CN219512409U - 一种民航导航监视设备电磁环境监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种民航导航监视设备电磁环境监测装置，该装置包括主控主机、信号采集模块和对外通信接口。本实用新型能够实现导航监视设备信号的全面解调分析，实时了解信号解调参数的变化趋势。

Description

一种民航导航监视设备电磁环境监测装置

技术领域

本实用新型属于电磁环境监测技术领域，尤其涉及一种民航导航监视设备电磁环境监测装置。

背景技术

民航导航监视设备是引导民用航空器起飞、进近和着陆的关键设备之一，导航监视设备无线电信号的准确性与航空器的飞行安全密切相关，因此，必须确保导航监视设备电磁环境的安全性。随着无线电新技术的广泛应用以及民航行业的快速发展，机场及机场周边的无线电设备数量显著增加，导致机场电磁环境日益复杂，民航无线电干扰事件数量迅速增长，特别是在干扰源影响导航监视设备正常工作后才进行干扰查找，缺乏干扰预警，严重影响飞行安全。

现有的导航监视设备无线电监测存在以下不足：监测内容集中于频率、强度和带宽等常规参数，信号解调参数不够全面；在进行长时无线电监测时，不能在线反映信号参数的变化情况，特别是在受到干扰时不能定量分析与评估干扰信号对设备的影响程度，对干扰的预判能力有待提高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种民航导航监视设备电磁环境监测装置,该装置采集的信号解调数据全面，适用于民航导航监视设备无线电干扰监测应用场景，能够为干扰预判提供足够的支持。

本实用新型目的通过下述技术方案来实现：

一种民航导航监视设备电磁环境监测装置，所述装置包括：

主控主机，所述主控主机通过无线电接收设备接收数字中频信号并对数字中频信号进行处理；

信号采集模块，所述信号采集模块包括导航信号采集设备、雷达信号采集设备和GNSS接收设备，所述导航信号采集设备、雷达信号采集设备采集到对应监测信号后经过所述无线电接收设备转换为数字中频信号后输出至所述主控主机，所述GNSS接收设备采集到GPS信号后输出至GNSS分析设备，所述GNSS分析设备对所述GNSS接收设备输入的信号进行分析处理输出参考信号给无线电接收设备以及输出GPS解调数据至所述主控主机；

对外通信接口，所述对外通信接口与所述主控主机连接，用于与外部设备进行通信。

进一步的，所述导航信号采集设备与无线电接收设备之间、所述雷达信号采集设备与无线电接收设备之间以及所述GNSS接收设备与所述GNSS分析设备之间均设有射频防雷器，所述主控主机和所述对外通信接口间设有通信接口防雷器。

进一步的，所述装置还包括装置电源，装置电源为所述无线电接收设备、所述GNSS分析设备和所述主控主机供电。

进一步的，所述装置电源还包括外部输入电源，外部输入电源为所述装置电源提供220V电压。

进一步的，所述外部输入电源和所述装置电源之间还设有电源防雷滤波保护器。

进一步的，所述导航信号采集设备包括导航信号采集天线，用于接收仪表着陆***、全向信标和测距仪的信号。

进一步的，所述导航信号采集天线工作频率范围为75MHz-1215MHz。

进一步的，所述雷达信号采集设备包括雷达信号采集天线，用于接收二次雷达信号。

进一步的，所述雷达信号采集天线工作频率范围为1029MHz-1093MHz。

进一步的，所述主控主机还包括显示设备、信息输入设备和存储设备，显示设备用于显示安装于所述主控主机的监测软件界面信息，信息输入设备用于在监测软件上输入监测设置信息，存储设备用于存储监测数据。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提供的民航导航监视设备电磁环境监测装置可以全面采集监控所需参数，实时在线掌握导航监视设备以及GPS信号解调参数的变化趋势，进而能够从频谱监测数据和解调参数数据两个方面对干扰信号对导航监视设备信号的影响程度进行定量化分析。

附图说明

图1是本实施例提供的民航导航监视设备电磁环境监测装置结构框图；

图2是本实施例监测软件结构框图；

图3是本实施例民航导航监视设备电磁环境监测装置的工作流程图；

图4是本实施例从频谱监测数据角度进行干扰预警的示意图；

图5是本实施例从导航监视信号解调数据角度进行干扰预警的示意图。

附图标记：1–导航信号采集天线、2-雷达信号采集天线、3-GNSS接收天线、4-第一射频防雷器、5-第二射频防雷器、6-第三射频防雷器、7-无线电接收机、8-GNSS分析模块、9-屏幕、10-键盘、11-鼠标、12-主机、13-装置电源、14-通信接口防雷器、15-电源防雷滤波保护器、16-对外通信接口、17-外部输入电源、18-监测软件、19-频谱监测模块、20-导航信号解调与评估模块、21-监视信号解调与评估模块、22-数据记录模块、23-数据回放模块。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

