車載模S 信標設備技術要求的探討

邱志豪

（民航中南空管局，廣東 廣州510403）

1 概述

車載模S 信標設備是一種基于全球衛星定位系統和利用數據鏈進行無線通信完成信息傳遞，從而達到交通監視目的的設備。換句話說，可以將它看作是一個移動的信號發射源，通過便攜式安裝在機場區域運動的車輛上，借助場面多點定位系統或ADS-B 地面站設備的監控功能對這些車輛進行實時監視，避免車輛與飛機、車輛與車輛之間出現沖突。目前車載模S 信標設備在國外某些大中型機場已經投入使用，在國內個別機場也有試用，但還沒有普遍推廣應用。

為了響應民航強國號召，近年來國內設備廠家大力發展場面多點定位系統，逐漸在全國運輸機場推廣應用。該系統主要根據多個接收站接收飛機或車輛目標信號的到達時間差，可以定位計算出該飛機或車輛目標在場面運動的高精度位置。而車載模S 信標設備作為場面多點定位系統的應用支撐產品，不僅能為場面交通沖突預警提供數據，還能為路由規劃與引導提供計算依據，可見未來民航市場的潛在需求量很大。

由于現有我國民航行業還沒正式發布車載模S 信標設備的技術要求，未能明確闡述該設備的功能與組成、性能指標、環境適應性等，這樣將給設備廠家帶來技術困擾，在缺少參考標準情況下，只能根據自己理解與經驗做法進行研制生產設備。如果各個設備廠家所選擇設計理念和實現技術方法不一樣，則他們生產的車載模S 信標設備將各具特色與優缺點。無論是外觀樣式，還是內部結構和功能操作，均會存在較大差異。

可以看出，制定車載模S 信標設備技術要求的作用是極其重要的，它不僅能規范設備功能與性能指標，還能促進設備應用推廣，其適用范圍涉及規劃、設計、制造、建設、校驗及使用等。為了能夠快速完成這項任務，本文結合實際運行與測試經驗，對車載模S 信標設備的技術要求進行探討，分別從一般要求、設備功能、設備電性能、設備運行性能、環境適應性測試、監控維護功能等六個方面進行闡述，提出設備功能和性能指標要求、相關測試項目等，為我國民航管理部門制定該技術要求提供借鑒作用。

2 技術要求

2.1 一般要求

（1）設備組成。車載模S 信標設備通常是由發射單元、數據處理單元、時鐘模塊、天線、接口、監控維護等部件組成，可以考慮采用模塊化或一體化設計，方便安裝和維護。

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

（2）設備模塊。采用全固態半導體器件，要求清晰標注部件號或序列號。具有自檢功能，能夠提供正常與故障指示。

（3）設備啟動時間。通過模擬設備冷啟動、軟件重啟等操作，要求啟動時間應不大于90 秒，而且具備在供電中斷恢復后自啟動能力，即在無人干預的情況下應在90秒內恢復正常工作。

（4）設備時標能力。設備應具備全球導航衛星系統（GNSS）時標和位置接收能力，能夠自動從全球導航衛星系統接收獲取位置信息。這些位置信息將在后續功能上發揮使用。

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

（6）設備防雷能力。設備應擁有防雷設計，具備抗雷擊能力，具體措施符合MH/T 4020《民用航空通信導航監視設施防雷技術規范》。

（7）設備無故障時間。要求設備平均無故障時間（MTBF）應大于10000 小時，平均故障修復時間（MTTR）應小于0.5 小時?？梢詤⒖荚撛O備所采用的電子器件種類及組成結構，根據相關模型進行計算得出上述結果。

（8）設備設計壽命。設備應能24 小時連續工作，設備設計壽命應大于15年。一般來說，空管設備設計壽命均需達到15年以上。

2.2 設備功能

車載模S 信標設備最主要功能是持續發射信號，及時傳遞自身態勢信息。因此需要其采用合理處理機制，盡最大可能保證號輸出連續而不中斷。

（1） 發射DF18 信息。車載模S 信標設備采用1090MHz 數據鏈進行通信，通過持續不斷主動向周圍發射模S 的DF18 信號，信號內容包括本身識別碼、狀態、時間與位置信息等，須符合RTCA DO-260B 的要求。DF18 數據格式的地址碼可設置為ICAO 地址或非ICAO地址，其發射信號時間間隔約在0.4 至0.6 秒之間。車載模S 信標設備具有類似機載ADS-B 機載設備發射功能，但其不能接收或應答來自詢問機的詢問信號。

（2）發射故障狀態。如果設備出現故障，則應該有相應提示方式，以便用戶及時獲知?？梢宰灾靼l射狀態報文，也可以通過外接終端進行讀取狀態信息。

2.3 設備電性能

車載模S 信標設備電性能主要是指發射特性，應能保證準確快捷輸出，其具體項目說明如下：

（1）工作頻率。工作頻率為1090MHz，頻率容限1090±1MHz。在我國投產使用的場面多點定位系統或ADS-B 地面站設備均是采用1090MHz 數據鏈，這樣也是兼容考慮。

（2）峰值功率。峰值功率能夠滿足現場使用即可，建議功率可設置。如果功率過小則覆蓋不到遠端臺站，如果功率過大則可能會引起干擾。

（3）雜散發射。要求在兩個區間：30MHz 至1GHz 區間、大于1GHz 區間，雜散均不大于-30dBm。

（4）發射信號脈沖。發射信息格式內容包括前導脈沖和數據塊。發射信號脈沖參數應滿足ICAO 附件10 對S模式應答機的發射脈沖特性要求，包括脈沖寬度、上升時間、下降時間等。

