船舶交通管理系統(tǒng)輻射環(huán)境影響分析范文

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摘要：根據(jù)船舶交通管理系統(tǒng)雷達(dá)的工作模式及技術(shù)參數(shù)，計(jì)算了雷達(dá)天線軸向電場強(qiáng)度及磁場強(qiáng)度瞬時峰值和平均場強(qiáng)的分布；分析了電磁輻射環(huán)境影響；根據(jù)國家有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，給出了船舶交通管理系統(tǒng)雷達(dá)天線的水平和垂直達(dá)標(biāo)距離；為雷達(dá)站選址與建設(shè)提供技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：船舶交通管理系統(tǒng)；雷達(dá)；電磁輻射；環(huán)境影響

船舶交通管理系統(tǒng)（VTS）在保障海域船舶航行安全和水域生態(tài)環(huán)境方面發(fā)揮了重要作用。VTS主要由雷達(dá)子系統(tǒng)、VHF通信子系統(tǒng)、信息傳輸子系統(tǒng)等組成。VTS雷達(dá)運(yùn)行期電磁輻射環(huán)境影響主要是雷達(dá)子系統(tǒng)和VHF通信子系統(tǒng)產(chǎn)生。VTS雷達(dá)工作頻率（9375MHz）處于超高頻范圍；VHF通信系統(tǒng)工作頻率（154．4～174MHz）處甚高頻范圍。VHF通信基站的等效輻射功率為60．7W，屬于豁免通信設(shè)備［1］。本文分析評價VTS雷達(dá)的電磁輻射環(huán)境影響。

1VTS雷達(dá)技術(shù)參數(shù)

表1、表2分別列出了VTS雷達(dá)系統(tǒng)雷達(dá)天線和收發(fā)機(jī)的技術(shù)參數(shù)。

2電磁環(huán)境評價標(biāo)準(zhǔn)

VTS雷達(dá)工作于超高頻波段，采用脈沖發(fā)射方式。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB8702———《電磁環(huán)境控制限值》［1］表1：“100kHz以上頻率，在遠(yuǎn)場區(qū)，可以只限制電場強(qiáng)度或磁場強(qiáng)度，或等效平面功率密度；在近場區(qū)，需同時限制電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度。對于脈沖電磁波，其功率密度的瞬時峰值不得超過限值的1000倍，或場強(qiáng)的瞬時峰值不得超過限值的32倍”。以及環(huán)境行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標(biāo)準(zhǔn)》［2］4．2節(jié)規(guī)定：為使公眾受到的總的照射劑量小于GB8702的規(guī)定值，對單個項(xiàng)目的影響必須限制在GB8702限值的若干分之一。在評價時，對于由國家環(huán)境保護(hù)部負(fù)責(zé)審的大型項(xiàng)目可取GB8702中場強(qiáng)限值的，或功率密度限值的1／2；其他項(xiàng)目則取場強(qiáng)限值的，功率密度限值的1／5作為評價標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)以上規(guī)定計(jì)算，得出VTS雷達(dá)電磁環(huán)境評價的標(biāo)準(zhǔn)列于表3。

3電磁輻射環(huán)境影響

3．1VTS雷達(dá)近場區(qū)、遠(yuǎn)場區(qū)區(qū)域劃分

VTS雷達(dá)天線電磁輻射區(qū)分為近場區(qū)和遠(yuǎn)場區(qū)。近場區(qū)電場和磁場沒有固定關(guān)系，遠(yuǎn)場區(qū)則隨著距離呈規(guī)律性變化。根據(jù)天線波束形成理論中遠(yuǎn)近場的分界計(jì)算公式［3］：式中，r為遠(yuǎn)近場分界距離，m；D為天線為最大口徑，m；λ為輻射源工作波長，m。將VTS雷達(dá)相關(guān)參數(shù)代入式（1），得VTS雷達(dá)天線電磁輻射區(qū)近場區(qū)、遠(yuǎn)場區(qū)分界計(jì)算結(jié)果列于表4。輻射區(qū)分界如圖1所示。

3．2VTS雷達(dá)源強(qiáng)脈沖雷達(dá)天線輻射平均功率等于發(fā)射機(jī)輻射

脈沖功率與脈沖寬度和脈沖重復(fù)率的乘積。按最大脈沖寬度（1000ns）及最大脈沖重復(fù)率（4400Hz）條件計(jì)算，VTS雷達(dá)最大平均輻射功率為：VTS雷達(dá)脈沖發(fā)射功率25kW，最大平均輻射功率110W，系統(tǒng)傳輸損耗－3dB，雷達(dá)天線增益35dB，則脈沖峰值等效輻射功率：

3．3場強(qiáng)瞬時峰值及平均場強(qiáng)計(jì)算

由于近場區(qū)屬于感應(yīng)場，場與發(fā)射源、與作用對象之間存在著能量交換以及電磁波相位干涉相消的情況，對于矩形縫隙天線的近場區(qū)的電磁影響尚未有合適的預(yù)測方法，故采用遠(yuǎn)場軸向預(yù)測模式估算VTS雷達(dá)近場區(qū)的場強(qiáng)值。

