电晕放电对机载无线电罗盘的干扰*

周铖路，翁木云

（空军工程大学信息与导航学院，西安 710077）

电晕放电对机载无线电罗盘的干扰*

周铖路，翁木云

（空军工程大学信息与导航学院，西安 710077）

特高压输电线路的电晕放电是机载无线电罗盘的主要干扰源之一。根据无线电罗盘的工作原理，在特高压输电线路电晕干扰条件下，通过理论推导得出了无线电罗盘测得的电台相对方位角偏差。针对无方向信标台不同频率、功率及罗盘与输电线路间不同的距离，对无线电罗盘受干扰影响产生的测角偏差进行了仿真分析。研究表明：电晕放电干扰下，机载无线电罗盘测得的电台相对方位角偏差随频率、功率、距离的增加而减小，变化趋势由陡峭逐步趋近平稳。

特高压输电线路，电晕，脉冲放电，无线电罗盘，干扰

0 引言

输电线路的电晕放电是无方向信标台的主要干扰源之一，在电力工程大力发展的今天，特高压输电［1-2］线路电晕放电将产生更大的电磁干扰，对无方向信标台的干扰不可忽视。无方向信标台被干扰最终表现为机载无线电罗盘［3］测量的电台相对方位角出现偏差等问题，因此，无方向信标台受到的干扰实质上是指机载无线电罗盘受到的干扰，电晕放电实质上也是无线电罗盘的主要干扰源之一。根据无线电罗盘工作原理，研究了特高压输电线路电晕放电对机载无线电罗盘的干扰影响。

1 电晕放电的干扰特性

电晕放电［4-6］是特高压输电线路产生无线电干扰的主要根源。输电线路工作时，导线(电极)附近存在电场，在空气中存在大量自由电子，由于宇宙射线和其他作用，这些电子在电场作用下会受到加速撞击气体原子。伴随着电离存在复合等过程，辐射出大量光子，在黑暗中可以看到在导线附近空间有蓝色的晕光，同时还伴有咝咝声，这就是电晕，这种特定形式的气体放电称为电晕放电。在工频电压的每半周内，电晕都要发生和熄灭一次，更会辐射出大量电磁波，形成电磁干扰，且交流线路的无线电干扰一般大于直流线路。

1.1 频谱特性

国际无线电干扰特别委员会(CISPR)将输电线路电晕无线电干扰的频谱特性归纳为

式中，ΔEf为相对于频率0.5MHz的干扰电平的修正量，dBμV/m；f代表频率。

1.2 横向衰减特性

当传播距离小于100m时，

当传播距离大于100m时，

式中，En为距边导线投影dn处的干扰场强，μV/m；dn为传播距离；E20为晴天0.5MHz电晕放电条件下，距离边导线地面投影20m处的干扰电平限值，58 dBμV/m；ΔEf为相对于频率 0.5MHz的干扰电平的修正量，dBμV/m.ΔNw为大雨条件下干扰电平的增量，20 dBμV/m。

2 罗盘接收信号传播特性

无线电罗盘接收信号来自无方向信标台，根据CECS 64:94，信号场强的计算公式为

式中，Es为信号场强，μV/m；P有效辐射功率，ds为距离导航台天线的距离。

3 干扰的理论研究

3.1 无线电罗盘工作原理

无线电罗盘，又称无线电测角器，接收来自无方向信标台的信号测出来波方向，以获得电台相对方位角，并通过表头指针予以指示。测角的基准方向通常取飞机纵轴首向，这是由其天线相对纵轴的安装位置和其他电参量约定所保证的。

无线电罗盘的原理图如图1所示。

假设放大器增益为1，无方向信标台辐射的信号（连续等幅波，不含台识别信息）以角度θc被天线接收，经过自动搜索机构、移相放大处理，在乘法器中与基准信号相乘，通过叠加器与来自无方向性天线的信号叠加生成测角信号的数学模型em（t），经后续处理电路处理，由表盘指针指示出测得的电台相对方位角，引导飞行员正确驾驶。

图1 无线电罗盘工作原理

3.2 电台相对方位角偏差

当存在输电线路电晕放电效应产生的无线电时，干扰信号通过环状天线进入无线电罗盘。一般任何的周期或非周期的信号可以分解成多个正弦波信号的叠加，电晕放电产生的无线电干扰属于脉冲干扰，直接分析较为困难，因此，将干扰信号分解成正弦波叠加的信号［7］，信号的数学模型用时谐场的表达形式可写为

假设干扰信号被天线接收并经自动搜索机构后不发生变化，经过移相放大（假设放大增益为1）及乘法器处理，与测角信号叠加，总信号的数学模型为

信号叠加后的处理电路进一步描述为图2所示［8］。

图2 后续处理电路

总信号经带通滤波器滤波后，分别进行两次混频和两次中放。认为在带通滤波器的作用下，干扰信号中与有用信号频率相同的成分顺利通过，其余频率分量被滤除。检波电路一般采用相干检波技术，分别检测出含有音频信号和方位信号的成分，设本振信号为U1sinωt，则本振信号与中放输出信号相乘后取低频分量为：

