車載模S 信標(biāo)設(shè)備技術(shù)要求的探討

邱志豪

（民航中南空管局，廣東 廣州510403）

1 概述

車載模S 信標(biāo)設(shè)備是一種基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)和利用數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行無(wú)線通信完成信息傳遞，從而達(dá)到交通監(jiān)視目的的設(shè)備。換句話說，可以將它看作是一個(gè)移動(dòng)的信號(hào)發(fā)射源，通過便攜式安裝在機(jī)場(chǎng)區(qū)域運(yùn)動(dòng)的車輛上，借助場(chǎng)面多點(diǎn)定位系統(tǒng)或ADS-B 地面站設(shè)備的監(jiān)控功能對(duì)這些車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，避免車輛與飛機(jī)、車輛與車輛之間出現(xiàn)沖突。目前車載模S 信標(biāo)設(shè)備在國(guó)外某些大中型機(jī)場(chǎng)已經(jīng)投入使用，在國(guó)內(nèi)個(gè)別機(jī)場(chǎng)也有試用，但還沒有普遍推廣應(yīng)用。

為了響應(yīng)民航強(qiáng)國(guó)號(hào)召，近年來國(guó)內(nèi)設(shè)備廠家大力發(fā)展場(chǎng)面多點(diǎn)定位系統(tǒng)，逐漸在全國(guó)運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)推廣應(yīng)用。該系統(tǒng)主要根據(jù)多個(gè)接收站接收飛機(jī)或車輛目標(biāo)信號(hào)的到達(dá)時(shí)間差，可以定位計(jì)算出該飛機(jī)或車輛目標(biāo)在場(chǎng)面運(yùn)動(dòng)的高精度位置。而車載模S 信標(biāo)設(shè)備作為場(chǎng)面多點(diǎn)定位系統(tǒng)的應(yīng)用支撐產(chǎn)品，不僅能為場(chǎng)面交通沖突預(yù)警提供數(shù)據(jù)，還能為路由規(guī)劃與引導(dǎo)提供計(jì)算依據(jù)，可見未來民航市場(chǎng)的潛在需求量很大。

由于現(xiàn)有我國(guó)民航行業(yè)還沒正式發(fā)布車載模S 信標(biāo)設(shè)備的技術(shù)要求，未能明確闡述該設(shè)備的功能與組成、性能指標(biāo)、環(huán)境適應(yīng)性等，這樣將給設(shè)備廠家?guī)砑夹g(shù)困擾，在缺少參考標(biāo)準(zhǔn)情況下，只能根據(jù)自己理解與經(jīng)驗(yàn)做法進(jìn)行研制生產(chǎn)設(shè)備。如果各個(gè)設(shè)備廠家所選擇設(shè)計(jì)理念和實(shí)現(xiàn)技術(shù)方法不一樣，則他們生產(chǎn)的車載模S 信標(biāo)設(shè)備將各具特色與優(yōu)缺點(diǎn)。無(wú)論是外觀樣式，還是內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能操作，均會(huì)存在較大差異。

可以看出，制定車載模S 信標(biāo)設(shè)備技術(shù)要求的作用是極其重要的，它不僅能規(guī)范設(shè)備功能與性能指標(biāo)，還能促進(jìn)設(shè)備應(yīng)用推廣，其適用范圍涉及規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造、建設(shè)、校驗(yàn)及使用等。為了能夠快速完成這項(xiàng)任務(wù)，本文結(jié)合實(shí)際運(yùn)行與測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，對(duì)車載模S 信標(biāo)設(shè)備的技術(shù)要求進(jìn)行探討，分別從一般要求、設(shè)備功能、設(shè)備電性能、設(shè)備運(yùn)行性能、環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試、監(jiān)控維護(hù)功能等六個(gè)方面進(jìn)行闡述，提出設(shè)備功能和性能指標(biāo)要求、相關(guān)測(cè)試項(xiàng)目等，為我國(guó)民航管理部門制定該技術(shù)要求提供借鑒作用。

