NM7000B航向信標遠場告警故障排查與分析

周星辰 / 中國民用航空中南地區空中交通管理局

NM7000B航向信標遠場告警故障排查與分析

周星辰 / 中國民用航空中南地區空中交通管理局

儀表著陸系統承載著現代民航機場飛機起降的導航工作，通過發射調制過的射頻信號引導飛機對準跑道安全降落。為了確保發射航向信標信號的準確性，通過定期飛行校驗對其空中形成的信號進行驗證，還需要安裝近場和遠場監控天線，接收儀表著陸系統發射的信號,通過解調信號模擬空間信號，以此檢測其是否穩定和準確。遠場監控信號簡稱FFM，當信號出現問題后也會引發設備自行切換，視為設備的故障的一種。本文將對這一故障現象進行分析和解決。

儀表著陸系統 ；航向信標；NM7000B；遠場監控網絡；FFM

引言

儀表著陸系統簡稱為“盲降”，作為當代國際民航組織指定的標準精密進場和著陸設備，目的是引導飛機安全進近和著陸。通常由航向信標、下滑信標和指點信標組成，其中航向信標提供對準跑道的水平引導，下滑信標提供降落的垂直引導，指點信標提供進近路線的距離校準點,本機場只安裝了中指點標。

航向信標的遠場監控天線安裝于跑道末端，如下圖1所示：

在一次故障中，儀表著陸系統故障表現設備參數正常，但是遠場參數FFM處于預警狀態，在飛機飛過時因變成告警狀態，引起設備反復換機。此種情況視為故障的一種，本文就此故障進行分析和排故。

1. 儀表著陸系統原理分析

1.1 航向臺（LLZ）的概念及其原理分析

1.1.1 儀表著陸系統航向臺的基本概念。

儀表著陸系統的航向臺負責給飛機提供覆蓋跑道及跑道延長線的水平方向上的引導信號，這個信號是通過調制合成，分為兩個輻射場90Hz和150Hz調制信號共同完成。在跑到中心線和跑道延長線上，一定范圍內，150Hz和90Hz調制的幅度相同，及調制度相等，這個范圍稱為“航道”。飛機在航道上時機栽設備的接收機會給出一個正確的指示，而當飛機偏向航道左側時，飛機進入90Hz占優勢的輻射場內，會得到“向右（糾正）”的指示，同樣，偏向航道右側時，會得到“向左（糾正）”的指示。

1.1.2 空間調制原理。

ILS系統的引導信號是通過比較90和150赫茲的調制度，調制度差DDM是最重要的參數。通過信號在不同天線中進行分配，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信號中兩個引導音頻的相位相反，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的數學表達式為：

一個射頻調幅波的表達式為：

通過公式可以得出，射頻載波是由以下兩個部分組成：

(1)正弦波分量，峰值是常數，

(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系統中，射頻調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，既為空間調制。將發射機內部調制系數定義為m，空間調制系數定義為s，這個參數的意義是總的邊帶分量和載波分量的比。總的邊帶分量和載波分量同相或者反向合成時，對合成信號檢波后就可以還原基波頻率了。如果這兩個分量不是同相或反相的，那么在檢波后就會形成諧波，這是我們不需要的。無疑地，出現諧波后，對正常的引導是非常不利的。

空間合成的過程中，不僅要考慮m,也要考慮s。總的調制系數

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

當CSB和SBO的相位在同一方向時，有：

這個公式是ILS系統理論中最基本的概念公式。當CSB與SBO間出現一定的相角?時，

當有相差?存在時，都會使DDM的大小發生變化。

1.1.3 近場監控天線和遠場監控天線數學模型。

近場監控天線和遠場監控天線通過接收空間調制信號，解析后得出參數，既為反向空間調制原理。

輻射場可以分成兩個部分：近場和遠場。近場是從天線開始有限的幾個波長范圍內的場，在觀察點處得到的射線可以大致認為是平行的。

1.1.4 近場監控天線和遠場監控天線工作原理

儀表著陸系統的監視的目的是為了保證設備能夠正常工作。

航向的監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，對航道線進行監視；第二種是通過對16根天線振子發射的信號進行采樣，將采集的信號在監視網絡中合成，模擬遠場航道線，既為內部監視；第三種在監視網絡中模擬航道扇區，對航道扇區的寬度和位移靈敏度進行監視。

航向外場監控天線監控原理以下以12天線陣子為例：

以12單元航向天線的監控天線為例，監控天線放置于航向天線陣前方，航道線上（或跑道延長線上），理想狀態是外場監控天線到各天線的距離相等，但理想狀態只能用于遠場情況下，而監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。

經過分析得出，理想狀態下的0度是不可能的，不妨就采用180度點（反相點），它能真實反映航向的各種參數狀態，只是顯示的參數的取值的“正負”與真實值相反而已，因此航向監控天線我們一般都設置在75米處。

遠場監控天線在NORMARC 7000B的遠場監視器接口中，由兩個主要監視器中的一個公共FFM接口（FI1392）和一個FFM控制器（FC 1391）組成。 FI 1392位于安裝在機柜內壁，在機柜內部的CI 1210 / CI 1748接口處的上方），而FC 1391卡放置在它們相應的監視器MO 1212板的旁邊。

FFM參數與監視器數據存儲等由其他監視器參數組成。

FC 1391是FFM的控制器，通過串行的消息與所連接的FFM進行交互。 從接收的FFM消息中提取FFM參數值。 將這些值與報警限值進行比較，然后通過對比本身設置的FFM告警延遲值判定告警狀態。 然后，通過使用MO 1212上與外部通道將參數值和狀態發送到相應的監視器。通用FFM告警狀態作為判定值發送到MO 1212，如果FFM處于告警狀態，告警狀態會對控制器生成告警體現在TC 1216上。

2. 航向信標故障分析及故障解決方案

2.1 航向信標遠場參數FFM告警切機現象描述

新設備安裝后，遠場監控參數在飛機降落時會受到影響，短暫的有參數跳變，變為預警狀態。此狀態的解決辦法是將FFM的告警延遲時間延長為90s，以此解決經常性的告警。如圖5所示，此情況各地盲降系統均如此設置。

在2017年的1月，氣候變化劇烈，在兩天的時間內，FFM的參數逐漸從0.0攀升為0.8，達到預警值，設備一直處于預警狀態。如圖6所示：

當再次有飛機降落，對遠場監控參數產生影響，參數達到告警值不到30秒后竟然設備判定切換發射機，反復幾次都是相同情況，引起了值班人員高度重視。

2.2 航向信標遠場參數FFM告警切機故障分析

2.2.1 氣候問題導致天線接口接觸不良。

海口氣溫潮濕，在外場的設備受到潮氣的侵蝕，天線的接口點經常會因為濕度和氣溫的變化導致性能不匹配。因此早晚的參數會出現大幅度的變化。

2.2.2 飛機下降對遠場監控參數的影響。

遠場告警天線安裝在跑道入口點，飛機經過時有巨大的震動和風向的變化，會導致天線位置的偏移，造成參數的跳變。

2.2.3 NM7000B判斷切機的原理。

由于FFM遠程參數執行告警的機制是當FFM DDM / SDM / RF參數上沒有報警時，此檢測量判定為零。當告警時間持續達到在FFM設置延遲值中配置的時間90s時，此檢測量將判定為值101。

而一般將FFM EXE AL上限告警限值設置為參數100，當系統判定超過100時，NM7000B設備將執行關閉當前在用發射機，并切換為另外一個備用發射機。（實際上，判定因FFM值參數有問題的判定值設置在1和100之間的任何值都可以使其正常工作，但如果需要執行FFM報警，建議將100作為默認值）。

對于不需要執行FFM報警，將FFM告警上限設置為高于101的數值即可（建議默認值為200）。

而當時情況是FFM參數一直處于預警狀態判定值應該一直處于，出現告警時間為超過FFM延遲設置

2.3 故障解決

值班人員在分析故障原因后，遠場監控天線進行除潮工作。

利用飛行校驗期間，對其利用螺絲再次加固，后設備參數恢復正常，故障解決。

3.結束語

通過本次故障，作為一名民航機務員，對設備的學習有更加深入了一層。NM7000B作為現在中國民航機場主流設備，各地對其的工作原理都有各自深入的了解。在不同的地方，因為其氣候的不同，NM7000B設備會有不同的問題。在海口主要的問題之一是天氣潮濕，早晚溫差大，濕度大。外場的設備雖不易破損，但會因為潮氣對外場的天線接口產生巨大的影響，使其電阻大小有變化，對設備參數有嚴重的影響。因此在海口，對于設備的參數變化要有直觀的把握，才能保證設備正常運行，保障民航安全的正常運行。

[1]《NM7000B儀表著陸設備》李炳軍 胡名波 編著，中國民航大學繼續教育學源，2011年12月.

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