NM7000B航向信標(biāo)遠(yuǎn)場告警故障排查與分析

周星辰 / 中國民用航空中南地區(qū)空中交通管理局

NM7000B航向信標(biāo)遠(yuǎn)場告警故障排查與分析

周星辰 / 中國民用航空中南地區(qū)空中交通管理局

儀表著陸系統(tǒng)承載著現(xiàn)代民航機(jī)場飛機(jī)起降的導(dǎo)航工作，通過發(fā)射調(diào)制過的射頻信號引導(dǎo)飛機(jī)對準(zhǔn)跑道安全降落。為了確保發(fā)射航向信標(biāo)信號的準(zhǔn)確性，通過定期飛行校驗(yàn)對其空中形成的信號進(jìn)行驗(yàn)證，還需要安裝近場和遠(yuǎn)場監(jiān)控天線，接收儀表著陸系統(tǒng)發(fā)射的信號,通過解調(diào)信號模擬空間信號，以此檢測其是否穩(wěn)定和準(zhǔn)確。遠(yuǎn)場監(jiān)控信號簡稱FFM，當(dāng)信號出現(xiàn)問題后也會(huì)引發(fā)設(shè)備自行切換，視為設(shè)備的故障的一種。本文將對這一故障現(xiàn)象進(jìn)行分析和解決。

儀表著陸系統(tǒng) ；航向信標(biāo)；NM7000B；遠(yuǎn)場監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)；FFM

引言

儀表著陸系統(tǒng)簡稱為“盲降”，作為當(dāng)代國際民航組織指定的標(biāo)準(zhǔn)精密進(jìn)場和著陸設(shè)備，目的是引導(dǎo)飛機(jī)安全進(jìn)近和著陸。通常由航向信標(biāo)、下滑信標(biāo)和指點(diǎn)信標(biāo)組成，其中航向信標(biāo)提供對準(zhǔn)跑道的水平引導(dǎo)，下滑信標(biāo)提供降落的垂直引導(dǎo)，指點(diǎn)信標(biāo)提供進(jìn)近路線的距離校準(zhǔn)點(diǎn),本機(jī)場只安裝了中指點(diǎn)標(biāo)。

航向信標(biāo)的遠(yuǎn)場監(jiān)控天線安裝于跑道末端，如下圖1所示：

在一次故障中，儀表著陸系統(tǒng)故障表現(xiàn)設(shè)備參數(shù)正常，但是遠(yuǎn)場參數(shù)FFM處于預(yù)警狀態(tài)，在飛機(jī)飛過時(shí)因變成告警狀態(tài)，引起設(shè)備反復(fù)換機(jī)。此種情況視為故障的一種，本文就此故障進(jìn)行分析和排故。

1. 儀表著陸系統(tǒng)原理分析

1.1 航向臺（LLZ）的概念及其原理分析

1.1.1 儀表著陸系統(tǒng)航向臺的基本概念。

儀表著陸系統(tǒng)的航向臺負(fù)責(zé)給飛機(jī)提供覆蓋跑道及跑道延長線的水平方向上的引導(dǎo)信號，這個(gè)信號是通過調(diào)制合成，分為兩個(gè)輻射場90Hz和150Hz調(diào)制信號共同完成。在跑到中心線和跑道延長線上，一定范圍內(nèi)，150Hz和90Hz調(diào)制的幅度相同，及調(diào)制度相等，這個(gè)范圍稱為“航道”。飛機(jī)在航道上時(shí)機(jī)栽設(shè)備的接收機(jī)會(huì)給出一個(gè)正確的指示，而當(dāng)飛機(jī)偏向航道左側(cè)時(shí)，飛機(jī)進(jìn)入90Hz占優(yōu)勢的輻射場內(nèi)，會(huì)得到“向右（糾正）”的指示，同樣，偏向航道右側(cè)時(shí)，會(huì)得到“向左（糾正）”的指示。

1.1.2 空間調(diào)制原理。

ILS系統(tǒng)的引導(dǎo)信號是通過比較90和150赫茲的調(diào)制度，調(diào)制度差DDM是最重要的參數(shù)。通過信號在不同天線中進(jìn)行分配，使得空間中形成場形的DDM分布不相同，將其定義為CSB和SBO。

CSB信號稱為載波加邊帶信號，SBO信號稱為雙邊帶抑制載波的信號，而且SBO信號中兩個(gè)引導(dǎo)音頻的相位相反，在CSB中相位同相。因此在航道或下滑道上，DDM=0。在空間的其他角度上，SBO不是0，那么DDM值也就不是0，CSB和SBO的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