现有的导航监视设备无线电监测存在以下不足：监测内容集中于频率、强度和带宽等常规参数，信号解调参数不够全面；在进行长时无线电监测时，不能在线反映信号参数的变化情况，特别是在受到干扰时不能定量分析与评估干扰信号对设备的影响程度，对干扰的预判能力有待提高。

为了解决上述技术问题了，提出了本实用新型一种民航导航监视设备电磁环境监测装置的下述各个实施例。

参照图1，如图1所示是本实施例提供的一种民航导航监视设备电磁环境监测装置结构框图。该装置由导航信号采集天线1、雷达信号采集天线2、GNSS接收天线3、第一射频防雷器4、第二射频防雷器5、第三射频防雷器6、无线电接收机7、GNSS分析模块8、屏幕9、键盘10、鼠标11、主机12、装置电源13、通信接口防雷器14、电源防雷滤波保护器15、对外通信接口16和外部输入电源17组成。

具体地，导航信号采集天线1用于接收航向信标、指点信标、下滑信标、全向信标和测距仪的信号，频率范围为：75MHz-1215MHz。

雷达信号采集天线2用于接收二次雷达的信号，频率范围为：1029MHz- 1093MHz。

GNSS接收天线3用于接收GPS信号，频率范围为：L1C、L2C、L5频段。

第一射频防雷器4、第二射频防雷器5和第三射频防雷器6用于在雷电击中装置时对装置的电子设备进行有效保护，其频率范围覆盖上述导航监视设备和GPS信号的工作频段。

无线电接收机7用于对导航信号采集天线1、雷达信号采集天线2的输入信号进行处理，输出数字中频信号给主机12。

GNSS分析模块8用于对GNSS接收天线3输入的GPS信号进行处理，输出10 MHz频率信号给无线电接收机7，为无线电接收机7提供参考频率，确保无线电接收机7频率的准确性和稳定性；还输出经度、纬度、海拔、位置精度因子、可见卫星数量等信息给主机12。

屏幕9用于显示监测软件18界面信息，包括：监测设置参数、解调参数数据、中频频谱图和监测信道列表等。

键盘10、鼠标11用于在监测软件18上输入监测设置参数信息。

主机12用于运行监测软件18和存储监测数据。

装置电源13用于给无线电接收机7、GNSS分析模块8和主机12供电。

通信接口防雷器14用于主机12对外通信时对其进行防雷保护。

电源防雷滤波保护器15用于对装置进行防雷和电磁干扰保护。

对外通信接口16用于主机12对外进行通信和数据传输。

外部输入电源17用于给装置电源13提供220V外接电源。

导航信号采集天线1将接收到的航向信标、指点信标、下滑信标、全向信标和测距仪电波信号转换为电信号，并通过第一射频防雷器4输出给无线电接收机7；雷达信号采集天线2将接收到的二次雷达电波信号转换为电信号，并通过第二射频防雷器5输出给无线电接收机7；GNSS接收天线3将接收到的GPS电波信号转换为电信号，并通过第三射频防雷器6输出给GNSS分析模块8；无线电接收机7对电信号进行处理并输出数字中频信号给主机12；GNSS分析模块8对电信号进行处理并输出10 MHz频率参考信号给无线电接收机7和经度、纬度、海拔、位置精度因子、可见卫星数量和参与定位卫星数量等信息给主机12。主机12还与屏幕9、键盘10、鼠标11、装置电源13和通信接口防雷器14相连接。

本实施例在主机12中安装有监测软件18，主机12是监测软件18的运行平台。参照图2，如图2所示是本实施例监测软件结构框图，监测软件18包括频谱监测模块19、导航信号解调与评估模块20、监视信号解调与评估模块21、数据记录模块22和数据回放模块23。监测软件18用于对无线电接收机7输出的数字中频信号进行处理，获取频谱数据，解调导航监视信号，评估干扰信号对设备的影响，发出干扰预警。

通过监测软件18中频谱监测模块19、导航信号解调与评估模块20、监视信号解调与评估模块21对数字中频信号进行分析处理，获取频谱监测数据和信号解调数据，并评估干扰信号对导航监视设备的影响和采集干扰信号数据，数据记录模块22将上述数据记录与存储在主机12，可通过数据回放模块23对数据进行查询和回放。主机12可通过通信接口防雷器14与对外通信接口16连接，实现外进行通信和数据传输。装置电源13对无线电接收机7、GNSS分析模块8和主机12进行供电，并通过电源防雷滤波保护器15连接外部输入电源17。

具体地，频谱监测模块19用于带内导航监视设备信号监测，装置工作在频谱扫描模式下采集频谱数据，提取峰值幅度、峰值频率、中心频率和带宽等数据，并根据每次频谱数据获取的时间戳在后台进行记录和存储。

