全方位 DME/TACAN 地面站測試解決方案：從場站調試到飛行校驗的精準實踐

整合 R&S EDST300 與 R&S EDS300
全面符合 ICAO 與 MIL-STD 規範的完整測試策略

在現代航空電子 (Avionics) 系統的複雜架構中，導航系統扮演著保障飛行安全與效率的基石角色，其重要性無可替代，航電系統涵蓋通訊、感測器、顯示與數據記錄等多個領域，而導航子系統，特別是距離量測設備 (Distance Measuring Equipment, DME) 與戰術空中導航系統 (Tactical Air Navigation, TACAN)，是為飛行員提供精確位置資訊的核心技術之一；DME/TACAN 是一種基於應答器 (Transponder-based) 的無線電導航技術，其核心功能是透過精確計時無線電訊號的傳播延遲，來量測飛機到地面站的斜距 (Slant Range)，其運作方式類似於主動式雷達系統。

 

距離量測設備 (DME) 運作原理

詢問器 (Interrogator) 與地面站應答器 (Transponder) 的互動機制

DME 系統的運作基於飛機上的詢問器與地面站應答器之間精密的問答互動，飛機的詢問器會發射成對的射頻 (RF) 脈衝，稱為雙脈衝，地面站的應答器接收到這些詢問訊號後，會經過一段精確定義的延遲時間，稱為主延遲或應答延遲 (Main/Reply Delay)，然後再將脈衝回傳給飛機；飛機上的接收機透過量測從發射脈衝到接收到回覆脈衝的總往返時間 (Round Trip Time)，並減去地面站已知的固定延遲時間，即可精確計算出飛機與地面站之間的斜距；此方法的技術規範與標準由國際民航組織 (International Civil Aviation Organization, ICAO) 的附件 (Annex 10) 以及歐洲民航電子設備組織 (European Organization for Civil Aviation Electronics, EUROCAE) 的 ED-57 文件所定義。

距離的計算公式如下：

r=2c​∗(Δt−τ0​)

其中，r 代表斜距， c 是光速，Δt 是量測到的總往返時間，而 τ0​ 則是地面站的標準主延遲時間 1。
 

DME 訊號時序與脈衝特性

為了區分不同的 DME 通道，系統定義了兩種編碼模式：X 模式與 Y 模式，它們在脈衝間隔與主延遲上有所不同。

• X 模式：
  詢問與應答脈衝對的脈衝間隔均為 12 µs，地面站的主延遲為 50 µs。
• Y 模式：
  詢問脈衝對的脈衝間隔為 36 µs，應答脈衝對的脈衝間隔為 30 µs，地面站的主延遲則為 56 µs。

為了確保 DME 訊號的頻譜能量能被限制在 1 MHz 的通道寬度內，避免對相鄰通道造成干擾，DME 脈衝的包絡必須經過精確的成形 (Pulse Shaping) 處理，目前全球絕大多數民用 DME 系統採用的 DME/N (窄頻譜) 標準，其關鍵脈衝參數定義如下：

• 脈衝寬度 (50% 幅度)：3.5 µs ± 0.5 µs
• 上升時間 (10% 至 90% 幅度)：0.8 µs 至 3 µs
• 下降時間 (90% 至 10% 幅度)：< 3.5 µs

此外，標準還要求系統具備至少 80 dB 的開關比 (ON/OFF ratio)，以確保訊號品質。
 

DME 地面站的類型與關鍵參數

DME 地面站依據其功率與覆蓋範圍，主要分為兩種類型：

• 航路 (En-route) 電台：
  具備 1 kW 的峰值功率，設計用於長距離航線導航，覆蓋範圍可達 200 海里 (NM) 或更遠。
• 終端 (Terminal) 電台：
  峰值功率為 100 W，主要用於機場進場與降落階段，覆蓋範圍約為 60 海里。

