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(dǎo)系統(tǒng)（A-SMGCS）全天候Ⅳ級運行的機場。本套A-SMGCS 主要應(yīng)用于機場活動目標(biāo)管理，可以有效地為塔臺管制員提供地面、進(jìn)近區(qū)域監(jiān)視功能、相應(yīng)告警功能、航班路由規(guī)劃和燈光引導(dǎo)功能。確保飛機在場面區(qū)域全程處于監(jiān)視狀態(tài)，以及減少管制員話音指令，提高管制效率。大興機場還建設(shè)了多點場面監(jiān)視系統(tǒng)（MSS）作為A-SMGCS 系統(tǒng)場面二次監(jiān)視源，避免了場監(jiān)雷達(dá)作為一次監(jiān)視雷達(dá)，易受雨雪等天氣影響以及建筑物或飛機反射易產(chǎn)生虛假目標(biāo)的缺點；同時也避免了航管雷達(dá)對于地面目標(biāo)定位不準(zhǔn)確，不適于作為場面監(jiān)視源的不足。大大提高了本場A-SMGCS 系統(tǒng)監(jiān)視目標(biāo)的準(zhǔn)確性。

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

圖一：大興機場多點系統(tǒng)臺站

二、多點系統(tǒng)定位原理介紹

多點系統(tǒng)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(dá)時間差）來定位目標(biāo)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(chuàng)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(jù)以上理論，確定二維空間中目標(biāo)的位置，至少需要三個臺站；而確定三維空間目標(biāo)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(dá)時間差

圖三：雙曲線定位

圖四：雙曲面定位

多點系統(tǒng)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(nèi)空中或地面應(yīng)答機信號，通過獨立的光纖傳輸?shù)綑C房CPS 部分處理。信號到達(dá)CPS 部分首先經(jīng)過BVIM 處理，將RXS（接收站）接收到的標(biāo)準(zhǔn)視頻信號從光學(xué)形式轉(zhuǎn)換為電形式，轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)一步分配給MUPE板（測量單元），該單元從RXU 接收數(shù)據(jù)并測量TOA，并通過PCI 接口直接發(fā)送接收和測量的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息到TP 服務(wù)器。TP 即目標(biāo)處理器服務(wù)器，也是CPS部分的核心，運行在TP 上的Target processing 處理軟件負(fù)責(zé)接收并評估原始數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)，生成并轉(zhuǎn)換診斷數(shù)據(jù)和ASTERIX 格式的消息；TP 服務(wù)器同時也提供系統(tǒng)控制管理等功能。簡要信號及數(shù)據(jù)流程圖如下：

圖五：多點信號及數(shù)據(jù)流

經(jīng)多點系統(tǒng)TP 處理后的多點綜合航跡，通過網(wǎng)線接入A-SMGCS 系統(tǒng)交換機，為其提供標(biāo)準(zhǔn)的ASTERIX CAT020 格式信號。

多點系統(tǒng)的TP 服務(wù)器為雙機熱備份狀態(tài)，目標(biāo)處理軟件（Target processing）是雙冗余的，運行在兩個獨立的TP 服務(wù)器上，通過冗余的LAN 網(wǎng)絡(luò)獨立提供輸出數(shù)據(jù)，每個獨立的傳感器有自己的LAN 地址。這意味著兩個服務(wù)器同時進(jìn)行相同的多重定位處理，并獨立產(chǎn)生目標(biāo)報告。這樣做的原因在于在一臺服務(wù)器發(fā)生故障的情況下，另一臺服務(wù)器會持續(xù)產(chǎn)生目標(biāo)報告，而不會出現(xiàn)任何中斷。且管理系統(tǒng)也在雙冗余的TP 服務(wù)器上運行。在A-SMGCS 系統(tǒng)中，多點作為一路監(jiān)視源配置。

三、故障排查分析

前期，在系統(tǒng)測試工作中發(fā)生一例由于一臺TP 服務(wù)器故障，造成A-SMGCS系統(tǒng)無法收到多點信號的案例。當(dāng)日，TP1 服務(wù)器突然監(jiān)控狀態(tài)異常，管理軟件顯示TP1 服務(wù)器狀態(tài)異常，顯示所有外部臺站信號均無法接收，同時A-SMGCS 系統(tǒng)也顯示接收多點信號異常，紅色告警。立即重啟TP1 服務(wù)器，無效；懷疑非軟件原因。進(jìn)入機房查看多點系統(tǒng)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(tài)正常，指示燈正常閃爍，且另一臺TP2 服務(wù)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(wù)器啟動狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)其可正常啟動并進(jìn)入操作系統(tǒng)，且進(jìn)入系統(tǒng)后可正常進(jìn)行打開文件等常規(guī)操作，故排除服務(wù)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(wù)器MUPE 板硬件故障（如圖）。但是定位故障點后，又產(chǎn)生一個新問題，即問什么處于雙機熱備份的TP2 服務(wù)器沒有輸出信號從而導(dǎo)致后端A-SMGCS 系統(tǒng)無法接收多點信號。難道是我們故障定位錯了？

圖六：發(fā)生故障的MUPE 板

再一次查看TP2 服務(wù)器，確認(rèn)其工作一切正常，再通過多點系統(tǒng)的目標(biāo)態(tài)勢軟件，查看TP2確實可以正常處理信號，可正常向A-SMGCS系統(tǒng)提供多點信號輸出。翻閱手冊和技術(shù)資料，也確認(rèn)多點系統(tǒng)雙機熱備份功能，現(xiàn)場配置無誤。正當(dāng)我們各種查找多點系統(tǒng)的原因陷入僵局時，突然想到，會不會是由于A-SMGCS 系統(tǒng)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(shù)人員在還未全部完成現(xiàn)場驗收時回國，但至今已無法再來現(xiàn)場。A-SMGCS 系統(tǒng)是根據(jù)文檔進(jìn)行的相關(guān)接口配置，雙方工程師在接口方面缺乏有效溝通。經(jīng)檢查A-SMGCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫配置，在雷達(dá)配置中果然出現(xiàn)了意想不到的偏差。由于TP1 和TP2 服務(wù)器同時輸出信號，不用于常規(guī)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(shù)據(jù)，所以在A-SMGCS 系統(tǒng)中需進(jìn)行獨立的四條鏈路配置。就是這個原因?qū)е翧-SMGCS 系統(tǒng)只接收TP1 的數(shù)據(jù)而不接收TP2 的數(shù)據(jù)。至此，問題查清。立即在A-SMGCS 系統(tǒng)中更改相關(guān)配置文件，并重啟雷達(dá)信號處理進(jìn)程（rdrrcv）使之正確處理TP2 信號（如圖）；后A-SMGCS 系統(tǒng)可正確處理TP2 單服務(wù)器多點信號。隨即更換故障的TP1 服務(wù)器MUPE 板卡，開機后多點系統(tǒng)TP1 服務(wù)器恢復(fù)正常，故障妥善解決。

圖七：修改A-SMGCS 系統(tