儀表著陸系統設備混合監控網絡構建

劉雪峰，胡江坤，付 晶，晁世偉

(重慶機場集團有限公司 航務管理部，重慶 401120)

1 引言

儀表著陸系統主要為空中飛機提供精準的導航著陸引導信息。根據國際民航要求，導航設備運行狀態必須處于24小時不間斷監控中。當監控鏈路開路或者監控失效時，導航設備不能再提供使用，將影響飛行安全。另外，隨著機場吞吐量和通宵飛行次數的增加，導航設備的停用也將嚴重影響機場運行效率。

傳統的儀表著陸系統主要以線纜為媒介，通過“點-點”方式，將機坪內的不同臺站導航設備運行狀態以及控制信息傳輸到監控室，實現遠程監控與控制。當通信鏈路故障時，導航處于不可控狀態，必須使用備份設備并立即進行檢修，或者設備維護人員現場監控設備。這極大增加了導航設備監控壓力，帶來監控風險。

針對上述問題，本文提出一種混合監控網絡方案，即在傳統線纜監控基礎上，引進光纖環網技術[1]，實現“多點-環網”監控。混合監控網絡中，環網與多點互為備份，互為補充，可同時運行；并且當某一鏈路故障時，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設備監控效率，增加監控冗余度。

2 “點-點”監控網絡介紹

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

一般情況下，盲降設備與盲降設備遙控盒是分別安裝在2個站點上，采用傳統的線纜傳輸通信，即一個設備對應一個遙控盒。以南北進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套設備(DME，與下滑設備合裝)，通信鏈路如圖1所示。

圖1 “點-點”鏈接圖

“點-點”電纜連接為國內機場普遍采用的遙控通信方式。一臺設備對應一個遙控器，監控人員根據塔臺管制人員要求控制并監控設備。隨著機場擴建以及周邊電磁環境改變，信號衰減，傳輸特性不穩定，造成鏈路中斷，失去對設備的監控與控制；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。當其中一對出現故障時，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-環網”混合網絡構建

隨著通信技術的進一步發展，數字交叉復用設備已經大規模投入使用。采用數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、性能穩定可靠、便于與各種通信方式如電話、電視、數據或其它數字信號的配合建立綜合通信網等優點。它適合于各種傳輸媒介，也便于采用先進的集成技術，使設備小型化，并可降低成本。

3.1 光纖環網介紹

光纖環網[2-3]，即將不同區域設備接入各自光端機，并通過多業務接入光傳輸設備將光端機組成環網進行通信。當環網上任意鏈路或節點發生故障時，能保證該鏈路迅速切換到其它鏈路上，進行通信。

以單跑道雙向盲降設備為例，環網組圖如圖2所示。

圖2 環網圖

其中，PCM是集群設備通信系統中光端機利用E1(2M)線進行傳輸多種業務數據的基礎設備。在本方案中，它將盲降設備的串口數據信息轉換成適合光纖傳輸的數據流，并通過環網傳輸。

交叉復用設備將PCM集群設備終端構成環網。當環網中任意節點鏈路故障時，使得節點上設備信息可以通過節點連接的其它路徑傳輸。

與此同時，可通過監控上位機對環網進行實時監控。當某一鏈路故障，監控上位機可迅速診斷并產生告警，通知監控人員，有效提升監控效率。以重慶江北機場為例，環網監控上位機如圖3所示。

圖3 環網監控上位機

3.2 多點-環網混合

雖然環網中某一節點故障時，節點設備信息可以通過其它鏈路傳輸，但是當環網中非相鄰兩節點鏈路同時故障時，處于中間的節點設備通訊丟失，失去對設備控制。此外，采用數字設計的環網設備，可能存在死機重啟現象，從而造成設備通信丟失。

所以，將傳統電纜連接方式與光纖環網監融合，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備的監控，進一步提高監控冗余度，構建出“多點-環網”混合網絡，即讓電纜通信與光線環網同時運行，實現兩路自由切換。

3.2.1 航向/下滑監控鏈路擴展

以國內普遍使用的NM 7000系列盲降設備[4-5]為例。傳統的監控設備為遙控器，即臺站航向或者下滑設備通過CI板RC接口與遙控器相連。同時還提供了2個可擴展遠端接口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

由此可見該端口內置FSK調制解調功能。可直接實現遠距離傳輸，即可與監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調制解調器實現與RC端口相同的長距離傳輸功能。

3.2.2 DME監控鏈路說明

傳統的DME監控有兩路：一路為狀態面板監控，即觀察DME運行狀態；一路為設備參數監控，實現設備轉換/開關機控制。一般情況下，兩路監控都通過電纜連接方式同時運行。

3.2.3 混合監控鏈路

混合監控鏈接方式如圖5所示。

其中，對于航向臺，配線架為4進4出以太網接口配線架。端口1和2對應電纜通信，端口3和4對應光纖通信。當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對應電纜通信，7、8對應光纖通信，分別可用于DME狀態或者遙控監控。

圖5 雙路監控連接圖

當兩路都正常通信時，可實現光纖與電纜同時監控。當光纖環網中故障時，如果節點不能自動選擇其它路徑傳輸，可以通過調換配線架中電纜-光纖端口(即將3/4端口連接線接到1/2端口)，轉移到電纜傳輸，實現兩路電纜監控。

當電纜通信故障時，也可以選擇調換配線架中電纜-光纖端口(即將1/2端口連接線接到3/4端口)，轉移到環網傳輸，實現兩路環網監控。在混合網絡情況下，至少可以保證一路監控有效，提升監控冗余度，增加監控效率。

混合系統整體框架如圖6所示。

圖6 混合監控網絡圖

4 結語

針對傳統儀表著陸系統設備“點-點”遙控監控方式易中斷，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-環網”混合監控方案。光纖與線纜互為補充，互為備份，并且當某路監控鏈路故障時，可自動選擇其它監控路徑，有效提高儀表著陸系統設備監控效率，增加監控冗余度，保證導航安全，為我國民用機場導航監控提供一種新思路。

[1] 孟保國,張燕梅,彭書萍.光纖環網中建立數據傳輸模型的方法研究[J].計算機應用研究,2011(5):1866-1868.

[2] 趙厚濱.光纖自愈環網傳輸線路縱聯保護的研究[D].南京:東南大學，2006：10-25.

[3] 王玨敏.小型SDH光纖通信環網的同步和保護分析[J].電子世界,2013(9):9-10.

[4] 胡江坤，劉雪峰，付晶.一種輔助型盲降遙控設備語音報警器設計與實現[J].西安航空學院學報,2014(1):12-15.

[5] 曲曉峰.關于NM7000系列盲降設備遙控故障的討論[J].數字技術與應用,2011(7):182-183．