3．3．1場強(qiáng)瞬時峰值

根據(jù)VTS雷達(dá)工作模式及遠(yuǎn)場區(qū)功率密度、電場強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度計(jì)算公式［4］：式中，p峰值為功率密度瞬時峰值，W／m2；P為脈沖發(fā)射功率，W；G為天線增益，倍數(shù)；r為計(jì)算點(diǎn)與天線軸向距離，m。式中，E為電場強(qiáng)度，V／m；p為功率密度，mW／cm2；3763．6為電場強(qiáng)度（V／m）與功率密度（mW／cm2）的自由空間本征阻抗。 式中，H為磁場強(qiáng)度，A／m；p為功率密度，mW／cm2；37．636為磁場強(qiáng)度（A／m）與功率密度（mW／cm2）的自由空間本征阻抗。計(jì)算得VTS雷達(dá)天線近場區(qū)軸向不同距離的功率密度、電場強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度瞬時峰值結(jié)果列于表5。表5的計(jì)算結(jié)果表明，VTS雷達(dá)天線軸向51m以遠(yuǎn)的瞬時峰值能同時滿足標(biāo)準(zhǔn)近場區(qū)電場強(qiáng)度681．6V／m和磁場強(qiáng)度1．824A／m的要求。

3．3．2平均場強(qiáng)考慮VTS雷達(dá)掃描的相關(guān)參數(shù)，根據(jù)遠(yuǎn)場區(qū)軸向功率密度、電場強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度計(jì)算公式［4］：式中：p平均為功率密度平均值，W／m2；P平均為平均發(fā)射功率，W；G為天線增益，倍數(shù)；r為預(yù)測點(diǎn)與天線軸向距離，m；ηS＝0．0013為掃描占空比。得VTS雷達(dá)天線近場區(qū)軸向不同距離的平均功率密度、平均電場強(qiáng)度、平均磁場強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果列于表6。表6的結(jié)果表明，VTS雷達(dá)天線軸向9m以遠(yuǎn)的平均場強(qiáng)能同時滿足近場區(qū)電場強(qiáng)度9．57V／m和磁場強(qiáng)度0．025A／m的單個項(xiàng)目評價標(biāo)準(zhǔn)要求。

3．3．3達(dá)標(biāo)距離根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，按最大值考慮，VTS雷達(dá)天線軸向51m為水平達(dá)標(biāo)距離。

3．4垂直達(dá)標(biāo)距離

VTS雷達(dá)天線仰角為0°，主瓣垂直波束寬度為19°。保守考慮，對處于垂直波束寬度范圍的垂直電平取0dB，處于垂直波束寬度范圍之外的垂直電平取－3dB。將各垂直角度范圍內(nèi)垂直電平值及參數(shù)代入式（6）：式中，d為垂直達(dá)標(biāo)距離，m；L為水平達(dá)標(biāo)距離，m；φ＝19°為主瓣波束寬度。得VTS雷達(dá)天線垂直達(dá)標(biāo)距離列于表7。

3．5達(dá)標(biāo)區(qū)域

VTS雷達(dá)天線電磁輻射環(huán)境影響達(dá)標(biāo)區(qū)域范圍如圖2所示。4評價結(jié)果（1）VTS雷達(dá)天線軸向51m以遠(yuǎn)區(qū)域的場強(qiáng)瞬時峰值同時滿足《電磁環(huán)境控制限值》［1］中規(guī)定的電場強(qiáng)度瞬時峰值限值（681．6V／m）與磁場強(qiáng)度瞬時峰值限值（1．824A／m）要求。（2）VTS雷達(dá)天線軸向9m以遠(yuǎn)區(qū)域的平均場強(qiáng)同時滿足《電磁環(huán)境控制限值》和《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則電磁輻射監(jiān)測儀器和方法》［2］中規(guī)定的單個項(xiàng)目電場強(qiáng)度限值（9．57V／m）、磁場強(qiáng)度限值（0．025A／m）要求。（3）VTS雷達(dá)水平達(dá)標(biāo)距離（距雷達(dá)天線）為51m；垂直達(dá)標(biāo)距離0°～9．5°范圍為9m，9．5°～90°為6m。

參考文獻(xiàn)

［1］環(huán)境保護(hù)部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局．電磁環(huán)境控制限值：GB8702—2014［S］．北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2014．

［2］國家環(huán)境保護(hù)局．輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標(biāo)準(zhǔn)：HJ／T10．3—1996［S］．1996．

［3］M．I．斯特爾尼克．雷達(dá)手冊［M］．謝卓，譯．北京：國防工業(yè)出版社，1978．

［4］國家環(huán)境保護(hù)局．輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則電磁輻射監(jiān)測儀器和方法：HJ／T1林勇山　0．2—1996［S］．1996．

作者：林勇山 梁波 張小亮 單位：江西省核工業(yè)地質(zhì)局測試研究中心