2 技術(shù)要求

2.1 一般要求

（1）設(shè)備組成。車載模S 信標(biāo)設(shè)備通常是由發(fā)射單元、數(shù)據(jù)處理單元、時(shí)鐘模塊、天線、接口、監(jiān)控維護(hù)等部件組成，可以考慮采用模塊化或一體化設(shè)計(jì)，方便安裝和維護(hù)。

該設(shè)備是單個(gè)獨(dú)立運(yùn)行，不涉及復(fù)雜子系統(tǒng)。除了天饋部分以外，設(shè)備可采用單通道或雙通道（機(jī)）冗余配置。若是使用雙通道（機(jī)）冗余，則每個(gè)通道（機(jī)）需具有完整獨(dú)立的功能，具有自動(dòng)切換或手動(dòng)切換方式。通常該設(shè)備日常運(yùn)行是采用便攜方式靈活地安裝在車輛上。

（2）設(shè)備模塊。采用全固態(tài)半導(dǎo)體器件，要求清晰標(biāo)注部件號(hào)或序列號(hào)。具有自檢功能，能夠提供正常與故障指示。

（3）設(shè)備啟動(dòng)時(shí)間。通過模擬設(shè)備冷啟動(dòng)、軟件重啟等操作，要求啟動(dòng)時(shí)間應(yīng)不大于90 秒，而且具備在供電中斷恢復(fù)后自啟動(dòng)能力，即在無(wú)人干預(yù)的情況下應(yīng)在90秒內(nèi)恢復(fù)正常工作。

（4）設(shè)備時(shí)標(biāo)能力。設(shè)備應(yīng)具備全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）時(shí)標(biāo)和位置接收能力，能夠自動(dòng)從全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收獲取位置信息。這些位置信息將在后續(xù)功能上發(fā)揮使用。

（5）設(shè)備供電。從便攜性使用角度考慮，設(shè)備應(yīng)支持交流或直流電源供電。電源模塊具有過流、過壓保護(hù)能力。通常該設(shè)備安裝在車輛上，可借助車輛點(diǎn)煙器或者蓄電池進(jìn)行供電工作。

（6）設(shè)備防雷能力。設(shè)備應(yīng)擁有防雷設(shè)計(jì)，具備抗雷擊能力，具體措施符合MH/T 4020《民用航空通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施防雷技術(shù)規(guī)范》。

（7）設(shè)備無(wú)故障時(shí)間。要求設(shè)備平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）應(yīng)大于10000 小時(shí)，平均故障修復(fù)時(shí)間（MTTR）應(yīng)小于0.5 小時(shí)。可以參考該設(shè)備所采用的電子器件種類及組成結(jié)構(gòu)，根據(jù)相關(guān)模型進(jìn)行計(jì)算得出上述結(jié)果。

（8）設(shè)備設(shè)計(jì)壽命。設(shè)備應(yīng)能24 小時(shí)連續(xù)工作，設(shè)備設(shè)計(jì)壽命應(yīng)大于15年。一般來說，空管設(shè)備設(shè)計(jì)壽命均需達(dá)到15年以上。

2.2 設(shè)備功能

車載模S 信標(biāo)設(shè)備最主要功能是持續(xù)發(fā)射信號(hào)，及時(shí)傳遞自身態(tài)勢(shì)信息。因此需要其采用合理處理機(jī)制，盡最大可能保證號(hào)輸出連續(xù)而不中斷。

（1） 發(fā)射DF18 信息。車載模S 信標(biāo)設(shè)備采用1090MHz 數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行通信，通過持續(xù)不斷主動(dòng)向周圍發(fā)射模S 的DF18 信號(hào)，信號(hào)內(nèi)容包括本身識(shí)別碼、狀態(tài)、時(shí)間與位置信息等，須符合RTCA DO-260B 的要求。DF18 數(shù)據(jù)格式的地址碼可設(shè)置為ICAO 地址或非ICAO地址，其發(fā)射信號(hào)時(shí)間間隔約在0.4 至0.6 秒之間。車載模S 信標(biāo)設(shè)備具有類似機(jī)載ADS-B 機(jī)載設(shè)備發(fā)射功能，但其不能接收或應(yīng)答來自詢問機(jī)的詢問信號(hào)。