地面站的性能由幾個關鍵參數決定，應答效率 (Reply Efficiency) 是指地面站發出的應答脈衝數量與收到的有效詢問脈衝數量的比率，理想值為 100%，但實際上會受到多種因素影響，例如：詢問脈衝是否落在接收機的死區時間 (Dead Time, 約 60 µs) 內，或是在地面站發送識別碼 (ID Code) 的 "key down times" 期間，以及詢問訊號電平是否低於接收機靈敏度等，標準規定，當輸入訊號電平高於靈敏度下限時，應答效率必須至少達到 70%。

為了確保飛機接收機的自動增益控制 (Automatic Gain Control, AGC) 能夠穩定鎖定訊號，即使在空中交通不繁忙、詢問率很低的情況下，地面站也會主動發射隨機的靜默脈衝 (Squitter Pulses)，以維持一個最低的脈衝發射率 (例如 700 pps，pulse pairs per second)。

此外，每個 DME 地面站都會定期 (通常每 30 秒) 發送其識別碼，例如：代表慕尼黑的 "MUC"，此識別碼以摩斯電碼的形式發送，發送期間脈衝重複率固定為 1350 pps，此時地面站不會回應任何飛機的詢問。
 

戰術空中導航系統 (TACAN)

TACAN 為軍用 DME 的擴展功能

TACAN 是 DME 的軍用版本，它在提供與 DME 完全相同的測距功能的基礎上，額外增加了方位角 (Azimuth) 量測功能，使軍用飛機能夠確定自身相對於地面站的方位；值得注意的是，民用飛機的 DME 詢問器仍然可以接收和使用 TACAN 地面站提供的距離資訊，實現了軍民航導航設施的互通性。

戰術空中導航系統天線方向圖
 

方位角量測機制

TACAN 的方位角量測是透過其獨特的旋轉天線系統實現的，該天線具有特殊的輻射方向圖，當它旋轉時，會對所有發射的 DME 脈衝包絡產生一種精確的幅度調變 (Amplitude Modulation, AM)，此調變包含兩個頻率成分：一個 15 Hz 的主頻和一個 135 Hz 的諧波。

為了讓飛機接收機能夠解算出方位角，TACAN 地面站除了發送標準的 DME 脈衝外，還會發送兩種特殊的參考脈衝串：

• 主參考脈衝串 (Main Reference Burst, MRB)：
  每當天線旋轉經過磁北方向時發送一次，對應 15 Hz 的調變週期。
• 輔助參考脈衝串 (Auxiliary Reference Bursts, ARB)：
  在 15 Hz 週期的間隔中插入，對應 135 Hz 的調變週期。

飛機上的 TACAN 接收機透過量測 15 Hz 幅度調變訊號與接收到的 MRB 之間的相位差，來粗略確定方位角，再利用 135 Hz 訊號與 ARB 的相位關係進行精細校正，從而獲得比民用 VOR 系統更高的方位角精度，其脈衝參數規範遵循 MIL-STD 291C 標準，對脈衝上升/下降時間的要求比 DME/N 更為嚴格。
 

地面站調試、維護與校驗的整合式解決方案：R&S EDST300

R&S EDST300 TACAN/DME 場站測試儀是一款專為 TACAN 與 DME 地面站的安裝調試 (Commissioning)、定期維護檢查 (Regular Maintenance) 以及站點周邊需要電池供電的現場量測而設計的專業分析儀，它將多種儀器的功能整合於一體，提供了一個高效、精準且便攜的解決方案，徹底改變了地面站的傳統測試範式。

 

測試儀器架設：透過定向耦合器進行精準的有線量測

進行地面站內部 RF 參數的精準量測時，標準的測試配置是將 R&S EDST300 透過一個高隔離度的定向耦合器 (例如 40 dB) 連接至地面站的 RF 輸出端口。

這種測試架構帶來了革命性的優勢：非侵入式在線測試，傳統的測試方法往往需要將地面站停機，或切換到特殊的維護模式，這不僅中斷了導航服務，也增加了操作的複雜性；而採用定向耦合器的連接方式，測試儀器僅僅是「竊聽」一小部分發射功率，地面站本身可以在完全正常的運行模式下接受全面的性能評估，這代表維護工作可以在不影響對空服務的前提下進行，極大地提高了維護效率，並保障了導航系統的最高可用性，R&S EDST300 寬廣的動態範圍能夠輕鬆處理耦合後的高功率訊號，同時其內建的詢問器輸出功率可精確調節，以補償耦合器的衰減，從而能夠在 RF 端口模擬來自遠距離飛機的微弱詢問訊號，實現了全面的系統級地面測試。
 

