铁路的平面防护间距应不小于700m。

表1 雷达台站对干扰源和障碍物的防护间距干扰源和障碍物平面防护间距高压架空输电线路500kV 220kV~330kV 110kV不小于1.0km不小于0.8km不小于0.7km高压变电站不小于1.2km不小于0.8km不小于0.7km电气化铁路非电气化铁路500kV 220kV~330kV 110kV不小于0.7km不小于0.5km公路高频热合机高频炉工业电焊超高频理疗机农用电力设备高速、一级、二级P不大于100kW P不大于10kW P不大于1kW P不大于1kW不小于0.7km不小于1.2km不小于0.5km不小于0.5km不小于1.0km不小于0.5km气象雷达站广播电台机库等大型金属构建物金属围栏、构建物、高塔、航站楼有无线电辐射的工业设施不小于0.93km不小于0.80km不小于1.61km不小于0.46km，宜大于1.61km不小于0.80km
除此以外，还需分析电气化铁路给二次雷达的带来的电磁干扰问题。

目前，尚未有专门适用于民航雷达的电磁环境防护要求，因此以GB13618-92《对空情报雷达电磁环境防护要求》[5][6]作为正确处理电气化铁路与空管二次雷达站之间电磁兼容问题的技术标准。

为保证二次雷达能接收航空器应答机反馈的应答信号，那么电气化铁路对下行频率1090MHz的干扰场强衰减到空管二次雷达接收天线处时，应小于二次雷达的最大容许干扰场强。

GB13618-92中规定雷达接收机输入端最大容许电压为：
式中，C相当于白噪声最大容许干扰电压的增量系数，对于电气化铁路C取3；Unf即等效到接收机输入端的系统噪声电压有效值（μV），对300~3000MHz的
雷达接收机时取0.85μV；Ujfmax为接收机输入端最大容许干扰电压有效值（μV）那么可以得到Ujfmax为1.632μV。

MH/T4003-2014附录B2.2中规定，空管雷达对高压架空输电线路、变电站、铁路、汽车公路及工学医射频等最大允许干扰场强为：
式中，Ejpmax表示最大允许干扰场强（dBμV/m）；Uifmax表示最大允许干扰
电压有效值（dBμV）；f为信号频率（MHz）；G表示雷达天线增益（dB），Z
为雷达接收机输入阻抗（Ω）；ΔEgp即准峰值场强Ejq与峰值场强Ejp分贝数之
差（dB）；L为雷达天馈系统损耗（dB）。

图1 电气化铁路与二次雷达相对位置关系
要使电气化铁路不会影响到二次雷达的正常工作，则须电气化铁路发射的无线电脉冲辐射到二次雷达接收站位置时的干扰场强满足公式（2）即可，也就是：
其中，Es即电气化铁路产生的干扰信号辐射至二次雷达接收站处的干扰场强。

3 算例分析与仿真
本文采用国内某机场拟建电气化铁路实例，对电气化铁路对二次雷达的电磁环境影响进行分析。

如图1所示，电气化铁路垂直于跑道延长线，交点记为A，电气化
铁路A点距二次雷达的直线距离为4276m。

3.1 计算分析
结合表1，将电气化铁路作为干扰源，电气化铁路与二次雷达的直线距离为
4276m，大于700m的防护要求，可以得到电气化铁路满足二次雷达的场地保护
要求。

为保障二次雷达正常工作，分析电气化铁路对雷达电磁环境的影响。

根据式（2），二次雷达下行接收频率f为1090MHz，雷达天线增益G，雷达接
收输入阻抗Z为50Ω，雷达天馈系统损耗L为4dB；参考国家标准GB13618-92，电气化铁路的准峰值场强与峰值场强分贝数之差ΔEgp为-13dB；可以得到二次雷达最大允许干扰场强Ejpmax为25.15dBμV/m。

那么，对于公式（3）有 Es＜25.15，即电气化铁路产生的干扰信号辐射至二次雷
达处的干扰场强Es小于25.25dBμV/m，这种情况下电气化铁路对二次雷达的正
常工作不会造成影响。

为详细分析Es大小，选取锚段关节、牵变所、AT所等典型位置，采用R&S公司的ESCI接收机，在距干扰源30m处，采用峰值[7]检波方式，分列车牵引和制动
两种情况对电气化铁路产生的干扰信号进行分析。

测试所得数据见表2。

表2 典型位置测试值测试位置测试位置距干扰源距离/m列车状态制动/dBμV/m 牵引/dBμV/m锚段关节牵变所分区所30 22.5 15 50.5 50.5 58.3 50.8 50.8 58.3 自由空间传播的信号场强计算公式：
其中，Es为信号场强（dBμV/m），P代表有效发射功率（W），d是干扰源距雷达的距离（km）。

利用公式（4），结合表2，可以计算得到列车不同状态下各干扰源产生的干扰信
号在二次雷达处的场强大小，见表3中第二列；结合公式（3），判断各干扰源是否对二次雷达的下行信号产生影响（表3中第四列）。

表3 不同典型位置下列车牵引和制动时产生的1090MHz干扰场强测试位置列车
状态二次雷达最大允许干扰场强/dBμV/m公式（3）是否成立制动/dBμV/m 牵
引/dBμV/m锚段关节牵变所分区所7.5 5 9.3 7.8 5.3 9.3 25.15是是是
3.2 仿真分析
上述算例基于干扰源与二次雷达之间距离为定值进行了计算。

那么，当二者间距发生变化时，干扰源产生的干扰场强对二次雷达下行信号的影响也会随之变化。

将干扰源距二次雷达距离用H表示，干扰源在雷达位置处的干扰场强为E。

那么
对于公式（4），当发射功率相同时，可以得到：
参照表2数据，利用对不同干扰源的测试数据，分别得到列车制动和牵引两种不
同的状态下，各典型位置干扰源距二次雷达距离H和干扰源在雷达位置处的干扰
场强E之间的关系。

图2为干扰源为锚段关节（或牵变所）列车制动下H和E的
关系；图3为干扰源为分区所时列车牵引下H和E的关系。

结合表4中的测试数据，对照图2、3的曲线可以看出：结合目前的场地规范要求，当电气化铁路满足二次雷达场地保护要求时，可以忽略电气化铁路对二次雷达正常工作造成的干扰影响。

图2 列车制动时H和E的关系
图3 列车牵引时H和E的关系
4 总结
随着机场不断地朝大型机场综合运输枢纽转变，越来越多的电气化铁路进入机场区域范围，势必会造成机场区域范围频谱增多，对飞机的起飞和着陆的安全性产生影响。

论文主要对电气化铁路对二次雷达的下行工作影响程度进行了分析，以期为电气化铁路能够顺利引入机场区域作参考和支撑。

参考文献：
【相关文献】
[1]刘志勇，刘引川，朱峰，等.弓网离线电弧对机场ADS-B地面站系统电磁骚扰测试与分析[J].北京：电子测量与仪器学报，2018，32（02）：56-61.
[2]任崇巍，谭韧斯.探究电气化铁道供电系统新技术的发展[J].电气时代，2019（01）：82-83.
[3]邹杰.浅谈电气化铁路对仪表着陆系统的干扰影响[J].太原：科技与创新，2017（21）：26-27.
[4]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].
[5]GB13618-92，对空情报雷达电磁环境防护要求[S].
[6]韩丹，蒋豪，杨晓嘉.民航雷达电磁环境评估方法[J].电讯技术，2016，56（05）：585-590.
[7]GB 24338-2-2011/IEC 62236-2：2003：轨道交通电磁兼容第2部分：整个轨道系统对外界的发射[S].。