民航空管雷达站电磁环境影响分析

张 磊 陈 茜 李少婷 赵文德

(1.中日友好环境保护中心，北京 100029;2.北九州市立大学，北九州 808－0135;3.湖北省辐射环境管理站，武汉 430070)

1 引 言

空管雷达对保证民航飞机安全飞行、航班正常、提高空中交通管制效率具有重要的作用，但民航空管雷达站的建设会增加环境中的电磁辐射水平，文章通过监测、预测，分析了建设雷达站对周围电磁环境的影响。

2 雷达的概念

雷达的英文名为Radar(Radio Detection and Ranging)，其含义是指用无线电波方法对目标进行探测和测距，它是能发送和接收高频信号的电磁系统。

2.1 空管雷达分类

一次监视雷达(primary surveillance radar，PSR)，简称一次雷达。通过自主发射电磁波并在接收端检测到目标对电磁波的反射回波而获得目标位置的电子系统。一次雷达不需要被监视者协同工作，是独立监视的一种。一次雷达(PSR)对目标的基本测量参数是目标距雷达的距离和目标方位角，有些雷达还可以测定运动目标的相对速度。主要由发射机、接收机、天线、信号处理机和雷达显示终端等部分组成。

二次监视雷达(secondary surveillance radar，SSR)，简称二次雷达。利用约定的询问应答模式获得合作目标的识别信息、位置和高度的电子系统。二次雷达需要被监视者协同工作，是协同监视的一种。二次雷达(SSR)由地面询问机和机载应答机组成。

2.2 工作原理

雷达发射机向空间发射电磁波，电磁波遇到空中目标的反射后，一小部分能量被反射回接收机，地面雷达站接收到从目标反射回来的回波信号，如果它超过一定的门限电压值，那就称为探测到了或是发现了目标，根据往返时间可以算出目标的斜距;同时天线发射的扇形窄波束是和天线旋转扫描同步的，因而在平面显示器上就可以显示出目标的距离和方位。这样一次发射即可得出目标的距离和方位。雷达的基本任务是发现目标的存在以及测量目标的参数。

2.3 技术特点

(1)一次监视雷达

一次监视雷达(PSR)，作为航管系统的探测器之一，与二次监视雷达(SSR)相配合，可为航管系统提供飞机的距离、方位、识别和高度等重要数据。除此之外，PSR 还可为航管系统提供天气情报，以及对应答器失效或未装备应答器的小型飞机和私人飞机可以提供方位和距离等信息。因此，航管一次雷达仍然是当前的航管系统中的一个重要组成部分。

空中交通管制系统中使用的一次雷达按管制区的使用来划分，一般可分为:航路监视雷达(ARSR);机场监视雷达(ASR);精密进近雷达(PAR)。

一次雷达的优点是可在雷达荧光屏显示器上用光点提供飞机的方位和距离，不管飞机上是否装有应答机，都能正确地显示，故仍为空中交通管制不可缺少的设备。其缺点是不能识别飞机的代号和高度，且反射回波较弱，易受固定目标的干扰。

(2)二次监视雷达

航空交通信标系统(ATCRBS)或二次监视雷达(SSR)，是现代空管系统中的重要组成部分。

二次雷达由于使用询问应答式的工作方式，相对一次雷达具有如下优点:机载应答机的回答频率和地面询问机的询问频率不同，且不靠接收反射的回波发现目标，避免了在一次雷达中常见的地物杂波和气象杂波的干扰;由于目标的定位是靠两次有源辐射，在同样的探测距离上二次雷达的发射功率比一次雷达低得多，即同样的发射功率，二次雷达辐射信号作用距离远;二次雷达的询问和应答信号都是经过编码处理的，由于有了机载异频收发机，可在雷达已有的功能中附加上一条数据链路，通过发射间距不同的脉冲对来传递信息，在测量飞行器高度和方位的同时，还可询问其航班号或海拔高度，也可利用编码信号交换丰富的信息。