發射機 (TX) 性能驗證

通道峰值功率與平均功率量測

R&S EDST300 能夠直接量測並顯示地面站的通道峰值功率與平均功率，其精準度媲美專業的功率計，從而無需攜帶額外的儀器到現場。

發射機頻率精準度分析

儀器可直接量測載波頻率，並以頻率偏移 (Carrier Frequency Delta) 的形式顯示其與標稱值的偏差，快速判斷發射機的頻率穩定性。

脈衝頻譜罩 (Spectrum Mask) 符合性測試

根據 ICAO 的規定，DME 訊號的頻譜能量必須受到嚴格限制，R&S EDST300 可用於執行此項關鍵的符合性測試，透過將其接收頻率調整至中心頻率的 ±800 kHz 和 ±2 MHz 偏移處，量測對應的訊號功率，儀器內部的 500 kHz 接收頻寬恰好符合 ICAO 標準中定義的權重頻寬 (Weighting Bandwidth) 要求，使得量測結果可以直接與通道內峰值功率進行比較，從而快速驗證頻譜是否落在規範的罩板之內，整個流程極為簡便。

時域脈衝波形分析 (需 R&S EDST-K2 選項)

透過選配的 R&S EDST-K2 脈衝波形分析功能，R&S EDST300 可對 DME/TACAN 雙脈衝進行全面的時域分析，儀器能自動量測並在螢幕上顯示每個脈衝的上升時間、下降時間 (或稱衰減時間)、脈衝持續時間，以及脈衝對的脈衝間隔和峰值變異 (Droop) ；此外，強大的標記 (Marker) 功能允許工程師進行更深入的分析，例如精確量測發射機輸出級為了補償非線性效應而設計的預失真 (pre-distortion) 波形，為深度故障診斷提供了有力工具。

雙脈衝時域量測
 

接收機 (RX) 性能驗證 (需 R&S EDST-B2 選項)

R&S EDST300 的核心優勢之一在於其內建的高精度詢問器 (R&S EDST-B2 選項)，它能夠模擬真實飛機的詢問訊號，從而對地面站的接收機性能進行主動、全面的評估。

靈敏度量測

此項測試是評估地面站能否接收到遠距離飛機微弱訊號的關鍵，操作時，測試人員只需逐步降低 R&S EDST300 詢問器的發射功率，同時觀察儀器螢幕上顯示的應答效率百分比，當應答效率下降至 70% 的臨界值時，此刻詢問器的輸出功率電平即定義為該地面站的接收機靈敏度。

相鄰通道抑制與解碼器抑制測試

• 相鄰通道抑制：
  為了驗證地面站不會錯誤回應來自相鄰通道的干擾訊號，可將 R&S EDST300 的詢問器頻率設定為目標通道的相鄰通道，然後量測應答效率，其值應遠低於標準限值。
• 解碼器抑制：
  地面站的解碼器必須能精確識別正確的脈衝編碼，R&S EDST300 的詢問器允許用戶在 8.0 µs 至 42 µs 的寬範圍內自由設定詢問脈衝的間隔，透過此功能，可以驗證地面站是否僅對標稱脈衝間隔±0.4 µs 範圍內的詢問做出穩定回應，並有效拒絕偏差超過 2 µs 的無效詢問。

詢問負載測試

在繁忙的空域中，地面站需要同時處理來自數百架飛機的詢問請求，為了模擬這種高負載場景，R&S EDST300 的詢問器脈衝重複率可被提升至 3,600 pps，甚至高達 6,000 pps，在此高負載條件下，再次進行靈敏度量測，可以驗證地面站的動態範圍壓縮 (Sensitivity Reduction) 機制是否正常啟動，以優先服務訊號較強 (距離較近) 的飛機，確保系統在高流量下的穩定性。
 

