仪表着陆系统设备混合监控网络构建

刘雪峰，胡江坤，付 晶，晁世伟

(重庆机场集团有限公司 航务管理部，重庆 401120)

1 引言

仪表着陆系统主要为空中飞机提供精准的导航着陆引导信息。根据国际民航要求，导航设备运行状态必须处于24小时不间断监控中。当监控链路开路或者监控失效时，导航设备不能再提供使用，将影响飞行安全。另外，随着机场吞吐量和通宵飞行次数的增加，导航设备的停用也将严重影响机场运行效率。

传统的仪表着陆系统主要以线缆为媒介，通过“点-点”方式，将机坪内的不同台站导航设备运行状态以及控制信息传输到监控室，实现远程监控与控制。当通信链路故障时，导航处于不可控状态，必须使用备份设备并立即进行检修，或者设备维护人员现场监控设备。这极大增加了导航设备监控压力，带来监控风险。

针对上述问题，本文提出一种混合监控网络方案，即在传统线缆监控基础上，引进光纤环网技术[1]，实现“多点-环网”监控。混合监控网络中，环网与多点互为备份，互为补充，可同时运行；并且当某一链路故障时，可自动/人工选择其它有效路径传输，有效提高仪表着陆系统设备监控效率，增加监控冗余度。

2 “点-点”监控网络介绍

一套仪表着陆系统(ILS，又称盲降)主要由航向信标、下滑信标、指点信标或DME以及附属遥控设施组成，为飞行员在低能见度下提供一个安全可靠的引导信息。

一般情况下，盲降设备与盲降设备遥控盒是分别安装在2个站点上，采用传统的线缆传输通信，即一个设备对应一个遥控盒。以南北进近的单跑道运行为例，一条跑道主要有南北2套，共4个台站，8套设备(DME，与下滑设备合装)，通信链路如图1所示。

图1 “点-点”链接图

“点-点”电缆连接为国内机场普遍采用的遥控通信方式。一台设备对应一个遥控器，监控人员根据塔台管制人员要求控制并监控设备。随着机场扩建以及周边电磁环境改变，信号衰减，传输特性不稳定，造成链路中断，失去对设备的监控与控制；同时，点对点的电缆连接方式还容易受到雷电的干扰，影响飞行安全。

一般情况下，应对这种情况，机场在布置电缆初期，往往多布置一对电缆，作为备用。当其中一对出现故障时，人工将通信链路切换到备用电缆上。但是这不能从根本解决问题。

3 “多点-环网”混合网络构建

随着通信技术的进一步发展，数字交叉复用设备已经大规模投入使用。采用数字信号具有通信的保密性好、抗干扰能力强、信号可以再生、传输效率高、工作速度快、性能稳定可靠、便于与各种通信方式如电话、电视、数据或其它数字信号的配合建立综合通信网等优点。它适合于各种传输媒介，也便于采用先进的集成技术，使设备小型化，并可降低成本。

3.1 光纤环网介绍

光纤环网[2-3]，即将不同区域设备接入各自光端机，并通过多业务接入光传输设备将光端机组成环网进行通信。当环网上任意链路或节点发生故障时，能保证该链路迅速切换到其它链路上，进行通信。

以单跑道双向盲降设备为例，环网组图如图2所示。

图2 环网图

其中，PCM是集群设备通信系统中光端机利用E1(2M)线进行传输多种业务数据的基础设备。在本方案中，它将盲降设备的串口数据信息转换成适合光纤传输的数据流，并通过环网传输。

交叉复用设备将PCM集群设备终端构成环网。当环网中任意节点链路故障时，使得节点上设备信息可以通过节点连接的其它路径传输。

与此同时，可通过监控上位机对环网进行实时监控。当某一链路故障，监控上位机可迅速诊断并产生告警，通知监控人员，有效提升监控效率。以重庆江北机场为例，环网监控上位机如图3所示。