目前二次雷达已成为空中交通管制中的主要探测器，因此在某些场站仅装备二次雷达。

2.4 技术参数

雷达是一种通过辐射无线电波检测是否存在目标的反射回波以及回波特性，从而获取目标信息的探测装置。天线作为空间能量转换器和空域信号处理器是雷达必不可少的最重要分系统之一，雷达发射机发出的脉冲信号经雷达天线转换、放大处理后向空间传播，在环境中形成辐射场。天线的有关参数见表1。

表1 雷达天线相关参数

调查分析有关雷达资料，空管一次雷达的发射频率2700MHz，脉冲峰值功率15kW;空管二次雷达的发射频率1030MHz，脉冲峰值功率1.41kW;航空气象雷达的发射频率5400 ±30MHz，脉冲峰值功率250kW。

3 评价方法

3.1 评价标准

根据GB8702－88《电磁辐射防护规定》第2.2.2款公众照射规定，在一天24h 内，环境电磁辐射场的场量参数在任意连续6min 内的平均值应满足以下限值要求:一次雷达、二次雷达频率范围属于30～3000MHz区间，功率密度为40μW/cm2;气象雷达频率范围属于3000～15000MHz 区间，功率密度为72μW/cm2。

环境管理限值执行HJ/T10.3－1996《辐射环境保护管理导则—电磁辐射环境影响评价方法与标准》第4.2 款规定，为使公众受到的总照射剂量小于GB8702－88 的规定值，对单个项目的影响必须限制在GB8702－88 限值的若干分之一。评价时环境管理限值选取功率密度限值的1/2，即一次雷达、二次雷达为20μW/cm2，气象雷达为36μW/cm2。

3.2 评价范围

依据HJ/T10.3－1996《辐射环境保护管理导则—电磁辐射环境影响评价方法和标准》3.1.2 规定，发射机功率P＞100kW 时，评价范围确定以天线为中心半径为1km 的范围;发射机功率P≤100kW 时，评价范围确定以天线为中心半径为0.5km 的范围。

空管一次雷达最大功率为15kW，二次雷达最大功率为1.41kW，因此评价范围确定以雷达天线为中心半径为0.5km 的范围，重点评价以雷达天线为中心半径为0.1km 的范围;气象雷达最大功率为250kW，因此评价范围确定以雷达天线为中心半径为1km 的范围，重点评价以雷达天线为中心半径为0.5km 的范围。

3.3 监测方法

西安咸阳国际机场内设置一、二次雷达站，版纳机场内设置气象雷达站，分别对以上台站进行电磁环境现状监测。

3.3.1 布点原则

(1)严格执行HJ/T10.2－1996《辐射环境保护管理导则－电磁辐射监测仪器和方法》和HJ/T10.3－1996《辐射环境保护管理导则－电磁辐射环境影响评价方法和标准》。

(2)客观反映雷达站电磁环境实际情况，对其周围环境保护目标、公众场所、以及典型辐射体进行布点监测，通常选择在距离台站较近的居民区、医院、学校等敏感区域。

(3)对敏感点进行监测时，应尽量避开其他电力设施、电话线、高层建筑物、树木、金属结构等可能影响监测数据的因素，尽量选择空旷的地方，使监测结果具有代表性。

3.3.2 测量方法

在雷达站正常工作时间内进行测量。每个测点连续测5 次，每次测量时间不小于15s，并读取稳定状态下的最大值。若测量读数起伏较大时，适当延长监测时间。

(1)一般环境测量:测量高度均为仪器探头距地面(或立足点)1.7m 处，探头(天线尖端)与操作人员之间距离不少于0.5m。

(2)典型辐射体监测:以辐射体为中心，按一定间隔角度选取多个方位为测量线，每条测量线上选取距场源分别30、50、100m 等不同距离定点测量。

3.3.3 监测仪器

监测仪器及参数详见表2。

3.4 预测方法

以二次雷达预测为例，其余参照。

(1)二次雷达远场轴向功率密度计算公式:

式中:P—雷达发射机平均功率;

G—天线增益(倍数)，G=10dBd=10(dBi－2.51)=305(根据表1，dBi=27);

r—测量位置与天线轴向距离，cm。

(2)雷达发射机平均功率的计算公式:

式中:κ—波形修正系数，假定雷达发射的脉冲是理想矩形波，则κ=1;