（2）發(fā)射故障狀態(tài)。如果設(shè)備出現(xiàn)故障，則應(yīng)該有相應(yīng)提示方式，以便用戶及時(shí)獲知?？梢宰灾靼l(fā)射狀態(tài)報(bào)文，也可以通過外接終端進(jìn)行讀取狀態(tài)信息。

2.3 設(shè)備電性能

車載模S 信標(biāo)設(shè)備電性能主要是指發(fā)射特性，應(yīng)能保證準(zhǔn)確快捷輸出，其具體項(xiàng)目說明如下：

（1）工作頻率。工作頻率為1090MHz，頻率容限1090±1MHz。在我國(guó)投產(chǎn)使用的場(chǎng)面多點(diǎn)定位系統(tǒng)或ADS-B 地面站設(shè)備均是采用1090MHz 數(shù)據(jù)鏈，這樣也是兼容考慮。

（2）峰值功率。峰值功率能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)使用即可，建議功率可設(shè)置。如果功率過小則覆蓋不到遠(yuǎn)端臺(tái)站，如果功率過大則可能會(huì)引起干擾。

（3）雜散發(fā)射。要求在兩個(gè)區(qū)間：30MHz 至1GHz 區(qū)間、大于1GHz 區(qū)間，雜散均不大于-30dBm。

（4）發(fā)射信號(hào)脈沖。發(fā)射信息格式內(nèi)容包括前導(dǎo)脈沖和數(shù)據(jù)塊。發(fā)射信號(hào)脈沖參數(shù)應(yīng)滿足ICAO 附件10 對(duì)S模式應(yīng)答機(jī)的發(fā)射脈沖特性要求，包括脈沖寬度、上升時(shí)間、下降時(shí)間等。

（5）發(fā)射信號(hào)頻譜。發(fā)射信號(hào)頻譜特性應(yīng)滿足ICAO附件10 對(duì)S 模式應(yīng)答機(jī)的發(fā)射頻譜特性要求。

關(guān)于電性能指標(biāo)，可以找國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心檢測(cè)中心出具的無(wú)線電發(fā)射設(shè)備型號(hào)核準(zhǔn)檢驗(yàn)報(bào)告。

2.4 設(shè)備運(yùn)行性能

車載模S 信標(biāo)設(shè)備運(yùn)行性能是指在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過程中所體現(xiàn)出來的相關(guān)性能。相對(duì)應(yīng)地，運(yùn)行性能測(cè)試是指設(shè)備在預(yù)期使用環(huán)境下開展的性能及功能測(cè)試，其目的是確認(rèn)設(shè)備是否滿足民用航空空中交通的使用要求或預(yù)期用途。

（1）數(shù)據(jù)更新率。要求設(shè)備在正常運(yùn)動(dòng)過程中，其更新率至少要滿足每秒輸出一次，這樣及時(shí)顯示動(dòng)態(tài)航跡。要求在處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，其更新率可以每5 秒輸出一次，因?yàn)殪o態(tài)航跡更新遲緩不影響運(yùn)行效果。

（2）區(qū)域管理。能夠設(shè)置繪制不同的工作區(qū)域和屏蔽區(qū)域。要求該設(shè)備在工作區(qū)域內(nèi)正常發(fā)射信號(hào)，而在工作區(qū)域邊界外或屏蔽區(qū)域則將會(huì)自動(dòng)停止發(fā)射信號(hào)。在具體測(cè)試過程中，駕駛載有該設(shè)備的測(cè)試車輛在覆蓋區(qū)域活動(dòng)并發(fā)射信標(biāo)信號(hào)，逐個(gè)區(qū)域穿越進(jìn)行測(cè)試確認(rèn)。

