機(jī)場(chǎng)盲降設(shè)備在線診斷技術(shù)與可靠性分析

黃煜銘

（桂林兩江國(guó)際機(jī)場(chǎng)有限公司,廣西 桂林541006）

盲降系統(tǒng)是飛機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分,通過(guò)對(duì)相關(guān)設(shè)備參數(shù)優(yōu)化能夠提升設(shè)備使用性能,確保盲降準(zhǔn)確性。實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié),發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中存在諸多問(wèn)題,例如天線系統(tǒng)障礙、控制界面故障和中指點(diǎn)遙控登錄問(wèn)題等等。通過(guò)對(duì)診斷技術(shù)的有效應(yīng)用,改善了設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定問(wèn)題,使得設(shè)備服務(wù)能力改善,具備可靠性與安全性。

1 機(jī)場(chǎng)盲降系統(tǒng)組成

1.1 方向?qū)Ш胶途嚯x參考

盲降系統(tǒng)的核心是方向?qū)Ш胶蛥⒖季嚯x。本次研究中,對(duì)民用機(jī)場(chǎng)地面盲降臺(tái)進(jìn)行分析,航向臺(tái)位于跑道遠(yuǎn)端方向,其波束角度為較小扇形,能夠?yàn)榕艿浪轿恢锰峁┲敢?。在下滑臺(tái)位置,相關(guān)波束的仰角為3°,可為飛機(jī)相對(duì)跑道入口提供下滑道,實(shí)現(xiàn)對(duì)垂直位置的有效指引[1]。

距離參考系統(tǒng)則主要是對(duì)指點(diǎn)標(biāo)的識(shí)別與控制。根據(jù)跑道位置的遠(yuǎn)近將指點(diǎn)標(biāo)定義為外指點(diǎn)標(biāo)（OM）、中指點(diǎn)標(biāo)（MM）和內(nèi)指點(diǎn)標(biāo)（IM）,可為飛機(jī)駕駛員提供ILS 航向臺(tái)和下滑臺(tái)波束跑道入口等精準(zhǔn)信息。在盲降過(guò)程中,飛機(jī)依次通過(guò)OM、MM和IM,最終到達(dá)FAF 定位點(diǎn),使得決斷高度得到控制。為實(shí)現(xiàn)對(duì)著陸高度的精準(zhǔn)控制,測(cè)距儀和儀表著陸系統(tǒng)可同時(shí)安裝,使得距離信息更加精準(zhǔn)。

1.2 目視參考系統(tǒng)應(yīng)用

基于精密進(jìn)近軌跡指示器的應(yīng)用,可為飛機(jī)盲降提供相對(duì)完整下滑道位置參考,使得目視參考系統(tǒng)更加完善。燈光系統(tǒng)能夠提供夜間或低能見度情況下跑道位置信息,滿足位置距離精準(zhǔn)要求。

1.3 盲降著陸與儀表控制

在盲降著落系統(tǒng)中通常需要設(shè)計(jì)VHF 航向信標(biāo)臺(tái)、特高頻UHF 下滑信標(biāo)臺(tái),和高頻指點(diǎn)標(biāo)組成。實(shí)際操作中,當(dāng)飛機(jī)距離跑道足夠近位置時(shí)（通常情況下為30km）不同設(shè)備裝置會(huì)向后臺(tái)指揮中心發(fā)出無(wú)線電波,無(wú)線信號(hào)會(huì)在空中合成,并為駕駛?cè)藛T設(shè)計(jì)精準(zhǔn)可靠的盲降路線。相關(guān)路線會(huì)精準(zhǔn)顯示在儀表盤位置上,飛行員只需要按照相關(guān)軌跡,對(duì)降落高度、速度和方位進(jìn)行控制,便可將飛機(jī)平穩(wěn)降落在跑道位置上,實(shí)現(xiàn)對(duì)盲降設(shè)備科學(xué)使用。

飛機(jī)盲降系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在惡劣天氣或能見度較低的情況下。相關(guān)天氣下,飛機(jī)駕駛員使用肉眼很難發(fā)現(xiàn)跑道標(biāo)識(shí),通過(guò)對(duì)盲降儀表系統(tǒng)的合理使用,能夠?yàn)轱w行員提供準(zhǔn)確的位置、方向和下降高度指導(dǎo),進(jìn)而確保盲降精準(zhǔn)度。實(shí)際操作中,盲降給飛機(jī)提供的進(jìn)近著陸標(biāo)準(zhǔn)存在差異,具體將標(biāo)準(zhǔn)分為I類、II 類、III 類。各類標(biāo)準(zhǔn)主要以能見度距離進(jìn)行區(qū)分。