一個(gè)射頻調(diào)幅波的表達(dá)式為：

通過公式可以得出，射頻載波是由以下兩個(gè)部分組成：

(1)正弦波分量，峰值是常數(shù)，

(2)總的邊帶分量，是非正弦的，但它的射頻周期和載波相同，幅度是變化的。

在ILS系統(tǒng)中，射頻調(diào)幅波和純粹的邊帶信號由16根航向陣子天線輻射，最終信號在空間合成，既為空間調(diào)制。將發(fā)射機(jī)內(nèi)部調(diào)制系數(shù)定義為m，空間調(diào)制系數(shù)定義為s，這個(gè)參數(shù)的意義是總的邊帶分量和載波分量的比?？偟倪厧Х至亢洼d波分量同相或者反向合成時(shí)，對合成信號檢波后就可以還原基波頻率了。如果這兩個(gè)分量不是同相或反相的，那么在檢波后就會(huì)形成諧波，這是我們不需要的。無疑地，出現(xiàn)諧波后，對正常的引導(dǎo)是非常不利的。

空間合成的過程中，不僅要考慮m,也要考慮s。總的調(diào)制系數(shù)

DDM是音頻調(diào)制度的差，SDM是調(diào)制度和，在調(diào)制電平小于2m時(shí)，DDM=，在調(diào)制電平大于2m時(shí)，DDM=2m。 SDM是在調(diào)制電平大于2m時(shí)，SDM=，調(diào)制電平小于2m時(shí)，SDM=2m。

當(dāng)CSB和SBO的相位在同一方向時(shí)，有：

這個(gè)公式是ILS系統(tǒng)理論中最基本的概念公式。當(dāng)CSB與SBO間出現(xiàn)一定的相角?時(shí)，

當(dāng)有相差?存在時(shí)，都會(huì)使DDM的大小發(fā)生變化。

1.1.3 近場監(jiān)控天線和遠(yuǎn)場監(jiān)控天線數(shù)學(xué)模型。

近場監(jiān)控天線和遠(yuǎn)場監(jiān)控天線通過接收空間調(diào)制信號，解析后得出參數(shù)，既為反向空間調(diào)制原理。

輻射場可以分成兩個(gè)部分：近場和遠(yuǎn)場。近場是從天線開始有限的幾個(gè)波長范圍內(nèi)的場，在觀察點(diǎn)處得到的射線可以大致認(rèn)為是平行的。

1.1.4 近場監(jiān)控天線和遠(yuǎn)場監(jiān)控天線工作原理

儀表著陸系統(tǒng)的監(jiān)視的目的是為了保證設(shè)備能夠正常工作。

航向的監(jiān)視有三種不同的方式：第一種是在天線陣正前方75米處安裝近場天線，對航道線進(jìn)行監(jiān)視；第二種是通過對16根天線振子發(fā)射的信號進(jìn)行采樣，將采集的信號在監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)中合成，模擬遠(yuǎn)場航道線，既為內(nèi)部監(jiān)視；第三種在監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)中模擬航道扇區(qū)，對航道扇區(qū)的寬度和位移靈敏度進(jìn)行監(jiān)視。

航向外場監(jiān)控天線監(jiān)控原理以下以12天線陣子為例：

以12單元航向天線的監(jiān)控天線為例，監(jiān)控天線放置于航向天線陣前方，航道線上（或跑道延長線上），理想狀態(tài)是外場監(jiān)控天線到各天線的距離相等，但理想狀態(tài)只能用于遠(yuǎn)場情況下，而監(jiān)控天線一般都放置在近場，到各天線距離不等，存在著近場相位誤差。

經(jīng)過分析得出，理想狀態(tài)下的0度是不可能的，不妨就采用180度點(diǎn)（反相點(diǎn)），它能真實(shí)反映航向的各種參數(shù)狀態(tài)，只是顯示的參數(shù)的取值的“正負(fù)”與真實(shí)值相反而已，因此航向監(jiān)控天線我們一般都設(shè)置在75米處。

遠(yuǎn)場監(jiān)控天線在NORMARC 7000B的遠(yuǎn)場監(jiān)視器接口中，由兩個(gè)主要監(jiān)視器中的一個(gè)公共FFM接口（FI1392）和一個(gè)FFM控制器（FC 1391）組成。 FI 1392位于安裝在機(jī)柜內(nèi)壁，在機(jī)柜內(nèi)部的CI 1210 / CI 1748接口處的上方），而FC 1391卡放置在它們相應(yīng)的監(jiān)視器MO 1212板的旁邊。

FFM參數(shù)與監(jiān)視器數(shù)據(jù)存儲等由其他監(jiān)視器參數(shù)組成。

FC 1391是FFM的控制器，通過串行的消息與所連接的FFM進(jìn)行交互。 從接收的FFM消息中提取FFM參數(shù)值。 將這些值與報(bào)警限值進(jìn)行比較，然后通過對比本身設(shè)置的FFM告警延遲值判定告警狀態(tài)。 然后，通過使用MO 1212上與外部通道將參數(shù)值和狀態(tài)發(fā)送到相應(yīng)的監(jiān)視器。通用FFM告警狀態(tài)作為判定值發(fā)送到MO 1212，如果FFM處于告警狀態(tài)，告警狀態(tài)會(huì)對控制器生成告警體現(xiàn)在TC 1216上。

