ADS-B设备的防雷技术分析

钟涛

中国民用航空湛江空中交通管理站   广东湛江  524000

摘要：广东地区的雷雨季节频繁，雷暴对设备的隐患突出，ADS-B设备天线长期裸露在高空，最优的防雷技术方案有助于提升设备运行的稳定性。本文介绍四川九洲公司生产的ADS-B地面站天线放大器出现较为常见的信号失效或者衰弱的问题，全向和定向天线放大器均有发现，通过对放大器内部元器件、地面站系统的防雷架构等深入分析，总结出一套普遍适用且有效的防雷措施。

关键词：ADS-B；防雷；分析讨论

广播式自动相关监视（ADS-B）是国际民航组织确定的未来主要监视技术，以机载导航设备及其他机载设备产生的信息为数据源，以地空/空空数据链为通信手段，通过对外自动广播自身的状态参数，实现地面对载机的实时监视；同时接收其他飞机的广播信息，实现本机对周边空域交通态势的感知。ADS-B提供了更加安全、高效的空中交通监视手段，能有效提高管制员和飞行员的运行态势感知能力，扩大监视覆盖范围，提高空中交通安全水平、空域容量与运行效率。

ADS-B地面站系统完成对航路、终端区或机场的空域监视，通过民航数据网向各级数据站、数据中心、管制中心、本地/远程监控维护终端或其他用户终端上报目标报告、设备状态和服务报告等；监控维护终端完成所有站点设备集中监视，实时获取并以网络及地图拓扑形式显示全网内站点状态，可在规定权限内对任意站点进行远程状态控制，而且能够进行录取、存储、回放及分析不同格式的数据。当前，ADS-B设备作为一种新型监视手段已经广泛应用在民航领域中，成为不可或缺的监视手段，但我们在防雷保障措施仍有一些不足之处，本文通过分析整个信号流程来探讨防雷原理以及提出防雷措施。

一、ADS-B设备因雷击发生故障的现象

在近期的数据显示，在南方地区的ADS-B地面站天线放大器出现较多失效的情况，最明显为某一通道的目标数量明显减少，甚至是全无输出，但是相邻通道的目标数量保持正常水平。

通过对返修件故障报告情况进行统计与分析，目前返修的天线都在沿海雷暴较多的地方，尤其集中于广东广州、珠海、湛江等地，部分地区发生多次故障；而且故障发生时间主要在5-10月的雷雨季节。

根据返修情况统计，放大器内部有源器件(低噪放ATF54143、稳压器MIC29302、恒流源BCV16等)损坏率高，甚至发生击穿现象；且故障基本发生在雷击后，因此该类故障应为雷击造成。由于天线及放大器基本都位于接闪器的直接保护范围内，故初步判定故障是由雷击产生的感应雷，使天线放大器承受的瞬间感应电流过大，导致放大器内部有源器件被烧毁所致。

二、天线放大器信号流程

ADS-B设备根据通道类型分为单通道和四通道，两种类型的信号传输路径都一致。当前，在每个天线和接收机端口之间均配备了天线放大器，详细连接图如图所示。

图1 天线放大器连接框图

从整个图1可以看出，ADS-B天线获取航空器广播的1090MHz的ADS-B信号，这里的信号质量较差。而ADS-B信号放大器置于天线后端，在补偿馈线损失的同时，降低整机的噪声系数，并且对天线输入信号进行滤波，提高整机的抗干扰能力和灵敏度，出来后的信号可以满足后端的接收机进行数据处理。

三、天线放大器原理

天线放大器由地面站接收机通过射频线缆提供+12V工作电压，+12V电压经过线性稳压器转换成+5V电压为低噪声放大器提供工作电源，天线接收到的1090MHZ的信号经过高通滤波器滤波处理再经过限幅芯片后进入低噪放芯片进行放大，放大后的信号进过滤波限制带宽后经隔离器进入接收机，天线放大器工作原理框图如下图所示。

图2天线放大器工作原理框图

四、天线放大器对系统性能的影响

天线放大器主要是为抵消线缆衰减对系统性能的影响。在没有配备天线放大器的情况下，线缆的衰减为直接全部反应到系统性能上，即线缆衰减=系统灵敏度度降低值；配置天线放大器后，系统性能与线缆损耗关系如下：

a)线损2dB，系统性能降低约0.2dB；

b)线损5dB，系统性能降低约0.3dB；

c)线损10dB，系统性能降低约0.7dB；

d)线损15dB，系统性能降低约1.2dB。

目前，我厂为用户提供全向9dB、4dB，定向12dB三种配置的天线。对于部署了9dB和12dB天线的设备，系统灵敏度有较大余量，在旁路天线放大器的条件下，也基本可以满足370km的监视要求；对于配备了4dB天线的设备，系统灵敏度余量较少，如果线缆长度过长或衰减较大，对系统性能有一定影响，仍然建议强制配备天线放大器。

五、处理措施和建议

方案一：增加避雷器

由以上分析可知，导致天线放大器故障的主要原因为雷击产生的感应雷，因此可在天线放大器两端增加避雷器（型号：KBT-T2000/1/4/NS，通流容量：20kA），可有效防止感应雷对天线放大器的损害。靠近天线端的防雷器室外安装，通过涂黄油等措施做好防水保护，以免防雷器二次损害。另外，防雷器的

接地跟铁塔接触要紧密，确保感应雷不影响设备，同时在接触端涂上黄油保护防锈。

方案二：取掉天线放大器

通过上述分析可知，天线放大器对系统性能是增强作用，当天线放大器故障时，为保障站点提供基本的监视能力，可直接旁路天线放大器，将线缆2直接连接到天线，或通过转接头将线缆2和线缆1直连，仍然能够提供基本的监视服务。此方案为应急调整，不作为首选方案，对于一些要求高覆盖距离远的民航领域，显然目标质量降低达不到监视的标准。

结语：

   综上所述，通过了解ADS-B设备防雷装置的故障现象，综合分析其中的原因与问题，才可以更好的监视技术应用，在后期的工作中将其发挥出最大的价值，当前，我们应当通过更多的手段去对ADS-B设备运行过程中的故障做以分析，经过一个科学系统的分析之后，才可以实现更科学的检测与维修维护。我国目前对于ADS-B设备防雷装置故障的检测方面，已经抓紧引入更多民航机构的经验，从而学以致用，结合自己的实际情况做出一套更加完整的故障检测修复体系。将科学作为永动力，不断通过严谨的分析与探索，才可以得到更先进的技术方法，实现监视行业稳步发展。

参考文献：

[1]