系統級參數驗證

主延遲 (Reply Delay) 及其隨電平變化之精準量測

主延遲是影響 DME 系統測距精度的核心參數。啟動 R&S EDST300 的詢問器後，儀器會自動計算並直接顯示主延遲的精確值，取代了以往使用示波器在視訊測試點進行間接估算的繁瑣方法；更進一步，透過在寬動態範圍內改變詢問器的輸出功率，可以輕鬆繪製出延遲隨輸入電平變化的特性曲線，全面評估其在各種訊號條件下的穩定性。

應答效率 (Reply Efficiency) 測試

在與地面站的互動過程中，R&S EDST300 會自動統計其發出的詢問數量與收到的有效應答數量，並以百分比的形式即時顯示應答效率。

識別碼 (ID Code) 解碼與時序分析

R&S EDST300 能夠全自動地解碼地面站發送的摩斯識別碼，並對其進行詳細的時序分析，包括識別碼重複週期、點 (dot) 和劃 (dash) 的長度，以及字符間和字母間的間隔時間等參數。

識別碼分析
 

TACAN 特定參數分析 (需 R&S EDST-K1 選項)

儘管由天線旋轉產生的 AM 調變與最終的方位角資訊無法在地面站的 RF 輸出端口直接量測，但 R&S EDST300 提供了一套高效的故障排除工具，用於在地面站內部驗證產生方位角資訊的基礎訊號鏈路是否正常；當現場報告 TACAN 方位角錯誤時，問題可能源於天線的機械旋轉系統，也可能出在產生 MRB/ARB 參考脈衝串的訊號處理單元。在進行複雜的外部天線檢查之前，工程師可以使用 R&S EDST300 在機房內，直接從 RF 端口確認 MRB 和 ARB 參考脈衝串的各項參數是否完全符合 MIL-STD 規範，如果這些基礎訊號出現錯誤，則問題可以被快速定位在站台內部，從而極大地縮短了診斷與維修時間。

MRB 和 ARB 分析
 

MRB/ARB 脈衝計數與脈衝間隔驗證

透過選配的 R&S EDST-K1 TACAN 分析功能，儀器能夠精確量測並顯示主參考脈衝串 (MRB) (通常為 12 個雙脈衝) 和輔助參考脈衝串 (ARB) (通常為 6 個雙脈衝) 的脈衝計數與脈衝間隔 。

MRB/ARB 重複率與 Droop 分析

儀器可自動量測 MRB 和 ARB 的重複率，確保其與 15 Hz/135 Hz 的理論值相符，同時，可以利用脈衝分析視圖 (Pulse View) 功能，觀察脈衝串內部是否存在幅度下降 (Droop) 現象，評估脈衝功率的穩定性。

訊號空間分析、飛行檢查與遠場監控的專業級解決方案：R&S EDS300

R&S EDS300 DME/脈衝分析儀是專為要求最嚴苛的導航系統驗證任務而設計的專家級儀器，其應用場景鎖定於飛行檢查 (Flight Inspection) 與地面遠場監控 (Far-field Monitoring)，它憑藉極高的接收靈敏度、可選配的高功率詢問器以及革命性的多站同步量測能力，為確保整個空域導航系統的性能與覆蓋範圍提供了無與倫比的工具。
 

 

現場 (Field) 量測的最佳實踐

測試架設與天線選擇

進行現場量測時，應將 R&S EDS300 放置在與地面站之間具有清晰視線 (Line of Sight) 的已知距離位置，為了最大限度地減少地面、建築物等造成的多路徑 (Multipath) 干擾，強烈建議使用具有高指向性、低旁瓣和高前後比的專用測試天線，例如：R&S EDST-Z1 角反射器測試天線。

訊號空間中的 DME 參數分析

啟動 R&S EDS300 內建的詢問器 (可選配適用於地面測試的 20 W 低功率 R&S EDS-B2 或適用於遠距離飛行校驗的 500 W 高功率 R&S EDS-B4 選項) 後，儀器會首先進入 SEARCH (搜索) 模式，快速鎖定地面站對其自身詢問的回應；成功同步後，儀器會自動切換至TRACK (跟蹤) 模式，並以較低的脈衝重複率持續進行量測，螢幕上會即時更新包括距離 (Distance)、應答效率 (Reply Efficiency)、峰值功率 (Peak Power)、頻率偏移等在內的全部關鍵參數。