I 類能見度不低于800m,決斷高度應(yīng)超過(guò)60m；II 類盲降標(biāo)準(zhǔn)是能見度超過(guò)400m,最低決斷高度大于30m；III 類標(biāo)準(zhǔn)下,駕駛員在任何高度都不能保持清晰能見度,決斷高度不存在,但是此時(shí)應(yīng)考慮足夠的中止著陸距離,對(duì)跑道視野路程進(jìn)行充分考慮,確保相關(guān)指標(biāo)符合盲降技術(shù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化中,應(yīng)特別注重對(duì)下滑設(shè)備故障診斷,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在線診斷技術(shù)與方法,對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別,為后期盲降提供可靠數(shù)據(jù)參考[2]。

2 機(jī)場(chǎng)盲降設(shè)備在線診斷與可靠性研究

2.1 設(shè)備信號(hào)相位關(guān)系

機(jī)場(chǎng)盲降設(shè)備在線診斷中應(yīng)對(duì)設(shè)備之間相位關(guān)系進(jìn)行明確,使得系統(tǒng)應(yīng)用更加安全可靠。例如,在下滑道飛行中,需要對(duì)平均下滑道和實(shí)際下滑道之間位置關(guān)系進(jìn)行明確,以零基準(zhǔn)下滑設(shè)計(jì)為例,上天線發(fā)射出SBO 信號(hào),下天線則發(fā)射CSB 信號(hào),直射波和地面反射波在空間位置進(jìn)行信號(hào)合成,為達(dá)到有序控制,尋找準(zhǔn)確的盲降路線,需要信號(hào)保持正確相位關(guān)系。在相位關(guān)系明確后飛機(jī)應(yīng)朝向?qū)嶋H下滑道進(jìn)行飛行。但是綜合考慮了實(shí)際下滑道彎曲度較小,飛機(jī)持續(xù)下滑時(shí)間很短等因素,需要對(duì)盲降參數(shù)進(jìn)行管理和控制。在實(shí)際飛行中,飛機(jī)按照平均下滑道進(jìn)行盲降、并對(duì)位置關(guān)系提出較高要求。

通過(guò)設(shè)備診斷技術(shù)的合理應(yīng)用,能夠?yàn)轱w機(jī)盲降提供準(zhǔn)確的信號(hào)指引。具體應(yīng)用環(huán)節(jié),儀表著陸指示系統(tǒng)對(duì)下滑設(shè)備敏感度提出較高要求,尤其是對(duì)角位移靈敏度提出的要求。在診斷技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中,應(yīng)充分考慮角位移靈敏度和扇區(qū)寬度之間關(guān)系。一般情況下,扇區(qū)寬度越窄,則設(shè)備靈敏度越高,此外,也對(duì)飛機(jī)實(shí)際下滑位置偏差進(jìn)行考慮,當(dāng)位置偏差角度超過(guò)0.25°時(shí),應(yīng)提示盲降故障。利用氣象雷達(dá)系統(tǒng)可探測(cè)前下方地形條件,目前使用組合導(dǎo)航方式,例如VOR/DME 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用,同時(shí)配合使用衛(wèi)星定位系統(tǒng),如GPS、GLONASS、GALILEO 和COMPASS。為獲取全天候、高精準(zhǔn)和實(shí)時(shí)的位置信息,至少需要4 顆衛(wèi)星方可確定飛機(jī)具體位置。

2.2 在線診斷技術(shù)

圖1 下滑臺(tái)與航向臺(tái)位置關(guān)系圖

本文以民航機(jī)場(chǎng)地面盲降臺(tái)設(shè)備故障為研究對(duì)象,涉及的系統(tǒng)主要包含4 個(gè)跑道、12 個(gè)站臺(tái)、6 個(gè)航向臺(tái)設(shè)備和5 個(gè)normarc 7013b。其中6 個(gè)下滑臺(tái)設(shè)備由4 個(gè)7033b 和1 個(gè)normarc7034b。航向臺(tái)天線通常被安裝在跑道末端中心線的延長(zhǎng)線上,距離跑道末端距離約400～500m,天線面向飛機(jī)主降方向。天線信號(hào)覆蓋范圍是中心線左右10°扇形區(qū)域內(nèi),達(dá)到46km,最小距離不少于33km。左右30°山區(qū)內(nèi),達(dá)到31km,最小距離為19km,30°以外扇區(qū)達(dá)到19km。

飛機(jī)盲降中,根據(jù)航向臺(tái)指示選擇合適的下滑面,航向面應(yīng)高于下滑面,并且與下滑面的夾角大于30°。對(duì)航向面與下滑面進(jìn)行控制,并對(duì)角度故障提供在線監(jiān)測(cè)和預(yù)警,是確保盲降方案使用合理的關(guān)鍵。下滑臺(tái)與航向臺(tái)位置關(guān)系如圖1 所示。

