儀表著陸系統(tǒng)設(shè)備混合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

劉雪峰，胡江坤，付 晶，晁世偉

(重慶機場集團(tuán)有限公司 航務(wù)管理部，重慶 401120)

1 引言

儀表著陸系統(tǒng)主要為空中飛機提供精準(zhǔn)的導(dǎo)航著陸引導(dǎo)信息。根據(jù)國際民航要求，導(dǎo)航設(shè)備運行狀態(tài)必須處于24小時不間斷監(jiān)控中。當(dāng)監(jiān)控鏈路開路或者監(jiān)控失效時，導(dǎo)航設(shè)備不能再提供使用，將影響飛行安全。另外，隨著機場吞吐量和通宵飛行次數(shù)的增加，導(dǎo)航設(shè)備的停用也將嚴(yán)重影響機場運行效率。

傳統(tǒng)的儀表著陸系統(tǒng)主要以線纜為媒介，通過“點-點”方式，將機坪內(nèi)的不同臺站導(dǎo)航設(shè)備運行狀態(tài)以及控制信息傳輸?shù)奖O(jiān)控室，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制。當(dāng)通信鏈路故障時，導(dǎo)航處于不可控狀態(tài)，必須使用備份設(shè)備并立即進(jìn)行檢修，或者設(shè)備維護(hù)人員現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備。這極大增加了導(dǎo)航設(shè)備監(jiān)控壓力，帶來監(jiān)控風(fēng)險。

針對上述問題，本文提出一種混合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方案，即在傳統(tǒng)線纜監(jiān)控基礎(chǔ)上，引進(jìn)光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)[1]，實現(xiàn)“多點-環(huán)網(wǎng)”監(jiān)控?；旌媳O(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中，環(huán)網(wǎng)與多點互為備份，互為補充，可同時運行；并且當(dāng)某一鏈路故障時，可自動/人工選擇其它有效路徑傳輸，有效提高儀表著陸系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控效率，增加監(jiān)控冗余度。

2 “點-點”監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)介紹

一套儀表著陸系統(tǒng)(ILS，又稱盲降)主要由航向信標(biāo)、下滑信標(biāo)、指點信標(biāo)或DME以及附屬遙控設(shè)施組成，為飛行員在低能見度下提供一個安全可靠的引導(dǎo)信息。

一般情況下，盲降設(shè)備與盲降設(shè)備遙控盒是分別安裝在2個站點上，采用傳統(tǒng)的線纜傳輸通信，即一個設(shè)備對應(yīng)一個遙控盒。以南北進(jìn)近的單跑道運行為例，一條跑道主要有南北2套，共4個臺站，8套設(shè)備(DME，與下滑設(shè)備合裝)，通信鏈路如圖1所示。

圖1 “點-點”鏈接圖

“點-點”電纜連接為國內(nèi)機場普遍采用的遙控通信方式。一臺設(shè)備對應(yīng)一個遙控器，監(jiān)控人員根據(jù)塔臺管制人員要求控制并監(jiān)控設(shè)備。隨著機場擴(kuò)建以及周邊電磁環(huán)境改變，信號衰減，傳輸特性不穩(wěn)定，造成鏈路中斷，失去對設(shè)備的監(jiān)控與控制；同時，點對點的電纜連接方式還容易受到雷電的干擾，影響飛行安全。

一般情況下，應(yīng)對這種情況，機場在布置電纜初期，往往多布置一對電纜，作為備用。當(dāng)其中一對出現(xiàn)故障時，人工將通信鏈路切換到備用電纜上。但是這不能從根本解決問題。

3 “多點-環(huán)網(wǎng)”混合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

隨著通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，數(shù)字交叉復(fù)用設(shè)備已經(jīng)大規(guī)模投入使用。采用數(shù)字信號具有通信的保密性好、抗干擾能力強、信號可以再生、傳輸效率高、工作速度快、性能穩(wěn)定可靠、便于與各種通信方式如電話、電視、數(shù)據(jù)或其它數(shù)字信號的配合建立綜合通信網(wǎng)等優(yōu)點。它適合于各種傳輸媒介，也便于采用先進(jìn)的集成技術(shù)，使設(shè)備小型化，并可降低成本。

3.1 光纖環(huán)網(wǎng)介紹

光纖環(huán)網(wǎng)[2-3]，即將不同區(qū)域設(shè)備接入各自光端機，并通過多業(yè)務(wù)接入光傳輸設(shè)備將光端機組成環(huán)網(wǎng)進(jìn)行通信。當(dāng)環(huán)網(wǎng)上任意鏈路或節(jié)點發(fā)生故障時，能保證該鏈路迅速切換到其它鏈路上，進(jìn)行通信。

以單跑道雙向盲降設(shè)備為例，環(huán)網(wǎng)組圖如圖2所示。

圖2 環(huán)網(wǎng)圖

其中，PCM是集群設(shè)備通信系統(tǒng)中光端機利用E1(2M)線進(jìn)行傳輸多種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)備。在本方案中，它將盲降設(shè)備的串口數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成適合光纖傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流，并通過環(huán)網(wǎng)傳輸。

交叉復(fù)用設(shè)備將PCM集群設(shè)備終端構(gòu)成環(huán)網(wǎng)。當(dāng)環(huán)網(wǎng)中任意節(jié)點鏈路故障時，使得節(jié)點上設(shè)備信息可以通過節(jié)點連接的其它路徑傳輸。

