某气象雷达对高度表电磁干扰的预测和分析
0 引言
随着2008年奥运会的临近，作为奥运会期间有着重要气象观测和预报能力的某型地面气象雷达正在准备建设。机载无线电高度表能否可靠工作直接关系到飞机的飞行安全，任何可能危及飞行安全的干扰都是不可接受的。在这种情况下，如何评估气象雷达和机载无线电高度表的工作兼容性，作出正确决策成为迫切需要解决的问题。
众所周知，系统电磁兼容预测分析包括三要素，即干扰源、耦合途径和敏感器。在大多数电磁干扰问题中，主要是无线电发射机的辐射干扰，其干扰源为发射机，敏感器为接收机，耦合途径为电磁波的空间耦合。随着电磁环境的复杂性增加，接收机种类与型号繁多，信号调制和解调的多样性，使得判断接收机是否受到干扰以及干扰的程度就成为系统电磁兼容分析中比较困难的问题，这也是系统电磁兼容预测分析中最终要解决的问题。
1 设备和元件电磁兼容性指标的确立
每个具体的无线电电子设备都具有某些基本的性能指标Q，这种指标反映着这些设备完成自己的基本功能的程度。例如，对于数据传输的数字系统Q=Pc(正确传输概率)，对于无线电话通讯设备Q=语音清晰度，对于无线电高度表Q则为指示高度的误差。在没有电磁干扰时性能指标的数值取决于输入信号-噪声比Q=Q(S/N)。在有电磁干扰作用下，性能指标的数值可能改变。其变坏的程度取决于电磁干扰能量、频谱和统计特性，以及信号的处理方式、编码选择方法、保护感受器不受电磁干扰所采取的特别措施。
在有电磁干扰作用的情况下，确定无线电电子设备性能的问题，在于确定性能指标Q(S，I1，I2，…)的降低，并找出它们的容许电平(I1c，I2c，…)或者输入信号-千扰加噪声的比值(S/I+N)c，获得电磁干扰对感受器产生影响的标准值Q。如果：
在这种条件下电磁兼容性便得到保证。
2 无线电接收机的敏感度
无线电接收机在保证正常工作的情况下，能够容忍的最大干扰信号电平即为接收机的敏感度S。如果接收机端口的最大平均干扰功率大于该值，干扰就会产生影响，以致使设备的性能指标Q不能满足基本功能要求。
图1为接收机性能曲线图，其中最小可检测信号即为接收机在无干扰环境下的接收机灵敏度，而接收机灵敏度与系统的作用范围相关，在干扰环境下，接收机的性能指标会有所下降，其灵敏度允许下降的程度就是最小可接收信号，这对于任何干扰信号都是同样适用的，也体现了系统电磁兼容性与系统性能损失间的权衡和折衷。
由图1可知接收机敏感度曲线形状同接收机灵敏度、最小可接收信号曲线是一样的，只是差一个常数，如果敏感度曲线在接收机灵敏度曲线下方，这说明接收机对某种类型的干扰信号抑制能力较差，反之则有较强的抑制能力。
3 机载高度表敏感度的测量
3.1 测量方法
高度表属于探测系统见图2，其工作原理为测量元线电波从飞机发射到地面，再经地面反射回来，所需要的时间t。
t=2H/C (2)
式中：C为无线电波的传播速度;H为飞机的高度。
本次测量的高度表，作用距离为0～600 m，指示误差为-5%～+10%。
延迟线的作用是模拟飞机高度，本次实验中延迟线为100 m。即测量的是飞机距离地面100 m时高度表的敏感度。
信号源模拟地面气象雷达发射机带宽内的信号，发射信号为连续波脉冲调制，调节信号源的频率和电平，记录当高度表的指示刚刚达到误差范围极限时，信号源的输出功率见表1。
信号源到接收端口处的衰减值为电缆损耗与衰减器之和为6.5 dB。则高度表对该种气象雷达信号的敏感度曲线为图3
3.2 不确定度分析
高度表敏感度测试的不确定度由以下组成：
(1) 测试系统和连接误差：σE&L=1 dB
(2) 高度表抽样误差：σS=2 dB
则高度表敏感度的不确定度为：
由此可得，当飞机在100 m高度飞行时机载无线电高度表接收机最小敏感度为-28.5 dB·mW，不确定度为3 dB。
4 地面气象雷达信号对高度表干扰的分析
如图4所示，无线电高度表受干扰条件为：
式中：I(ρ，θ，φ)接收机端口处的干扰信号强度(dB·mW);S(ρ，θ，φ)高度表敏感度(-28.5 dB·mW);SqMq为安全裕量(dB)(根据国军标要求至少为6 dB);
ρ，θ极坐标系下参数：
式中：Pt=66.1 dBm·W地面气象雷达发射功率(dB);Lt=3 dB地面气象雷达发射馈线衰减(dB);Gt=29 dB地面气象雷达天线增益(dB);LGt(θ)天线在角度θ处相对于天线增益Gt的衰减值(dB)，由天线方向图确定;这里取最大值0dB;Ld=-27.56+201gf+201gd路径衰减(dB)，按视距传播计算，f=445MHz为地面气象雷达发射频率，d为地面气象雷达到高度表之间电磁波的传播距离，取d=100 m即飞机在地面雷达上空时的距离;Gr=4 dB高度表天线增益(dB);Lr=2 dB高度表接收馈线衰减(dB)。
通过计算可知式(4)成立，所以判定：根据国家军用标准规定的6 dB安全裕量要求，当飞机飞越地面气象雷达上空时，机载无线电高度表受到干扰的影响很大，有可能危及飞机的安全。
5 结束语
本文提出的机载无线电高度表敏感度测试方法经过专家组评估认为测试方法正确、合理可行，测试程序严谨，测试结果可信。该测试是国内首次不同电子系统间电磁兼容性测试。该项测试和分析是地面气象雷达建设的依据，对解决国内同类问题具有指导的意义。