淺析大興機場多點場面監視系統及A-SMGCS 系統引接

孫毅

（華北空管局大興空管中心技保部，北京 100621）

一、背景概述

北京大興國際機場是全國首家使用高級地面引導系統（A-SMGCS）全天候Ⅳ級運行的機場。本套A-SMGCS 主要應用于機場活動目標管理，可以有效地為塔臺管制員提供地面、進近區域監視功能、相應告警功能、航班路由規劃和燈光引導功能。確保飛機在場面區域全程處于監視狀態，以及減少管制員話音指令，提高管制效率。大興機場還建設了多點場面監視系統（MSS）作為A-SMGCS 系統場面二次監視源，避免了場監雷達作為一次監視雷達，易受雨雪等天氣影響以及建筑物或飛機反射易產生虛假目標的缺點；同時也避免了航管雷達對于地面目標定位不準確，不適于作為場面監視源的不足。大大提高了本場A-SMGCS 系統監視目標的準確性。

大興機場多點系統共建設44 個接收站，13 個發射站，分布在機場活動區及航站樓（如圖一）。經前期跑場測試以及運行中的實際統計，做到了本場完全無死角的覆蓋，且目標定位準確度達到米級（建設要求為平均5 米）。即使在低能見度運行甚至更嚴苛的Ⅲ類運行中，也為塔臺管制員提供了良好的目標監視功能。

圖一：大興機場多點系統臺站

二、多點系統定位原理介紹

多點系統MSS 的全稱為Multilateration Surveillance System，是一種基于臺站之間的信號接收時間差（TDOA -到達時間差）來定位目標的方法（如圖二），采用雙曲線定位原理，即通過一個平面和一個圓錐體的相交創建一個雙曲線，也可以定義為平面上與兩個固定焦點距離差恒定的所有點的集合（如圖三）。根據以上理論，確定二維空間中目標的位置，至少需要三個臺站；而確定三維空間目標的位置，則需要至少四個臺站，利用雙曲面定位法（如圖四）。

圖二：測量各臺站到達時間差

圖三：雙曲線定位

圖四：雙曲面定位

多點系統主要由外部站點（RXS 和TXS）和中央處理單元（CPS）組成。每個多點地面臺站接收其覆蓋范圍內空中或地面應答機信號，通過獨立的光纖傳輸到機房CPS 部分處理。信號到達CPS 部分首先經過BVIM 處理，將RXS（接收站）接收到的標準視頻信號從光學形式轉換為電形式，轉換后的信號進一步分配給MUPE板（測量單元），該單元從RXU 接收數據并測量TOA，并通過PCI 接口直接發送接收和測量的數據和狀態信息到TP 服務器。TP 即目標處理器服務器，也是CPS部分的核心，運行在TP 上的Target processing 處理軟件負責接收并評估原始數據和診斷數據，生成并轉換診斷數據和ASTERIX 格式的消息；TP 服務器同時也提供系統控制管理等功能。簡要信號及數據流程圖如下：

圖五：多點信號及數據流

經多點系統TP 處理后的多點綜合航跡，通過網線接入A-SMGCS 系統交換機，為其提供標準的ASTERIX CAT020 格式信號。

多點系統的TP 服務器為雙機熱備份狀態，目標處理軟件（Target processing）是雙冗余的，運行在兩個獨立的TP 服務器上，通過冗余的LAN 網絡獨立提供輸出數據，每個獨立的傳感器有自己的LAN 地址。這意味著兩個服務器同時進行相同的多重定位處理，并獨立產生目標報告。這樣做的原因在于在一臺服務器發生故障的情況下，另一臺服務器會持續產生目標報告，而不會出現任何中斷。且管理系統也在雙冗余的TP 服務器上運行。在A-SMGCS 系統中，多點作為一路監視源配置。

三、故障排查分析

前期，在系統測試工作中發生一例由于一臺TP 服務器故障，造成A-SMGCS系統無法收到多點信號的案例。當日，TP1 服務器突然監控狀態異常，管理軟件顯示TP1 服務器狀態異常，顯示所有外部臺站信號均無法接收，同時A-SMGCS 系統也顯示接收多點信號異常，紅色告警。立即重啟TP1 服務器，無效；懷疑非軟件原因。進入機房查看多點系統CPS 部分，一步步排查故障原因。首先查看BVIM上各臺站光纖傳輸狀態正常，指示燈正常閃爍，且另一臺TP2 服務器可正常接收各臺站信號，故排除光纖被挖斷等傳輸部分故障情況；連接顯示器查看TP1 服務器啟動狀態，發現其可正常啟動并進入操作系統，且進入系統后可正常進行打開文件等常規操作，故排除服務器核心硬件故障；且由于是所有臺站信號均無法接收處理，故初步判斷故障原因為TP1 服務器MUPE 板硬件故障（如圖）。但是定位故障點后，又產生一個新問題，即問什么處于雙機熱備份的TP2 服務器沒有輸出信號從而導致后端A-SMGCS 系統無法接收多點信號。難道是我們故障定位錯了？

圖六：發生故障的MUPE 板

再一次查看TP2 服務器，確認其工作一切正常，再通過多點系統的目標態勢軟件，查看TP2確實可以正常處理信號，可正常向A-SMGCS系統提供多點信號輸出。翻閱手冊和技術資料，也確認多點系統雙機熱備份功能，現場配置無誤。正當我們各種查找多點系統的原因陷入僵局時，突然想到，會不會是由于A-SMGCS 系統本身沒有處理或沒有接收到TP2 的信號呢？由于疫情原因，多點廠家技術人員在還未全部完成現場驗收時回國，但至今已無法再來現場。A-SMGCS 系統是根據文檔進行的相關接口配置，雙方工程師在接口方面缺乏有效溝通。經檢查A-SMGCS系統數據庫配置，在雷達配置中果然出現了意想不到的偏差。由于TP1 和TP2 服務器同時輸出信號，不用于常規的主備機（AB 機）概念，不是A 機故障時B 機切為主用向外傳輸，而是使用不同的IP 地址及端口號同時向外傳輸數據，所以在A-SMGCS 系統中需進行獨立的四條鏈路配置。就是這個原因導致A-SMGCS 系統只接收TP1 的數據而不接收TP2 的數據。至此，問題查清。立即在A-SMGCS 系統中更改相關配置文件，并重啟雷達信號處理進程（rdrrcv）使之正確處理TP2 信號（如圖）；后A-SMGCS 系統可正確處理TP2 單服務器多點信號。隨即更換故障的TP1 服務器MUPE 板卡，開機后多點系統TP1 服務器恢復正常，故障妥善解決。

圖七：修改A-SMGCS 系統TP2 配置

四、總結與展望

A-SMGCS 系統作為北京大興國際機場的核心自動化系統，在接入多點系統后在場面監視方面如虎添翼。對于A-SMGCS 系統而言，目標的準確性才是第一位的，否則剩下的航班控制（二級功能）、路由規劃（三級功能）和燈光引導（四級功能）等功能都無從談起。監視信號的準確，使得北京大興國際機場在無論是在常態航班大流量狀態下，還是在大霧、霾、雨雪等極端惡劣天氣下，仍能正常實施保障，大大提升了機場場面運行安全及效率。

目前由于多點系統仍屬于非國產化系統，在與國產A-SMGCS 系統進行交互的時候，涉及到了接口配置問題。上面的案例也讓我學習了很多。相信不久的將來，國產的多點場面監視系統完全有機會取代MSS 系統，實現空管自動化系統一體化，為后期集成塔臺系統的建設添磚加瓦。