频谱监测模块19用于带内导航监视设备干扰信号发现，GPS 信号 L1C、L2C、L5频段内干扰信号发现，根据民航无线电台站数据库中的导航监视设备信号参数（频率范围、幅度门限、带宽范围等）的数据信息，进一步识别监测信号是合法信号还是干扰信号，如出现合法信号消失或者干扰信号截获时发出干扰预警，记录干扰信号的频谱数据。

导航信号解调与评估模块20用于航向信标、指点信标、下滑信标、全向信标和测距仪信号的解调，具体如下：

航向信标

①通过使用 IQ 数据分析 FFT 频谱、信号幅度、双频载波频率和识别信号时域参数等，解调参数包括：频率、频率误差、功率；90HzAM频率、频率误差、调制深度；150HzAM频率、频率误差、调制深度；90Hz和150Hz信号锁相相位差、调制度差、调制度和、和调制度等。

②指点信标

通过使用 IQ 数据分析 FFT 频谱、信号幅度、载波频率和调制频率、副载波调制时域参数等。解调参数包括：频率、频率误差、功率、400HzAM频率、频率误差、调制深度；1.3kHzAM频率、频率误差、调制深度；3kHzAM频率、频率误差、调制深度、中频频谱等。

③下滑信标

使用 IQ 数据分析 FFT 频谱、信号幅度、双频载波频率和调制频率等，解调参数包括：频率、频率误差、功率、中频频谱、90HzAM频率、频率误差、调制深度；150HzAM频率、频率误差、调制深度；90Hz和150Hz信号锁相相位差、调制度差、调制度和、和调制度等。

④全向信标

通过使用 IQ 数据分析 FFT 频谱、信号幅度、载波和识别信号时域参数等，解调参数包括：频率、频率误差、功率、30HzAM频率、频率误差、调制深度；30HzFM频率、频率误差、方位指示、方位指示稳定度、中频频谱等。

⑤测距仪

通过使用 IQ 数据分析载波频率、信号功率-时间谱（时域脉冲包络参数），解调参数包括：频率、频率误差、功率、脉冲上升沿时间、下降沿时间；脉冲对时间间隔、平均发射密度；识别脉冲对平均发射密度、识别码内容、“嘀”时长、“嗒”时长；识别码位间隔时长、识别码字间隔时长、识别码码间隔时长、中频频谱等。

导航信号解调与评估模块20用于对比分析航向信标、指点信标、下滑信标、全向信标和测距仪信号解调数据值与合格门限值，如出现解调数据最大值超限、解调数据波动范围超限时，发出干扰预警。

监视信号解调与评估模块21用于二次雷达的信号解调，使用 IQ 数据分析载波频率、信号功率-时间谱（时域脉冲包络参数），并进行模式识别。解调参数包括：询问/应答频率、询问/应答频率误差、功率、脉冲串内各脉冲的上升沿、下降沿、脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲幅度等。

监视信号解调与评估模块21用于对比分析二次雷达信号解调数据值与合格门限值，如解调数据最大值超限、解调数据波动范围超限时，发出干扰预警。

数据记录模块22用于记录和存储频谱监测数据、信号解调数据和干扰信号数据。

数据回放模块23用于调用与查询存储的历史数据。

参照图3，如图3所示是本实施例民航导航监视设备电磁环境监测装置的工作流程图。装置的整个工作流程具体如下：

首先在机场导航监视台站信号和GPS信号的覆盖范围内选取电磁环境的监测地点，架设民航导航监视设备电磁环境监测装置；随后监测装置进行开机完成自检和初始化，根据民航无线电台站数据库查询监测导航监视台站的相关信息，并在监测软件上设置中心频率、参考电平和分析带宽等参数；然后启动频谱监测模块，装置在频谱扫描模式下采集频谱数据（峰值幅度、峰值频率、中心频率等），根据每次频谱数据获取的时间戳在后台记录频谱监测数据；当在导航监视设备信号和GPS信号频段内出现合法信号消失或者干扰信号截获时发出干扰预警，并在扫频监测模式下采集干扰信号频谱数据，记录干扰信号频谱数据。切换启动导航/监视信号解调与评估模块，装置工作于 IQ 采集模式，使用 IQ 数据解调信号参数，并在后台记录解调数据；对比解调数据值与合格门限值，在解调数据最大值超限、解调数据波动范围超限时，发出干扰预警，在扫频监测模式下采集干扰信号频谱数据，记录干扰信号频谱数据。

参照图4，如图4所示是本实施例从频谱监测数据角度进行干扰预警的示意图。

具体地，干扰预警原理如下：通过使用能量检测方式发现捕获信号，提取信号幅度、频率和中心频率等参数信息，并与民航无线电台站数据库中的信息进行检索查询，识别信号为干扰信号和合法信号，如出现合法信号消失或者干扰信号截获时发出干扰预警。