式中第1项为直流成分，可作为AGC控制电压；第2、3项通过方位处理电路，与基准信号相乘得

e'm4（t）即是最终提取的方位信号，其中第1项为有用信号作用下的方位信息，第2项为电晕无线电干扰下的附加项，令

θ'c是干扰条件下指针指示角度的偏差，即无线电罗盘测得的电台相对方位角偏差。

4 仿真分析

根据GB6364-2013，无方向信标台工作频率为0.15MHz~1.75MHz，最大覆盖距离150 km，假设飞机刚好位于输电线路正上方距离输电线路边导线投影 dn处，且ds=150 km：①取 P=600W、700W、800W，dn=400W、500W、600W、700W、800W，对应每一功率在不同距离条件下对测角偏差进行仿真；②取dn=400 W、500W、600W，P=600W、700W、800W、900W、1 000W，对应每一距离在不同功率条件下对测角偏差进行仿真。

根据仿真结果，在设备频率范围内，测角偏差总体上随频率的增加而减小，且随着频率的增大，不同距离或功率条件下测角偏差的相差值逐渐减小。这是由特高压输电线路电晕放电的无线电干扰频谱特性决定的，随着频率增大，干扰的修正量减小，导致干扰电平减小。在0.15MHz~0.6MHz范围内，测角偏差随频率上升迅速减小，变化趋势陡峭，0.6MHz~1.75MHz范围内，测角偏差变化趋于平稳，近似不变趋近于0o。图3、图4分别给出了上述两种条件下0.15MHz~0.6MHz范围内的仿真结果。

图3 固定功率下的测角偏差

根据图3的仿真结果，在功率一定时，机载无线电罗盘距离特高压输电线路的距离越近，干扰造成的测角偏差越大，最大电台相对方位角偏差随信号功率增加而下降，P=600W、700W、800W，最大测角偏差分别为 0.5o、0.42o、0.37o。

图4 固定距离下的测角偏差

根据图4的仿真结果，在机载无线电罗盘距离特高压输电线路的距离一定时，无方向信标台辐射功率越小，干扰造成的测角偏差越大，最大电台相对方位角偏差随机载无线电罗盘距离特高压输电线路的距离增加而下降，dn=400m、500m、600m，最大测角偏差分别为 0.5o、0.3o、0.2o。

5 结束语

通过理论分析研究了特高压输电线路电晕放电无线电干扰对机载无线电罗盘造成的测角偏差，并针对无方向信标台不同频率、功率及罗盘与输电线路间不同的距离，通过仿真分析了干扰条件下情况罗盘测得的电台相对方位角偏差变化的情况。电晕放电产生的无线电干扰进入无线电罗盘，会导致表盘指针指示角度不准确，测角偏差随频率、功率、距离的增加而减小，逐步趋近于0o。

［1］黄道春，阮江军，文武，等.特高压输电线路电磁环境研究［J］.电网技术，2007，31（1）：6-10.

［2］CentralResearch InstituteofElectric Power Industry.Summary Report on Previous Study Programs，Methods，Results and PracticalExperiencesofCRIEPIResearch on the Environment al Influence Related to UH V AC Transmission［R］.Tokyo，Japan：Central Research Institute of Electric Power Industry，2005.

［3］陈玉东，秦海潮.机载无线电罗盘垂直天线电参数及测量方法［J］.电讯技术，2008，48（1）：78-81.

［4］张小武，刘兴发，邬雄，等.特高压交流输电线路与航空中波导航台间防护距离计算［J］.高电压技术，2009，35（8）：1830-1835.

［5］刘兴发，干喆渊，张小武，等.交流特高压输电线路对航空无线电导航台站的有源干扰计算［J］.电网技术，2008，32（2）：6-12．

［6］刘兴发，张小武，张广洲，等.UHV输电线路对中波导航台无线电信号的干扰［J］.电网技术，2010，34（6）：27-30.

［7］李焕然.电气化铁道的无线电噪声对短波发信场的影响［D］.北京：北京交通大学，2006.

［8］赵兴运.机载无线电罗盘抑制电磁干扰研究［D］.西安：西安电子科技大学，2006.

Study on Interference in Airborne Radio Com pass Caused by Corona Discharge

ZHOUCheng-lu，WENGMu-yun
（School of Information and Navigation，Air Force Engineering University，Xi’an 710077，China）

Ultra High Voltage (UHV)transmission line corona is one of the main interference sources of airborne radio compass.According to the working principle of radio compass,the radio relative azimuth angle deviation measured by airborne radio is given theoretically.The angle deviation is simulated on the condition of different frequency,power of non-directional radio beacon and distance between radio compass and transmission line.The study shows that with the interference caused by corona discharge,the radio relative azimuth angle deviation measured by airborne radio changes steep leveled offwith the increase of frequency,power and distance.

UHV transmission line，corona，pulse discharge，radio compass，interference

TJ01

A

1002-0640（2015）11-0149-04

2014-09-05

2014-11-02

周铖路（1990- ），男，四川资阳人，硕士研究生。研究方向：电磁环境监测。