城际铁路对机场导航台站的电磁影响分析研究

摘 要：研究目的：随着城际铁路建设的蓬勃发展，城际铁路、地铁、航空港无障碍换乘成为一种趋势，然而电气化铁路对机场导航台站等电磁敏感设施的干扰影响日渐突出，成为铁路进入空港的重要制约因素，如何在铁路建设的前期做好电磁兼容分析预测，对线路方案设计具有指导意义。文章结合兰州至中川机场铁路工程建设中所遇到的实际问题，提出了电气化铁路与机场中波导航台、仪表着陆系统等的电磁兼容预测分析方法，从而为城际铁路选线的安全性、合理性、可行性提供技术依据。研究方法：根据理论建模，经过计算，分析预测电磁影响的情况，为设计方案选择提供依据。

关键词：城际铁路；导航台站；电磁影响

1 导航台站电磁环境评价标准及要求

新建兰州至中川机场铁路为电气化铁路，采用交流50Hz单相供电制式，供电电压为27.5kV，速度目标值分别为160km/h。铁路线路走向与兰州中川机场主跑道基本平行，间距约800m。机场导航设施包括短波收发信台、中波导航台（NDB）以及仪表着陆系统（ILS：地面航向信标台、下滑信标台、指点信标台，以及飞机上相应的接收机和显示设备组成）。

本次研究根据《航空无线电导航台站电磁环境要求》（GB6364-86）、《对空情报雷达站电磁环境防护要求》（GB13618-92）的相关标准，并参照MH/T4003-1996《航空无线电导航台和空中交通管制雷达站设置场地规范》中的有关规定，通过理论分析计算，确定满足电气化铁路与机场导航设施的电磁兼容最佳方案，避免铁路选线不能满足与机场无障碍衔接的需要或者对机场导航设施搬迁。

2 电磁环境影响评价

电气化铁路对仪表着陆系统电磁干扰可分为无源干扰和有源干扰。无源干扰是指电气化铁路的金属导体对仪表着陆系统发出的信号产生反射，有可能引起信号场畸变，导致航道偏移。有源干扰主要是指电力机车在行驶过程中由受电弓离线产生电火花而引起的脉冲无线电干扰。在飞机航行或着陆过程中，机载导航接收设备在接收导航台站发出的信号场强的同时，也会接收到同频率的环境电磁干扰场强，当信号场强与干扰场强的比值不能满足防护标准的要求时，就可能影响机载导航设备的正常工作。判断电气化铁路是否对仪表着陆系统产生无源或有源干扰，可依据国标GB6364-86《航空无线电导航台站电磁环境要求》4中航向信标台、下滑信标台、指点信标台场地保护要求进行。除了按标准指导材料理论计算外，还应作多种方案预测，确保在机场附近修建的铁路不会影响机场仪表着陆系统的正常工作。

兰州中川机场设施分布如图1所示，从北到南依次为北近/中指台、北航向台、北下滑台、DVOR/DME、南下滑台/测距仪台、南航向台、南近/中指台。

2.1 南近导航台/指点信标台及南航向信标台电磁影响分析

2.1.1 无源干扰分析。中波导航台对电气化铁路的允许安全距离是150m，现状距离为750m，不存在无源干扰。指点信标台保护区内没有超出以地网或天线阵最低单元为基准、垂直张角为20°的障碍物，不存在无源干扰。对于南航向台，由于跑道延长线与铁路走向基本呈平行关系，而且铁路未进入天线前向±10°范围内，因此南航向台也不存在无源干扰。下滑信标台距离为900m，远离保护A区，符合机场场地要求，铁路对下滑信标台不构成无源干扰。

2.1.2 有源干扰分析。第一，南近导航台在飞行区域的功率未知，其信号场强按规范要求最差的情况考虑即Es为42dB，根据原铁道部与空军联合试验组针对阳安线城固机场所做的试验，得出的无线电干扰特性公式，当 f<30MHz时距铁路10m处，电气化铁路干扰场强的频率特性为：

E10（dBμV/m）=53.24-14.81Lgf（MHz） （1）

由于阳安线当时的车速是80km/h，而本线最高时速为160km/h，速度增加了160km/h。根据相关试验实测得出数据，速度每增加10km/h电磁辐射增加0.4～0.6dB，我国的多次试验结果大约为0.5dB左右。因此，按速度每增加10km/h电磁辐射强度增加0.5dB计算，则对（1）式增加一个4dB的修正量，即频率特性为：

E10（dBμV/m）=53.24+4-14.81Lgf（MHz） （2）

参考欧洲标准EN50121-2《整个铁路系统对外界的电磁辐射》中提出的横向衰减计算方法，即：

EX（dBμV/m）=E10（dBμV/m）-20Lg[h（m）]，则

EX（dBμV/m）=57.24-14.81Lgf（MHz） -20Lg[h（m）]