測距儀站台（頻道 98Y）的量測結果
 

脈衝波形評估與多路徑 (Multipath) 效應分析 (需 R&S EDS-K2 選項)

透過 R&S EDS-K2 脈衝分析選項，R&S EDS300 不僅能驗證接收到的脈衝波形是否符合標準，更重要的是，它提供了一個強大的工具來分析多路徑傳播效應；在脈衝視圖中，除了直射的主脈衝外，由山脈、建築物或地表反射而來的延遲訊號分量也會被清晰地捕獲。利用儀器的標記功能，可以精確量化這些反射訊號相對於主訊號的延遲時間與相對幅度衰減，這對於分析特定區域 DME 訊號不穩定的原因至關重要。

測距儀 (DME) 的脈波波形分析
 

TACAN 訊號空間分析 (需 R&S EDS-K1 選項)

方位角 (Bearing) 精準度量測

在一個已知與 TACAN 地面站相對方位角的位置上，R&S EDS300 (需配備 R&S EDS-K1 選項) 能夠精確量測並顯示 TACAN 系統的方位角讀數，憑藉其極高的量測精度 (在輸入電平
≥ -80 dBm 時，方位角偏差小於 0.2°)，可以對地面站的方位角準確性進行權威驗證。

調變深度與方位量測

15 Hz/135 Hz 調變深度與相位關係分析

R&S EDS300 能夠對由 TACAN 旋轉天線產生的複雜 AM 訊號進行全面解調與分析，精確量測 15 Hz 和 135 Hz 調變訊號的調變深度、調變頻率，以及它們各自與 MRB/ARB 參考脈衝串之間的相位關係，這些都是評估 TACAN 方位指示品質的核心指標。

飛行檢查 (Flight Inspection) 解決方案

根據 ICAO 規範，對地面導航設施進行定期的飛行檢查是強制性的，R&S EDS300 的設計完美契合了現代飛行檢查系統 (Flight Inspection System, FIS) 的所有需求。

針對其中一座 DME 站台所進行的 MDME 飛航校驗結果
 

R&S EDS300 與飛行檢查系統 (FIS) 的無縫整合

R&S EDS300 具備多項為機載應用量身訂製的特性：其緊湊的尺寸和堅固的設計易於安裝在機艙內；支援直流供電；提供標準的 LAN 遠端控制介面，便於與飛檢主控電腦整合；配備抑制器 (Suppressor) 輸入/輸出接口，可與機上其他發射設備同步，避免相互干擾，確保量測數據的純淨與可靠 1。

多站 DME (Multi-DME) 模式 (需 R&S EDS-K5 選項)

R&S EDS-K5 多站 DME 模式是 R&S EDS300 的核心競爭優勢，它直接解決了飛行檢查中最為關鍵的成本問題 — 昂貴的飛行小時與燃油消耗；傳統的飛行檢查一次只能對一個 DME 站進行校驗，效率低下；而 R&S EDS300 的Multi-DME 模式徹底顛覆了這一流程，它能夠在一個極短的 50 毫秒序列中，輪詢並同步量測多達 10 個不同的 DME 地面站。

用於現場監測多達十座 DME 站台的測試配置
 

這表示在一條預定的飛行航路上，飛檢飛機可以「一次性」完成沿途所有可視範圍內 DME 站的性能驗證任務，這不僅僅是效率的線性提升，而是成本效益的指數級增長，對於飛行校驗服務提供商而言，這表示能以更低的成本完成更多任務，提升市場競爭力；對於民航管理機構而言，則可以用相同的預算實現更頻繁的系統驗證，從而全面提升國家空域的導航安全水平；在 Multi-DME 模式下，儀器螢幕會以列表形式清晰展示每個站的距離、接收功率、頻率偏移、站台識別碼及應答效率，所有關鍵資訊一目了然。