（5）發射信號頻譜。發射信號頻譜特性應滿足ICAO附件10 對S 模式應答機的發射頻譜特性要求。

關于電性能指標，可以找國家無線電監測中心檢測中心出具的無線電發射設備型號核準檢驗報告。

2.4 設備運行性能

車載模S 信標設備運行性能是指在現場運行過程中所體現出來的相關性能。相對應地，運行性能測試是指設備在預期使用環境下開展的性能及功能測試，其目的是確認設備是否滿足民用航空空中交通的使用要求或預期用途。

（1）數據更新率。要求設備在正常運動過程中，其更新率至少要滿足每秒輸出一次，這樣及時顯示動態航跡。要求在處于靜止狀態時，其更新率可以每5 秒輸出一次，因為靜態航跡更新遲緩不影響運行效果。

（2）區域管理。能夠設置繪制不同的工作區域和屏蔽區域。要求該設備在工作區域內正常發射信號，而在工作區域邊界外或屏蔽區域則將會自動停止發射信號。在具體測試過程中，駕駛載有該設備的測試車輛在覆蓋區域活動并發射信標信號，逐個區域穿越進行測試確認。

（3）定位精度。要求機動區域的定位精度達到7.5米的置信度為95%，達到12米的置信度為99%。其中機動區域包括跑道、滑行道、停機坪，僅指地面，不涉及空中。

（4）可靠性測試。選擇某個現場進行安裝試用，實施為期半年的可靠性測試，檢驗該設備是否穩定可靠，是否有出現嚴重故障或系統性錯誤導致設備不能正常使用。安排人員每天巡視并做好記錄，以便后期查閱。

（5）可用性測試。室內外設備和天饋單元全部安裝正常，開機前對設備接線和供電等進行安全檢查。正常啟動設備，在外接終端修改參數配置正常。

（6）可維護性測試。日常維護正常，檢查設備運行狀態正常。需要保持每周對設備進行一次定期維護，并填寫可靠性測試周報表。設備更換模塊時間通常要求在30 分鐘內。

2.5 環境適應性測試

環境適應性測試主要目的是為了驗證該設備具備適應相關環境的能力，測試內容包括工作電源、室內設備環境適應性、室外設備環境適應性等三個方面。在實際測試過程中采用兩種方式：實際測量、審核第三方權威機構出具的試驗報告。詳細描述如下：

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

（2）室內設備環境適應性測試報告應能滿足技術要求規定，主要內容有工作溫度和相對濕度。這里提到的室內設備指運行環境在室內場地，例如設備機房或者溫濕度適宜的空間。如果車載模S 信標設備是采用模塊化設計，而且需要將部分模塊安裝在車內，則此時可以考慮這些部分模塊。

表1 室內設備環境適應性測試

（3）室外設備環境適應性測試報告應能滿足技術要求規定，主要內容含有工作溫度、相對濕度、風速、降雨、冰雹、結冰、鹽霧、外殼防護等級。這里提到的室外設備指運行環境在室外場地，承受日曬雨淋等惡劣天氣。如果車載模S 信標設備是采用一體化設計，且安裝在室外工作的話，則全部按照室外設備來處理。換句話說，針對室外設備的八個項目，需要分別提供第三方權威機構出具的試驗報告，證明該設備具有室外環境適應的能力。

表2 室外設備環境適應性測試

這里需要注意一下，第三方權威機構須擁有實施該測試項目的資質和能力，這樣出具的試驗報告才被認可。還有試驗報告內容須包含測試指標值及以上，這樣才滿足測試要求。

2.6 監控維護功能

車載模S 信標設備作為一種車載移動的傳感器，主要是為其他系統提供身份、時間、位置等信息，所以其對本身監控顯示功能要求不高。目前有些廠家沒有給該設備配置相應的顯示終端，即僅是單向對外廣播。常規運維工作是通過設備線纜接口連接一部電腦主機，打開相應軟件在配置參數界面進行操作。借助外部電腦主機來讀取該設備的狀態信息，可以判斷其是否處于正常狀態。

（1）參數配置界面。要求具有友好的人機界面，方便用戶操作，能對用戶權限進行分級管理。能夠對設備輸出數據格式及設備參數進行配置，可根據實際情況設置信號發射模式、輸出數據項內容等，這樣有利于規范化目標標識和標牌內容，更好關注目標軌跡。在此基礎上，還能配合其他監視設備進一步做好信號質量分析和統計工作。

（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域，預先設置相應區域是否正常顯示或屏蔽信號。該設備在使用行進過程中，將會結合自身位置和這些區域進行判斷是否發射信號，這樣也可以減少信號竄擾。

（3）軟件更新界面。能夠對系統軟件進行更新，能對重要操作進行提醒和確認。這樣最大程度避免出現錯誤操作引起異常。

（4）質量指示界面。能夠處理和展現設備當前質量指示信息，例如使用衛星數、位置質量等。這些信息對用戶來說，有較好的指導和輔助作用。

（5）狀態指示界面。能夠及時給出設備狀態指示，以便用戶快速獲知設備狀態變化，做出相應處理措施。

3 結束語

隨著場面多點定位系統技術應用不斷深入，其對車載模S 信標設備功能要求也越來越高。本文根據現有設備實際情況和以往設備測試經驗，結合多點定位系統運行需求和現場使用，對車載模S 信標設備技術要求進行探討并給出相關說明，為我國民航管理部門制定該技術要求而提供有用的參考依據。

展望未來研究工作，可以深入開展難度較大的課題，例如增加監控顯示終端、新增通用告警功能、強化數據儲存功能等，通過這些措施來強化設備功能，使得實現更優質的監視服務?？紤]采用安全可靠的新工藝和新材料，也是以后研究方向之一。