取频率f=700kHz，d=750m时，EX=22.03dBμV/m。

信噪比：Es-EX=42-22.03=19.97dBμV/m，大于15dBμV/m的防护率要求。

第二，指点信标台覆盖区内最低信号场强Es为64dBμV/m，工作频率f=75MHz，f>30MHz，干扰场强的经验公式为：

E10（dBμV/m）=61.46-10.46Lgf（MHz） （3）

EX（dBμV/m）=61.46-10.46Lgf（MHz）+4-20Lg[h（m）] （4）

则，EX=7.8dBμV/m

信噪比：Es-EX=64-7.8=56.2dBμV/m，远远大于23dBμV/m的防护率要求。

第三，航向信标台覆盖区内最低信号场强Es为32dBμV/m，工作频率f=111.975MHz，d=800m，f>30MHz，根据公式（4）

EX=6.02dBμV/m

信噪比：Es-EX=32-6.02=25.98dBμV/m，大于20dBμV/m的防护率要求。

第四，下滑信标台覆盖区内最低信号场强Es为52dBμV/m，工作频率f=335.4MHz，，d=900m，f>30MHz，根据公式（4）

EX=-0.0038dBμV/m

信噪比：Es-EX=52-（-0.0038）=52.0038dBμV/m，远大于20dBμV/m的防护率要求。

由于北近导航台/指点信标台/北航向信标台及北下滑信标台距离铁路的距离相对于南侧分布的台站更远，因此铁路更不会对其产生电磁干扰影响。

2.2 DVOR/DME（全向信标台/测距台）台电磁影响分析

2.2.1 无源干扰分析。DVOR/DME（全向信标台）距离铁路1000m，无源干扰要求参考GB6364-86 5.7.4条：“360m以外架空金属线缆的高度不应超过以天线顶部为准C=0.5°垂直张角”；DVOR/DME所处位置标高1919m，天线高度5m，DVOR/DME天线顶部标高h=1924m。铁路线路所处位置标高1930m，兰州至中川机场铁路可行性研究本段线路采用特大桥方案与隧道方案比选，采用桥梁方案时，桥梁高度15m，接触网回流线距离轨面5.7m，因此接触网回流线的标高为H=1950.7m。根据GB6364-86 5.7.4条的要求，满足DVOR/DME无源干扰条件应符合以下公式：

h+tgC*d>H，1924+tg0.5°*1000=1932<1950.7，不满足GB6364-86 5.7.4的规定，线路采用桥梁方案时，铁路线路及接触网回流线DVOR/DME构成无源干扰。

2.2.2有源干扰分析。全向信标台覆盖区内最低信号场强Es为39dBμV/m，工作频率f=117.975MHz，f>30MHz，根据公式（4）EX=-3.99dBμV/m

信噪比：Es-EX=39-（-3.99）=42.99dBμV/m，远大于20dBμV/m的防护率要求。

测距台覆盖区内最低信号场强Es为63dBμV/m，工作频率f=1215MHz，f>30MHz，根据公式（4）EX=-6.8dBμV/m

信噪比：Es-EX=63-（-6.8）=69.8dBμV/m，远大于8dBμV/m的防护率要求。

3 结束语

综上所述，本段线路采用桥梁方案时，电气化铁路接触网回流线DVOR/DME构成无源干扰，不构成有源干扰，根据甘肃空管中心来函说明，本台站为不可迁建台站。

本线在初步设计阶段结合兰州中川机场扩建工程，以及地方政府空港与城际铁路无障碍换乘的需求，要求本线中川机场站站位尽量靠近航站楼，因此本线线位需整体向跑道方向平移200米，本线线路将距离航站楼150m，航站楼设置有甚高频地空通信系统、短波收发信台，按照MH/T4001.1-2006《甚高频地空通信地面系统第1部分：话音通信系统技术规范》8.2.2条“对电气化铁路的防护距离为300m”以及MH/T4002.1-1995《短波低空通信地面设备通用规范第1部分：波段单边设备技术要求》4.4.1设置短波收发信台电磁环境要求，按照1级台站0.5-5KW短波收发信台电磁防护要求2km的要求，均不满足规范防护要求。

综合考虑，兰州至中川机场铁路在进入机场前采用隧道方案均能满足上述要求。

随着我国铁路客运专线和城际铁路的建设，解决好电磁兼容问题将直接影响整个工程设计方案，因此根据实际情况对电磁兼容预测分析是十分重要的。本次研究的实测数据和测试方法，对同类项目的设计和实施，具有参考和借鉴意义。

参考文献

[1]GB6364-86.航空无线电导航台站电磁环境要求[S].

[2]GB13618-92.对空情报雷达站电磁环境防护要求[S].

[3]MH/T4003-1996.航空无线电导航台和空中交通管制雷达站设置场地规范[S].

[4]MH/T4001.1-2006.甚高频地空通信地面系统第1部分：话音通信系统技术规范[S].

[5]MH/T4002.1-1995.短波低空通信地面设备通用规范第1部分：波段单边设备技术要求[S].