在線診斷技術(shù)應(yīng)用中,對(duì)設(shè)備操作系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),使得跑道、站臺(tái)與航向臺(tái)位置關(guān)系合理,能夠?qū)︼w機(jī)盲降過(guò)程形成正確引導(dǎo)。實(shí)際操作中,應(yīng)用了數(shù)字化信息技術(shù),通過(guò)對(duì)設(shè)備故障點(diǎn)的在線實(shí)時(shí)定位,使得控制系統(tǒng)應(yīng)用更加穩(wěn)定可靠。

在線診斷設(shè)備受到反射信號(hào)干擾,使得信號(hào)傳輸路徑發(fā)生改變影響傳輸穩(wěn)定性。為改善相關(guān)問(wèn)題對(duì)地面?zhèn)鬏斣O(shè)備和機(jī)載接收機(jī)的原因進(jìn)行分析,對(duì)地面反射設(shè)備和機(jī)載天線相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行明確,實(shí)現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的有效診斷。通常情況下造成信號(hào)不穩(wěn)定的原因主要是反射信號(hào)干擾和外來(lái)信號(hào)干擾。將反射信號(hào)干擾分為地面反射場(chǎng)影響、固定物體影響和移動(dòng)物體影響。飛機(jī)接收的下滑信號(hào)主要包括兩個(gè)部分,分別是地面直射波和反射波,因此當(dāng)直射場(chǎng)或地面反射波出現(xiàn)明顯變化,則對(duì)下滑信號(hào)指示造成直接影響,進(jìn)而不利于盲降過(guò)程精準(zhǔn)開展。

此外,盲降過(guò)程中也會(huì)受到外來(lái)信號(hào)干擾,在設(shè)備具體應(yīng)用中,當(dāng)信號(hào)傳輸頻率比較相近時(shí),會(huì)形成信號(hào)疊加,造成控制點(diǎn)偏移,不僅影響信號(hào)接收效率,也導(dǎo)致下滑道不穩(wěn)定。倘若信號(hào)干擾源未能出現(xiàn)在問(wèn)題區(qū)域,應(yīng)考慮跑道外端對(duì)下滑道造成的干擾。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)最遠(yuǎn)處干擾源可超過(guò)10km。

2.3 盲降的可靠性

盲降系統(tǒng)對(duì)設(shè)備和機(jī)場(chǎng)凈空高提出較高要求,倘若系統(tǒng)發(fā)出的無(wú)線電信號(hào)被相關(guān)因素干擾,則飛機(jī)會(huì)出現(xiàn)重著陸和跑道偏離等嚴(yán)重事故。盲降設(shè)備本身具有較高的精準(zhǔn)度要求,需要定期對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù),提升盲降可靠性。以二類盲降為例,需要對(duì)其進(jìn)行3 月一次的飛行盲降校驗(yàn),確保系統(tǒng)設(shè)備性能良好[3]。

根據(jù)民航總局《民用航空通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)備飛行校驗(yàn)管理規(guī)則》（CCAR-86）管理規(guī)定,組織了飛行盲降校驗(yàn)。實(shí)踐過(guò)程中,由于校驗(yàn)飛行發(fā)生在設(shè)備優(yōu)化后,因此需要對(duì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格校驗(yàn)。飛行校驗(yàn)過(guò)程中,應(yīng)構(gòu)建診斷模型以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)有效識(shí)別,并對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn),使得盲降設(shè)備朝向智能化與科學(xué)化方向發(fā)展。為確保設(shè)備運(yùn)行可靠性,對(duì)故障類型進(jìn)行定義,本文校驗(yàn)飛行測(cè)試中,將航道調(diào)制差故障類型定義為P1、寬度調(diào)制差故障類型定義為P2、余隙調(diào)制度差故障類型記為P3、余隙射頻電平故障記為P4、余隙頻差故障類型記為P5,相關(guān)預(yù)警參數(shù)、故障組間和類別對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1 所示：

表1 設(shè)備故障預(yù)警參數(shù)、組件類型和故障類別

3 結(jié)論

綜上所述,對(duì)機(jī)場(chǎng)盲降設(shè)備在線診斷技術(shù)進(jìn)行了分析,重點(diǎn)關(guān)注了設(shè)備存在主要問(wèn)題,明確設(shè)備應(yīng)用中,信號(hào)干擾、可靠性受到影響和盲降系統(tǒng)故障類型等等。在設(shè)備診斷和優(yōu)化中,通過(guò)對(duì)儀表著陸系統(tǒng)進(jìn)行異常抖動(dòng)的分析,使得設(shè)備應(yīng)用更加安全可靠,為飛機(jī)駕駛員盲降路線合理選擇提供了可靠的技術(shù)參考,使得下滑信號(hào)不穩(wěn)定問(wèn)題得到改善。