2. 航向信標(biāo)故障分析及故障解決方案

2.1 航向信標(biāo)遠(yuǎn)場參數(shù)FFM告警切機(jī)現(xiàn)象描述

新設(shè)備安裝后，遠(yuǎn)場監(jiān)控參數(shù)在飛機(jī)降落時(shí)會(huì)受到影響，短暫的有參數(shù)跳變，變?yōu)轭A(yù)警狀態(tài)。此狀態(tài)的解決辦法是將FFM的告警延遲時(shí)間延長為90s，以此解決經(jīng)常性的告警。如圖5所示，此情況各地盲降系統(tǒng)均如此設(shè)置。

在2017年的1月，氣候變化劇烈，在兩天的時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)FM的參數(shù)逐漸從0.0攀升為0.8，達(dá)到預(yù)警值，設(shè)備一直處于預(yù)警狀態(tài)。如圖6所示：

當(dāng)再次有飛機(jī)降落，對遠(yuǎn)場監(jiān)控參數(shù)產(chǎn)生影響，參數(shù)達(dá)到告警值不到30秒后竟然設(shè)備判定切換發(fā)射機(jī)，反復(fù)幾次都是相同情況，引起了值班人員高度重視。

2.2 航向信標(biāo)遠(yuǎn)場參數(shù)FFM告警切機(jī)故障分析

2.2.1 氣候問題導(dǎo)致天線接口接觸不良。

海口氣溫潮濕，在外場的設(shè)備受到潮氣的侵蝕，天線的接口點(diǎn)經(jīng)常會(huì)因?yàn)闈穸群蜌鉁氐淖兓瘜?dǎo)致性能不匹配。因此早晚的參數(shù)會(huì)出現(xiàn)大幅度的變化。

2.2.2 飛機(jī)下降對遠(yuǎn)場監(jiān)控參數(shù)的影響。

遠(yuǎn)場告警天線安裝在跑道入口點(diǎn)，飛機(jī)經(jīng)過時(shí)有巨大的震動(dòng)和風(fēng)向的變化，會(huì)導(dǎo)致天線位置的偏移，造成參數(shù)的跳變。

2.2.3 NM7000B判斷切機(jī)的原理。

由于FFM遠(yuǎn)程參數(shù)執(zhí)行告警的機(jī)制是當(dāng)FFM DDM / SDM / RF參數(shù)上沒有報(bào)警時(shí)，此檢測量判定為零。當(dāng)告警時(shí)間持續(xù)達(dá)到在FFM設(shè)置延遲值中配置的時(shí)間90s時(shí)，此檢測量將判定為值101。

而一般將FFM EXE AL上限告警限值設(shè)置為參數(shù)100，當(dāng)系統(tǒng)判定超過100時(shí)，NM7000B設(shè)備將執(zhí)行關(guān)閉當(dāng)前在用發(fā)射機(jī)，并切換為另外一個(gè)備用發(fā)射機(jī)。（實(shí)際上，判定因FFM值參數(shù)有問題的判定值設(shè)置在1和100之間的任何值都可以使其正常工作，但如果需要執(zhí)行FFM報(bào)警，建議將100作為默認(rèn)值）。

對于不需要執(zhí)行FFM報(bào)警，將FFM告警上限設(shè)置為高于101的數(shù)值即可（建議默認(rèn)值為200）。

而當(dāng)時(shí)情況是FFM參數(shù)一直處于預(yù)警狀態(tài)判定值應(yīng)該一直處于，出現(xiàn)告警時(shí)間為超過FFM延遲設(shè)置

2.3 故障解決

值班人員在分析故障原因后，遠(yuǎn)場監(jiān)控天線進(jìn)行除潮工作。

利用飛行校驗(yàn)期間，對其利用螺絲再次加固，后設(shè)備參數(shù)恢復(fù)正常，故障解決。

3.結(jié)束語

通過本次故障，作為一名民航機(jī)務(wù)員，對設(shè)備的學(xué)習(xí)有更加深入了一層。NM7000B作為現(xiàn)在中國民航機(jī)場主流設(shè)備，各地對其的工作原理都有各自深入的了解。在不同的地方，因?yàn)槠錃夂虻牟煌琋M7000B設(shè)備會(huì)有不同的問題。在?？谥饕膯栴}之一是天氣潮濕，早晚溫差大，濕度大。外場的設(shè)備雖不易破損，但會(huì)因?yàn)槌睔鈱ν鈭龅奶炀€接口產(chǎn)生巨大的影響，使其電阻大小有變化，對設(shè)備參數(shù)有嚴(yán)重的影響。因此在?？?，對于設(shè)備的參數(shù)變化要有直觀的把握，才能保證設(shè)備正常運(yùn)行，保障民航安全的正常運(yùn)行。

[1]《NM7000B儀表著陸設(shè)備》李炳軍 胡名波 編著，中國民航大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)源，2011年12月.

[2]《ILS Handbooks 7033B-34B》INdra Navia AS,2014年.