图3 环网监控上位机

3.2 多点-环网混合

虽然环网中某一节点故障时，节点设备信息可以通过其它链路传输，但是当环网中非相邻两节点链路同时故障时，处于中间的节点设备通讯丢失，失去对设备控制。此外，采用数字设计的环网设备，可能存在死机重启现象，从而造成设备通信丢失。

所以，将传统电缆连接方式与光纤环网监融合，确保在任何情况下，至少可以保证光纤链路或者电缆链路对设备的监控，进一步提高监控冗余度，构建出“多点-环网”混合网络，即让电缆通信与光线环网同时运行，实现两路自由切换。

3.2.1 航向/下滑监控链路扩展

以国内普遍使用的NM 7000系列盲降设备[4-5]为例。传统的监控设备为遥控器，即台站航向或者下滑设备通过CI板RC接口与遥控器相连。同时还提供了2个可扩展远端接口Remote 1和Remote 2，如图4所示。

其中RC端口为4针端口，引脚定义如表1所示。

图4 CI遥控板

由此可见该端口内置FSK调制解调功能。可直接实现远距离传输，即可与监控室遥控器直接相连。

表1 RC端口定义

Remote 1和Remote 2普通9针串口，引脚定义如表2所示。

表2 Remote1和2端口定义

由此可见Remote 1和Remote 2传输距离有限。但可通过一对FSK调制解调器实现与RC端口相同的长距离传输功能。

3.2.2 DME监控链路说明

传统的DME监控有两路：一路为状态面板监控，即观察DME运行状态；一路为设备参数监控，实现设备转换/开关机控制。一般情况下，两路监控都通过电缆连接方式同时运行。

3.2.3 混合监控链路

混合监控链接方式如图5所示。

其中，对于航向台，配线架为4进4出以太网接口配线架。端口1和2对应电缆通信，端口3和4对应光纤通信。当使用电缆或者光纤通信的任意一端口时，另一端口作为备用。对于下滑台来说，配线架增加有5、6、7、8端口，用于DME监控，其余端口功能与1、2、3、4端口配置与航向台配置相同。其中5、6对应电缆通信，7、8对应光纤通信，分别可用于DME状态或者遥控监控。

图5 双路监控连接图

当两路都正常通信时，可实现光纤与电缆同时监控。当光纤环网中故障时，如果节点不能自动选择其它路径传输，可以通过调换配线架中电缆-光纤端口(即将3/4端口连接线接到1/2端口)，转移到电缆传输，实现两路电缆监控。

当电缆通信故障时，也可以选择调换配线架中电缆-光纤端口(即将1/2端口连接线接到3/4端口)，转移到环网传输，实现两路环网监控。在混合网络情况下，至少可以保证一路监控有效，提升监控冗余度，增加监控效率。

混合系统整体框架如图6所示。

图6 混合监控网络图

4 结语

针对传统仪表着陆系统设备“点-点”遥控监控方式易中断，影响运行安全这一问题，本文提出一种基于光纤与线缆的“多点-环网”混合监控方案。光纤与线缆互为补充，互为备份，并且当某路监控链路故障时，可自动选择其它监控路径，有效提高仪表着陆系统设备监控效率，增加监控冗余度，保证导航安全，为我国民用机场导航监控提供一种新思路。

[1] 孟保国,张燕梅,彭书萍.光纤环网中建立数据传输模型的方法研究[J].计算机应用研究,2011(5):1866-1868.

[2] 赵厚滨.光纤自愈环网传输线路纵联保护的研究[D].南京:东南大学，2006：10-25.

[3] 王珏敏.小型SDH光纤通信环网的同步和保护分析[J].电子世界,2013(9):9-10.

[4] 胡江坤，刘雪峰，付晶.一种辅助型盲降遥控设备语音报警器设计与实现[J].西安航空学院学报,2014(1):12-15.

[5] 曲晓峰.关于NM7000系列盲降设备遥控故障的讨论[J].数字技术与应用,2011(7):182-183．