（3）定位精度。要求機(jī)動(dòng)區(qū)域的定位精度達(dá)到7.5米的置信度為95%，達(dá)到12米的置信度為99%。其中機(jī)動(dòng)區(qū)域包括跑道、滑行道、停機(jī)坪，僅指地面，不涉及空中。

（4）可靠性測(cè)試。選擇某個(gè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝試用，實(shí)施為期半年的可靠性測(cè)試，檢驗(yàn)該設(shè)備是否穩(wěn)定可靠，是否有出現(xiàn)嚴(yán)重故障或系統(tǒng)性錯(cuò)誤導(dǎo)致設(shè)備不能正常使用。安排人員每天巡視并做好記錄，以便后期查閱。

（5）可用性測(cè)試。室內(nèi)外設(shè)備和天饋單元全部安裝正常，開機(jī)前對(duì)設(shè)備接線和供電等進(jìn)行安全檢查。正常啟動(dòng)設(shè)備，在外接終端修改參數(shù)配置正常。

（6）可維護(hù)性測(cè)試。日常維護(hù)正常，檢查設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)正常。需要保持每周對(duì)設(shè)備進(jìn)行一次定期維護(hù)，并填寫可靠性測(cè)試周報(bào)表。設(shè)備更換模塊時(shí)間通常要求在30 分鐘內(nèi)。

2.5 環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試

環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試主要目的是為了驗(yàn)證該設(shè)備具備適應(yīng)相關(guān)環(huán)境的能力，測(cè)試內(nèi)容包括工作電源、室內(nèi)設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性、室外設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性等三個(gè)方面。在實(shí)際測(cè)試過程中采用兩種方式：實(shí)際測(cè)量、審核第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)出具的試驗(yàn)報(bào)告。詳細(xì)描述如下：

（1）工作電源。直流工作電源為24V 或12V（小型汽車點(diǎn)煙器插孔供電）。這里可以使用標(biāo)準(zhǔn)儀器進(jìn)行測(cè)試電壓和電流值。除了測(cè)量工作正常值，還可以測(cè)試其支持最低電壓和最高電壓，以便了解該設(shè)備的工作電源范圍。

（2）室內(nèi)設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試報(bào)告應(yīng)能滿足技術(shù)要求規(guī)定，主要內(nèi)容有工作溫度和相對(duì)濕度。這里提到的室內(nèi)設(shè)備指運(yùn)行環(huán)境在室內(nèi)場(chǎng)地，例如設(shè)備機(jī)房或者溫濕度適宜的空間。如果車載模S 信標(biāo)設(shè)備是采用模塊化設(shè)計(jì)，而且需要將部分模塊安裝在車內(nèi)，則此時(shí)可以考慮這些部分模塊。

表1 室內(nèi)設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試

（3）室外設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試報(bào)告應(yīng)能滿足技術(shù)要求規(guī)定，主要內(nèi)容含有工作溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降雨、冰雹、結(jié)冰、鹽霧、外殼防護(hù)等級(jí)。這里提到的室外設(shè)備指運(yùn)行環(huán)境在室外場(chǎng)地，承受日曬雨淋等惡劣天氣。如果車載模S 信標(biāo)設(shè)備是采用一體化設(shè)計(jì)，且安裝在室外工作的話，則全部按照室外設(shè)備來處理。換句話說，針對(duì)室外設(shè)備的八個(gè)項(xiàng)目，需要分別提供第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)出具的試驗(yàn)報(bào)告，證明該設(shè)備具有室外環(huán)境適應(yīng)的能力。

表2 室外設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試

這里需要注意一下，第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)須擁有實(shí)施該測(cè)試項(xiàng)目的資質(zhì)和能力，這樣出具的試驗(yàn)報(bào)告才被認(rèn)可。還有試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容須包含測(cè)試指標(biāo)值及以上，這樣才滿足測(cè)試要求。