τ—脉冲宽度，τ=0.8 ×3=2.4μs;

f—脉冲重复频率(Hz)，150～450Hz，取f=450Hz;

p—脉冲峰值功率，10000W。

(3)复合场强

式中:E—复合场强;

E1、E2…En—单个频率的场强值。

(4)功率密度

式中:S—功率密度;

E—电场强度。

表2 监测仪器及参数

4 监测及预测结果

4.1 监测结果及分析

4.1.1 一、二次雷达站

西安机场一、二次雷达站周围环境保护目标电磁环境监测结果见表3。

西安机场一、二次雷达站作为典型辐射体，对其进行电磁辐射污染源监测，结果见表4。

4.1.2 气象雷达站

版纳机场气象雷达站周围环境保护目标电磁环境监测结果见表5。

版纳机场气象雷达站作为典型辐射体，对其进行电磁辐射污染源监测，结果见表6。

表3 西安机场电磁环境监测结果

表4 西安机场一、二次雷达站电磁辐射污染源监测结果

表5 版纳机场电磁环境监测结果

根据上述监测结果，总体上雷达站功率密度的大小随着距离的增大呈明显的下降趋势，符合电磁波的衰减规律;一、二次雷达站、气象雷达站所在区域电磁环境监测结果、电磁辐射污染源监测结果均符合HJ/T10.3－1996《辐射环境保护管理导则—电磁辐射环境影响评价方法与标准》中的公众照射评价标准值的要求。

表6 版纳机场气象雷达站电磁辐射污染源监测结果

4.2 预测计算结果

以二次雷达为例，参照预测方法，预测计算结果见表7。

表7 二次雷达发射天线轴向功率密度预测结果

由表7 可知，二次雷达任意连续6min 功率密度在天线主瓣方向＜25.5m 和＜36m 的区域分别超过公众限值40μW/cm2和单个项目电磁辐射影响限值20μW/cm2。

4.3 小结

根据各雷达站周围环境保护目标电磁环境现状监测结果、典型辐射体电磁辐射污染源监测结果、以及参数预测计算分析结果，评价范围内的电磁环境均符合GB8702－88《电磁辐射防护规定》公众导出限值和单个项目管理值的要求。

预测计算结果与各雷达站电磁辐射实测值对比分析发现，实测值相比预测值小很多，原因是电磁波在开放空间传播过程中，考虑雷达位置、地势、高差、障碍物等影响，实际存在诸多不可预见因素，因此，对雷达站运行是否安全可行，应以实测结论作为主要依据，模拟预测只是对实测值的补充说明。

5 污染防护措施

雷达管制是实施空中交通管制最有效关键的环节之一，雷达站是雷达管制的重要组成部分。为了保障民航运输业的高速发展，迫切需要加强雷达站的建设。文文介绍了雷达系统，通过电磁环境现状监测、参数预测，分析了建设雷达站对周围电磁环境的影响，并提出以下污染防治措施:

第一，民航空管雷达站的选址应符合航路、机场的发展规划，电磁环境良好且宜于控制，需避开城镇的发展区域，有利于自身工作性能的充分发挥，并减少对周围环境保护目标的影响。

第二，将电磁辐射环境管理纳入民航项目管理体系，配备专业管理人员，制定和实施电磁辐射环境管理监测制度及计划。

第三，按照国家电磁辐射防护有关规定，定期对设备进行检修，以确保各项技术指标符合要求。

［1］中华人民共和国国家标准．电磁辐射防护规定．GB8702－88．

［2］中华人民共和国环境行业标准．辐射环境保护管理导则电磁辐射环境影响评价方法与标准.HJ/T10.3－1996．

［3］张尉．二次雷达原理．国防工业出版社，北京，2009．

［4］庞西通．浅谈电磁辐射污染的环境监测与管理防护［J］．科学之友.2010(06)．

［5］高水生，蔡意，饶丹．成都区域管制中心电磁辐射环境影响分析与防护措施［J］．环境科学与管理，2010(10)．

［6］肖宇．我国民航雷达的变迁［J］．通信导航，2000(3)．