與此同時，可通過監(jiān)控上位機對環(huán)網(wǎng)進(jìn)行實時監(jiān)控。當(dāng)某一鏈路故障，監(jiān)控上位機可迅速診斷并產(chǎn)生告警，通知監(jiān)控人員，有效提升監(jiān)控效率。以重慶江北機場為例，環(huán)網(wǎng)監(jiān)控上位機如圖3所示。

圖3 環(huán)網(wǎng)監(jiān)控上位機

3.2 多點-環(huán)網(wǎng)混合

雖然環(huán)網(wǎng)中某一節(jié)點故障時，節(jié)點設(shè)備信息可以通過其它鏈路傳輸，但是當(dāng)環(huán)網(wǎng)中非相鄰兩節(jié)點鏈路同時故障時，處于中間的節(jié)點設(shè)備通訊丟失，失去對設(shè)備控制。此外，采用數(shù)字設(shè)計的環(huán)網(wǎng)設(shè)備，可能存在死機重啟現(xiàn)象，從而造成設(shè)備通信丟失。

所以，將傳統(tǒng)電纜連接方式與光纖環(huán)網(wǎng)監(jiān)融合，確保在任何情況下，至少可以保證光纖鏈路或者電纜鏈路對設(shè)備的監(jiān)控，進(jìn)一步提高監(jiān)控冗余度，構(gòu)建出“多點-環(huán)網(wǎng)”混合網(wǎng)絡(luò)，即讓電纜通信與光線環(huán)網(wǎng)同時運行，實現(xiàn)兩路自由切換。

3.2.1 航向/下滑監(jiān)控鏈路擴(kuò)展

以國內(nèi)普遍使用的NM 7000系列盲降設(shè)備[4-5]為例。傳統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備為遙控器，即臺站航向或者下滑設(shè)備通過CI板RC接口與遙控器相連。同時還提供了2個可擴(kuò)展遠(yuǎn)端接口Remote 1和Remote 2，如圖4所示。

其中RC端口為4針端口，引腳定義如表1所示。

圖4 CI遙控板

由此可見該端口內(nèi)置FSK調(diào)制解調(diào)功能?？芍苯訉崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，即可與監(jiān)控室遙控器直接相連。

表1 RC端口定義

Remote 1和Remote 2普通9針串口，引腳定義如表2所示。

表2 Remote1和2端口定義

由此可見Remote 1和Remote 2傳輸距離有限。但可通過一對FSK調(diào)制解調(diào)器實現(xiàn)與RC端口相同的長距離傳輸功能。

3.2.2 DME監(jiān)控鏈路說明

傳統(tǒng)的DME監(jiān)控有兩路：一路為狀態(tài)面板監(jiān)控，即觀察DME運行狀態(tài)；一路為設(shè)備參數(shù)監(jiān)控，實現(xiàn)設(shè)備轉(zhuǎn)換/開關(guān)機控制。一般情況下，兩路監(jiān)控都通過電纜連接方式同時運行。

3.2.3 混合監(jiān)控鏈路

混合監(jiān)控鏈接方式如圖5所示。

其中，對于航向臺，配線架為4進(jìn)4出以太網(wǎng)接口配線架。端口1和2對應(yīng)電纜通信，端口3和4對應(yīng)光纖通信。當(dāng)使用電纜或者光纖通信的任意一端口時，另一端口作為備用。對于下滑臺來說，配線架增加有5、6、7、8端口，用于DME監(jiān)控，其余端口功能與1、2、3、4端口配置與航向臺配置相同。其中5、6對應(yīng)電纜通信，7、8對應(yīng)光纖通信，分別可用于DME狀態(tài)或者遙控監(jiān)控。

圖5 雙路監(jiān)控連接圖

當(dāng)兩路都正常通信時，可實現(xiàn)光纖與電纜同時監(jiān)控。當(dāng)光纖環(huán)網(wǎng)中故障時，如果節(jié)點不能自動選擇其它路徑傳輸，可以通過調(diào)換配線架中電纜-光纖端口(即將3/4端口連接線接到1/2端口)，轉(zhuǎn)移到電纜傳輸，實現(xiàn)兩路電纜監(jiān)控。

當(dāng)電纜通信故障時，也可以選擇調(diào)換配線架中電纜-光纖端口(即將1/2端口連接線接到3/4端口)，轉(zhuǎn)移到環(huán)網(wǎng)傳輸，實現(xiàn)兩路環(huán)網(wǎng)監(jiān)控。在混合網(wǎng)絡(luò)情況下，至少可以保證一路監(jiān)控有效，提升監(jiān)控冗余度，增加監(jiān)控效率。

混合系統(tǒng)整體框架如圖6所示。

圖6 混合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)圖

4 結(jié)語

針對傳統(tǒng)儀表著陸系統(tǒng)設(shè)備“點-點”遙控監(jiān)控方式易中斷，影響運行安全這一問題，本文提出一種基于光纖與線纜的“多點-環(huán)網(wǎng)”混合監(jiān)控方案。光纖與線纜互為補充，互為備份，并且當(dāng)某路監(jiān)控鏈路故障時，可自動選擇其它監(jiān)控路徑，有效提高儀表著陸系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控效率，增加監(jiān)控冗余度，保證導(dǎo)航安全，為我國民用機場導(dǎo)航監(jiān)控提供一種新思路。

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