测距系统（DME）的开场监测方法探索

薛 珂，叶淋美

（国家无线电监测中心福建监测站，厦门 361004）

电波卫士

测距系统（DME）的开场监测方法探索

薛 珂，叶淋美

（国家无线电监测中心福建监测站，厦门 361004）

目前，对测距仪（DME）设备的工作状态评估主要是通过设备的传导测试以及DME设备本身的自检来实现，尚缺乏运用监测手段进行开场监测和评估的有效方法。本文通过对DME地面台应答信号的频域参数进行开场监测，并对结果进行统计分析来实现对设备工作状态的监测评估，具有一定的现实意义。

测距系统；脉冲间隔；射频脉冲功率；频率容差

1 引言

测距系统（Distance Measuring Equipment，DME）是一种无线电测距导航系统[1]，是目前民用航空广泛运用的一种近程航空无线电导航系统，通过仪表显示为飞行员提供距离信息。当DME与VOR合装时，VOR提供的方位引导信息与DME提供的距离信息组合后，就能给飞机定位；当DME与ILS合装时，能给进近和着陆的飞机提供至测距仪或着陆点或跑道入口的连续距离。

国标GB/T 18902-2002《超高频测距仪性能要求和测试方法》[2]详细规定了测距仪的频率容差、脉冲波形、射频脉冲频谱、脉冲间隔等参数的指标要求、检测设备以及传导测试方法等，然而对于测距仪的开场监测方法尚未有明确标准进行规范，本文从无线电监测的工作角度，围绕该设备的辐射场参数，探索DME地面台应答信号的开场监测方法。

2 DME基本原理和典型参数

DME系统[3]由机载设备和地面设备组成。典型的机载设备由询问器、接收机、天线、距离显示器组成；典型的地面设备由安装在室内机柜中的应答器、监控器、控制器、电源和室外天线组成。

DME系统是询问—回答式的脉冲测距仪，通过测量无线电脉冲信号在空间的传播时间得到询问器和应答器之间的距离（单位为海里）。DME测距基本过程是机载询问器向地面台发出询问脉冲对信号，地面台收到有效询问信号后，由应答机发出应答脉冲对，机载接收机收到已发询问信号的应答后，计算从发出询问信号到接收应答信号的时间差，并把时间转换为距离。

2.1 波道和频率

DME共有252个测距波道，X波道和Y波道各126个，相邻波道询问频率相差1MHz，每个波道的询问和应答频率相差63MHz，系统的工作频率范围为962-1213MHz，但询问和应答频率是分开使用的。以X波道为例，从1#～126#波道，询问频率为1025-1150MHz，波道号每增加1号，频率增加1MHz。应答频率则分低端和高端，低端1#～63#的频率为962-1024MHz、高端64#～126#的频率为1151-1213MHz，如下图1所示。

2.2 脉冲对波形及频谱特点

DME设备的发射信号波形为伪高斯波形或称为钟形脉冲，呈现sinc函数特性，每次发射脉冲对信号的重复频率为700Hz-2700Hz，脉冲发射时间内具有占空特性。

DME脉冲上升时间≤3μs，脉冲宽度（半幅度点0.5A处）为3.5μs±0.5μs，脉冲下降时间≤3.5μs。构成脉冲对的两个脉冲的间隔为12μs（X模式）或30μs（Y模式）；脉冲间隔在脉冲前沿的半电压振幅点之间测量。以X模式为例，脉冲对宽度3.5μs，脉冲对里两个脉冲间隔为12μs，通过傅立叶变换，频域的主瓣宽度为1/12μs，约80kHz，整体带宽取决于3.5μs的三角脉冲2/3.5μs，约为500kHz，如图2所示。

图1 DME的波道和工作频率示意图

图2 DME脉冲对频谱图

2.3 识别信号

DME采用调制单音为1350Hz的国际莫尔斯电码发送识别信号[4]。脉冲对的重复频率为1350pp/s，至少每隔40s发一次，发射速率至少为每分钟6个字。每个识别码组总的发键时间最大不超过5s。点的持续时间为0.1s～0.16s，划的持续时间为点的持续时间的三倍。

2.4 覆盖区

DME的作用距离为视距传播，输出的是脉冲功率，目前常用的地面设备的脉冲输出功率有大于等于1000W(30dBW)和大于等于100W(20dBW)两种规格。任何一种输出功率的设备与VOR（甚高频全向信标）联合工作时，DME/N的覆盖区至少应与VOR相等。与ILS（仪表着陆系统）或MLS（微波着陆系统）联合工作时，DME/N的覆盖区至少应与ILS或MLS方位引导扇区的覆盖相等；DME/P的覆盖区至少应与MLS方位引导扇区的覆盖相等。

3 DME监测方法

3.1 监测设备及监测点的选择

监测设备由工作频段覆盖960MHz-1215MHz的天线，低噪声放大器（LNA），便携式接收机或频谱仪以及监测计算机组成，监测计算机控制接收机/频谱仪的参数设置以及监测数据的采集和存储，设备连接图如图3所示。

图3 监测设备连接框图

图4 监测点选择条件示意图

以DME地面台发射天线为圆心，符合视距传输的监测点为满足第一菲涅尔半径内无障碍物阻挡的距离D，如图4所示。将监测距离设置为50米、100米、300米、500米，依次选取符合条件的监测点。应答器的发射天线在俯仰角小于零度时，增益衰减较快，监测天线应至少与应答器的发射天线等高。

