基于光纤技术的仪表着陆系统状态显示信号传输的研究与实现

文/张宇

本文主要介绍利用光纤技术实现远距离传输仪表着陆系统状态显示信号的研究，以虹桥机场NORMARC 7000B 系列仪表着陆设备为例给出了具体方案。本文旨在通过介绍这一方案，提出远距离传输导航设备信号的新思路。

【关键词】仪表着陆系统（ILS） 光纤技术 信号传输

1 引言

近年来，随着我国民航事业的高速发展，越来越多的机场启用双跑道或多跑道运行模式，并将仪表着陆系统（ILS）的运行等级由CAT I 提升到CAT Ⅱ。为了避免航班落错跑道等不安全事故的发生，同时也是ILS CATⅡ运行规范的要求，技术人员需要在ILS 遥控器上安装连锁开关，同时在塔台上放置ILS 塔台状态显示板，便于管制员确认ILS 设备是否按要求正确开启。但是按照设备厂家提供的连接方案，导航集中监控室与塔台直接的电缆距离要求在十几米到几十米之间，这给导航集中监控室的设置带来了极大的限制和不便。为了解决这个难题，研究分析了NORMARC 7000B 系列ILS 设备遥控面板到塔台状态显示板的信号特征，结合虹桥机场信号现有的传输条件，制定了通过光纤进行塔台状态显示板信号传输的方案。

2 NORMARC公司提供的技术方案简述

上海虹桥国际机场为近距双跑道机场，一共安装了4 套仪表着陆系统（ILS），设备型号属于NORMARC 7000B 系列。遥控集中监控室与塔台分列两条跑道的东、西两侧，两者之间的直接距离就达到2 公里左右。为了避免航空器由于切错ILS 而落错跑道的不安全事故发生，技术人员给两条跑道的ILS 都安装了连锁开关，并且在运行时采用“只开启一套ILS，关闭其他三套ILS”的方案。所以在塔台上安装ILS 塔台状态显示板有助于管制员确认ILS 是否按需求正确开启。在NORMARC 7000B 的技术手册中，厂方给出了从遥控器（MB1346）到塔台状态显示板（SF1344）的连接方案，该方案是通过NORMARC 自定义的DB25 接口(MB1346 的P3 接口与SF1344 的P1 接口）实现信号直连，而这种点到点的传输方案其传输距离有限，虹桥导航集中监控室与塔台的实际工作位置肯定不能实现这个传输方案。

3 基于光纤技术的传输方案

通过对NORMARC 公司提供的传输方案的细化和对比，结合虹桥机场实际的传输条件，最终决定采用台湾MOXA 公司的ioLogikE2200 系列微控制器作为信号的采集/ 还原模块，并利用光纤进行远距离传输。

3.1 MOXA微控制器介绍

MOXA ioLogik E2200 系列是一种新型的主动式微控制器，可以作为RTU（RemoteTerminal Unit）来使用。主动式微控制器是一种基于PC 的数据采集和控制设备，通过主动，基于事件的报告来控制I/O 设备。它可以用软件选择I/O 通道类型，并且支持PNP 或NPN类型的传感器，拥有强大的点对点的I/O 功能，无需控制器。

在以MOXA 微控制器为核心的技术改进方案（以下简称“MOXA 方案”）中，通过和塔台管制员的需求沟通，决定只传指示灯状态信号（NORMAL——绿灯；WARNING——黄灯；ALARM——红灯），报警声信号和塔台控制信号则不提供。这样，需要传输的信号一共是24 路。因此最终确定的微控制器型号是E2212，它可以提供8 路输入通道、8 路输出通道、还有4 路通道可以根据需要自行设置成输入或输出。

3.2 MOXA方案的硬件连接及软件配置

在方案的硬件连接方面，虹桥导航室一共使用了4 台微型RTU 控制器：2 台放置在导航集中监控室，作为导控遥控器信号采集端，每台微控制器提供12 路输入通道，并将信号转换成网络信号通过光纤传输；2 台装在塔台状态显示板的机柜中，作为信号的接收端，每台微控制器提供12 路输出通道，将信号还原后传送到状态显示板上。方案的硬件连接图如图1 所示：表1 所示的是根据MOXA 方案硬件连接示意图给出的东跑道18L 方向ILS 相关部件的引脚定义和连接端口，东跑道36L 以及西跑道18R 与36L 方向ILS 相关定义和连接端口和东跑道18L 方向的类似。软件配置使用的MOXA 产品自带的编程软件，本文不做详细展开，大家可以参考相关的数据手册。在软件配置中需要注意两点：1. 所有的微控制器的IP 地址要设置在同一网段中；2. 按照上表中的连接定义设置I/O 端口，使其一一对应。以东跑道北下滑台的“NORMAL”信号举例说明，通过对两端微控制器进行软件配置后，使还原端的微控制器的DO5 端口的输出状态与采集端的微控制器的DI5 端口的输入状态保持一致，即东跑道南下滑状态显示板上的“NORMAL”（绿）灯的状态和东跑道南下滑遥控器上“NORMAL”（绿）灯的状态同步变化。

3.3 MOXA方案存在的问题和解决方法

在MOXA 方案试的运行期间发现了一个问题：即当采集端的微控制器断电或传输链路中断时，状态显示板上的指示不会发生变化，即使此时ILS 设备切换了方向，显示板上的指示仍然保持原来状态。这个问题对整个方案来说是个致命的隐患，因为它会严重干扰塔台管制员的工作。为了排除这个隐患，将所有的微控制器E2212 的固件升级到最新版本，微控制器会有一个新的功能出现，叫做Peer To PeerConnection Fail，它能够检测线路是否处于有效通信状态，并给出相应的动作。使其在检测到传输线路无效（采集端微控制器断电、传输链路中断）时，无效线路的输出端口直接输出“OFF（关闭）”信号，使得状态显示板上的指示灯灭（不亮）。而状态显示板上所有指示灯都不亮时，此时的状态显示板处于失效状态，管制员要和导航集中监控室的值班员通过电话等方式来确认ILS 设备运行状况。

4 结束语

本文作者通过对MOXA 微控制器的介绍，提出了利用光纤进行ILS 塔台状态显示板远距离信号传输的解决方案。目前方案仍处于试运行期间，运行状态良好，运行结果符合设计预期。利用光纤进行ILS 塔台状态显示板远距离信号传输的研究与实现，为日后虹桥机场开放CAT Ⅱ仪表着陆系统做好了技术储备，也给相关监视工作带来了新的思路。

参考文献

[ 1 ] N O R M A R C 7 0 1 3 B - 7 0 1 4 B I n s t r u m e n tLanding System Instruction Manual.

作者简介

张宇（1989-），男，上海市人。大学本科学历。现为民航华东空管局技术保障中心助理工程师。主要研究方向为无线电导航，天线技术，通信技术。

作者单位

民航华东空管局技术保障中心　上海市200335__