TACAN 環繞軌道 (Orbit) 飛行的全角度性能驗證

當與飛行檢查系統整合時，R&S EDS300 可以在飛機環繞 TACAN 地面站進行軌道飛行時，連續地透過 LAN 接口串流輸出所有量測到的 TACAN 參數，飛檢軟體可以利用這些數據，即時繪製出覆蓋 360° 全角度的方位角誤差曲線與調變深度變化圖，從而對 TACAN 站在所有方向上的服務品質進行最全面、最權威的評估。

TACAN 飛航校驗結果
 

遠場監控應用

除了飛行檢查，R&S EDS300 的 Multi-DME 模式也為地面遠場監控提供了理想的解決方案，將一台 R&S EDS300 部署在機場塔台或周邊制高點，並配備適當的天線，即可對機場區域內所有 DME/TACAN 站點進行連續、自動化的遠場監控，這不僅能提供各站點可用性與訊號品質的即時概覽，還可以作為地面站內建監控系統 (BITE) 的一個獨立、客觀的補充驗證手段，進一步增強導航系統的可靠性。

解決方案與配置建議

R&S EDST300 與 R&S EDS300 並非兩款孤立的產品，而是一個相輔相成、覆蓋 DME/TACAN 地面站從安裝調試到運行維護再到飛行校驗全生命週期的完整品質保證生態系統；EDST300 專注於單一站點的深度診斷與維護，而 EDS300 則著眼於整個空域導航網路的性能驗證與監控，這種組合確保了從站台 RF 端口到數百海里外的訊號空間，其量測方法論與數據結果都具備高度的一致性與可追溯性，為導航輔助設施 (NavAids) 的安全可靠運行提供了堅實保障。

R&S EDST300 與 R&S EDS300 功能對比與應用場景劃分

為了協助處於決策階段的用戶快速找到最適合其需求的解決方案，下表從多個維度對兩款儀器進行了詳細的對比，此表格重點在將抽象的技術規格轉化為具體的任務場景與核心價值，讓用戶能夠清晰地將自身需求與對應的儀器進行匹配；例如，負責機場日常維護的團隊將立即在「地面站調試與維護」一欄中找到 R&S EDST300 的定位，並被其「一體化、便攜」的優勢所吸引；而飛行校驗服務商則會聚焦於「飛行檢查」，並認識到 R&S EDS300 的「Multi-DME 效率」是其業務成功的關鍵。

表格 1：R&S  DME/TACAN 測試解決方案選型指南

依據任務需求的最佳化配置建議

• 針對地面維護團隊：
  建議選擇 R&S EDST300 主機，並搭配以下關鍵選項，構成一個功能全面的移動維護工作站：

• R&S EDST-B2 (詢問器)：執行所有接收機和系統級參數測試的必備選項。
• R&S EDST-K1 (TACAN 分析)：若需維護 TACAN 站，此為必需。
• R&S EDST-K2 (脈衝分析)：用於深入的時域波形診斷。
• R&S EDST-B3 (電池)：實現無市電供應下的現場獨立操作。

• 針對飛行校驗服務商：
  建議選擇 R&S EDS300 主機，並配置以下選項，以打造最高效率的現代化機載校驗系統：

• R&S EDS-B4 (高功率詢問器)：確保在最大航程範圍內與地面站的可靠通訊。
• R&S EDS-K5 (Multi-DME 模式)：最大化飛行效率、縮短校驗時間的核心功能。
• R&S EDS-K1 (TACAN 分析)：用於執行 TACAN 站的飛行校驗任務。
• R&S EDS-K3 (GPS 同步)：將所有量測數據與精確的時空資訊綁定。

• 針對綜合性管理機構 (如民航局、軍方)：
  建議同時採購兩套系統，建立一套標準化、數據閉環的導航系統品質保證流程，使用 R&S EDST300 執行各站點的日常地面維護與故障排除，確保單站性能達標；使用 R&S EDS300 執行法規要求的定期飛行檢查，從空中驗證整個導航網路的實際服務品質。這種組合模式能夠確保從地面到空中、從單站到全網的數據一致性，從而實現對導航系統最高等級的可用性與安全性管理。