参照图5，如图5所示是本实施例从导航监视信号解调数据角度进行干扰预警的示意图。

具体地，干扰预警原理如下：当导航监视设备受到电磁干扰时，导航监视设备信号的调制特性将会出现异常。从导航监视信号解调数据大小、数据波动范围两个维度出发，并使用对比分析法对解调数据进行分析。对比对象：导航监视信号的实时解调数据（频率误差、调制深度、调制度差和调制度和等）和以下标准MH/T 4006.1-1998《航空无线电导航设备第1部分：仪表着陆***(ILS)技术要求》、MH/T 4006.2-1998 《航空无线电导航设备第2部分：甚高频全向信标(VOR)技术要求》、MH/T 4006.3-1998《航空无线电导航设备第3部分：测距仪(DME)技术要求》、MH/T 4010-2006 《空中交通管理二次监视雷达设备技术规范》中的解调参数技术要求：解调参数数据的最大允许值和波动范围。

通过使用MAX（X₁...X_n）函数来提取解调参数数据的最大值X_MAX，其中（X₁...X_n）为一组解调数据值，然后通过If函数直接对比X_MAX和解调参数数据的最大允许值Y_MAX，当X_XMAX＞Y_MAX时发出干扰预警。

一组解调数据值（X₁...X_n）波动范围的计算过程如下：

其中，为一个数据/>的变化比例，/>为解调参数的标称值。

其中，为一组数据（X₁...X_n）的波动范围，然后通过If函数直接对比/>和解调参数数据的最大允许波动范围/>，当/>＞/>时发出干扰预警。

通过采用上述技术方案，可以实现导航监视设备和GPS信号的解调分析，实时在线掌握导航监视设备以及GPS信号解调参数的变化趋势，从频谱监测数据和解调参数数据两个方面可对干扰信号对导航监视设备信号的影响程度进行定量化分析。此外，该装置可以作为单站点监测装置，针对民航机场组建分布式的无线电监测***，实现民航机场无线电的网格化监测，提高民航无线电的精细化管理水平。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种民航导航监视设备电磁环境监测装置，其特征在于，所述装置包括：

主控主机，所述主控主机通过无线电接收设备接收数字中频信号并对数字中频信号进行处理；

信号采集模块，所述信号采集模块包括导航信号采集设备、雷达信号采集设备和GNSS接收设备，所述导航信号采集设备、雷达信号采集设备采集到对应监测信号后经过所述无线电接收设备转换为数字中频信号后输出至所述主控主机，所述GNSS接收设备采集到GPS信号后输出至GNSS分析设备，所述GNSS分析设备对所述GNSS接收设备输入的信号进行分析处理输出参考信号给无线电接收设备以及输出GPS解调数据至所述主控主机；

对外通信接口，所述对外通信接口与所述主控主机连接，用于与外部设备进行通信。

2.如权利要求1所述的民航导航监视设备电磁环境监测装置，其特征在于，所述导航信号采集设备与无线电接收设备之间、所述雷达信号采集设备与无线电接收设备之间以及所述GNSS接收设备与所述GNSS分析设备之间均设有射频防雷器，所述主控主机和所述对外通信接口间设有通信接口防雷器。

3.如权利要求1所述的民航导航监视设备电磁环境监测装置，其特征在于，所述装置还包括装置电源，装置电源为所述无线电接收设备、所述GNSS分析设备和所述主控主机供电。

4.如权利要求3所述的民航导航监视设备电磁环境监测装置，其特征在于，所述装置电源还包括外部输入电源，外部输入电源为所述装置电源提供220V电压。

5.如权利要求4所述的民航导航监视设备电磁环境监测装置，其特征在于，所述外部输入电源和所述装置电源之间还设有电源防雷滤波保护器。

6.如权利要求1所述的民航导航监视设备电磁环境监测装置，其特征在于，所述导航信号采集设备包括导航信号采集天线，用于接收仪表着陆***、全向信标和测距仪的信号。

7.如权利要求6所述的民航导航监视设备电磁环境监测装置，其特征在于，所述导航信号采集天线工作频率范围为75MHz-1215MHz。

8.如权利要求1所述的民航导航监视设备电磁环境监测装置，其特征在于，所述雷达信号采集设备包括雷达信号采集天线，用于接收二次雷达信号。

9.如权利要求8所述的民航导航监视设备电磁环境监测装置，其特征在于，所述雷达信号采集天线工作频率范围为1029MHz-1093MHz。

10.如权利要求1所述的民航导航监视设备电磁环境监测装置，其特征在于，所述主控主机还包括显示设备、信息输入设备和存储设备，显示设备用于显示安装于所述主控主机的监测软件界面信息，信息输入设备用于在监测软件上输入监测设置信息，存储设备用于存储监测数据。