2.6 監(jiān)控維護(hù)功能

車載模S 信標(biāo)設(shè)備作為一種車載移動(dòng)的傳感器，主要是為其他系統(tǒng)提供身份、時(shí)間、位置等信息，所以其對(duì)本身監(jiān)控顯示功能要求不高。目前有些廠家沒有給該設(shè)備配置相應(yīng)的顯示終端，即僅是單向?qū)ν鈴V播。常規(guī)運(yùn)維工作是通過設(shè)備線纜接口連接一部電腦主機(jī)，打開相應(yīng)軟件在配置參數(shù)界面進(jìn)行操作。借助外部電腦主機(jī)來讀取該設(shè)備的狀態(tài)信息，可以判斷其是否處于正常狀態(tài)。

（1）參數(shù)配置界面。要求具有友好的人機(jī)界面，方便用戶操作，能對(duì)用戶權(quán)限進(jìn)行分級(jí)管理。能夠?qū)υO(shè)備輸出數(shù)據(jù)格式及設(shè)備參數(shù)進(jìn)行配置，可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置信號(hào)發(fā)射模式、輸出數(shù)據(jù)項(xiàng)內(nèi)容等，這樣有利于規(guī)范化目標(biāo)標(biāo)識(shí)和標(biāo)牌內(nèi)容，更好關(guān)注目標(biāo)軌跡。在此基礎(chǔ)上，還能配合其他監(jiān)視設(shè)備進(jìn)一步做好信號(hào)質(zhì)量分析和統(tǒng)計(jì)工作。

（2）地圖配置界面。要求具有地圖配置的能力，能夠繪制多邊形或圓形區(qū)域，預(yù)先設(shè)置相應(yīng)區(qū)域是否正常顯示或屏蔽信號(hào)。該設(shè)備在使用行進(jìn)過程中，將會(huì)結(jié)合自身位置和這些區(qū)域進(jìn)行判斷是否發(fā)射信號(hào)，這樣也可以減少信號(hào)竄擾。

（3）軟件更新界面。能夠?qū)ο到y(tǒng)軟件進(jìn)行更新，能對(duì)重要操作進(jìn)行提醒和確認(rèn)。這樣最大程度避免出現(xiàn)錯(cuò)誤操作引起異常。

（4）質(zhì)量指示界面。能夠處理和展現(xiàn)設(shè)備當(dāng)前質(zhì)量指示信息，例如使用衛(wèi)星數(shù)、位置質(zhì)量等。這些信息對(duì)用戶來說，有較好的指導(dǎo)和輔助作用。

（5）狀態(tài)指示界面。能夠及時(shí)給出設(shè)備狀態(tài)指示，以便用戶快速獲知設(shè)備狀態(tài)變化，做出相應(yīng)處理措施。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著場(chǎng)面多點(diǎn)定位系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用不斷深入，其對(duì)車載模S 信標(biāo)設(shè)備功能要求也越來越高。本文根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備實(shí)際情況和以往設(shè)備測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合多點(diǎn)定位系統(tǒng)運(yùn)行需求和現(xiàn)場(chǎng)使用，對(duì)車載模S 信標(biāo)設(shè)備技術(shù)要求進(jìn)行探討并給出相關(guān)說明，為我國(guó)民航管理部門制定該技術(shù)要求而提供有用的參考依據(jù)。

展望未來研究工作，可以深入開展難度較大的課題，例如增加監(jiān)控顯示終端、新增通用告警功能、強(qiáng)化數(shù)據(jù)儲(chǔ)存功能等，通過這些措施來強(qiáng)化設(shè)備功能，使得實(shí)現(xiàn)更優(yōu)質(zhì)的監(jiān)視服務(wù)。考慮采用安全可靠的新工藝和新材料，也是以后研究方向之一。