3.2 监测参数及指标[5]

结合《超高频测距仪性能要求和测试方法》和《航空无线电导航设备测试要求》对DME的测试参数描述，可以通过开场监测得到的DME工作参数指标要求如下：

（1）频率容差（频偏），应答器工作频率相对指配频率的偏差不应超过±0.002%。

（2）发射脉冲宽度应为3.5μs±0.5μs。

（3）发射脉冲对间隔应为12μs（X模式）或30μs（Y模式），脉冲间隔公差为±0.25μs（DME/ N），±0.1μs（DME/P）。

（4）射频脉冲功率，DME/N有效辐射功率的峰值应不小于为保证在最大服务区的边缘处（在距离上和高度上）达到大约-83dBW/m2的峰值脉冲功率密度所需的数值。DME/P等值各向同性辐射功率的峰值应不小于为保证所有的可运行的气象条件下达到下述的峰值脉冲功率密度的所需数值：在覆盖区内任一点，离开应答器天线13km以上的地方为-89dBW/m2；在覆盖区内任一点，离开应答器天线13km以内的地方为-75dBW/m2。

3.3 监测方法和步骤

（1）确定监测点位置D1,…,DN，依次记录每个监测点的经纬度Di。

（2）设备开机加电、自校，设置监测仪器的工作参数。

（3）在960MHz-1215MHz进行频段扫描，记录所有出现的信号，根据DME信号特征依次确定待测信号的中心频点f1,…,fN。

（4）依次监测待测信号参数。将接收机/频谱仪中心频点设为fi(i=1,…,N)，SPAN设置为DME信号带宽的2倍（约1MHz）。中频带宽设置为500kHz，检波方式为峰值检波，分别选择99%功率测量带宽和x-dB带宽计算信号占用带宽和主瓣宽度，每个频点采样1,000次，输出并存储该频点的峰值功率Pi、占用带宽Wi、主瓣宽度和频偏值∆fi，并保存频谱截图。

（5）依次对Di，i=1,…,N，重复上述步骤。

（6）对测得的数据进行正态性检验，计算每个参数的统计平均值。

3.4 数据处理

以频率容差为例，通过频段扫描，确定中心频点为995M的DME应答信号，通过监测计算机对接收机/频谱仪的工作参数进行设置并对监测数据进行采集和存储，为保留采集样本的随机性，需对采集并存储连续的样本值，如图5所示。

图5 数据采集存储软件

图6 采样点的频率容差分布

频偏数据可以直接用来求其统计平均值评估DME频率容差，如图6所示，此次采集的样本均值可以计算出频率容差为-0.0027%，其他监测数据（Pi,Wi,）均需经过处理来评估DME设备的工作状态。

根据脉冲对波形及频谱特点，发射脉冲宽度τi为占用带宽Wi的函数：τi=2/Wi；发射脉冲对间隔∆τi为主瓣宽度的函数：∆τi=1/。依次判断τi的统计平均值是否落在（3.5μs±0.5μs）区间内，∆τi的统计平均值是否落在{12（30μs）±0.25μs （DME/N）}或{12(30μs)±0.1μs(DME/P)}区间内，其中X模式取12μs，Y模式取30μs。

射频脉冲功率指标无法直接从地面开场监测数据获得，应经过近似估算。根据监测点符合视距传输的条件，应用自由空间损耗模型，将DME射频脉冲功率的路径损耗用Lp=32.5+20lgf(MHz)+20lgD(km)来计算，则覆盖区内任一点的峰值脉冲功率密度指标折算为监测点的峰值脉冲功率密度指标，间接评估DME射频脉冲功率是否符合要求。

4 结束语

目前，关于无线电台站在用发射设备的空间辐射场测试方法研究较少，且参考传导检测的参数指标对监测参数指标量化还需要严格的理论证明（如传播模型仿真）、暗室测试以及更多的辐射测试统计值。然而针对无线电台站的电磁波信号进行辐射场测试的结果，可以集中反映包括发射机在内的整个发射系统的性能，因此，基于无线电管理部门通用监测设备积极探索无线电台站的开场监测方法，对全面了解台站在用设备的实际性能情况是非常有利的。

[1] 国际民用航空公约．国际民航组织

[2] 冯忠和等．GB/T 18902-2002超高频测距仪性能要求和测试方法

[3] 民航常用无线电导航设备简介．空管行业管理办公室，AC-115-TM-2013-01

[4]航空无线电导航设备测试要求．中国民用航空局空管行业管理办公室，AC-115-TM-2013-03

[5]苏玲等．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

Monitoring Method of Distance Measuring Equipment

Xue Ke,Ye Linmei
（State Radio Monitoring Center Fujian Station,Xiamen,361004）

At present,the working state assessment of Distance Measuring Equipment (DME) is mainly via conduction testing and DME self-inspection,which is lack of effective open-field test and assessment method.In this paper,according to the frequency domain parameter identification of the DME response signal,we designed an open-field test methods based on radio monitoring equipment with statistics of typical parametersto evaluate the status of DME,as well as the specific details on test steps.

DME;pulse interval;RF pulse power;frequency tolerance

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.05.019

TN924 文献标示码：A

1672-7274（2016）05-0059-04

薛 珂，女，1988年生，硕士，现任国家无线电监测中心福建监测站助理工程师。

叶淋美，女，1989年生，硕士，现任国家无线电监测中心福建监测站助理工程师。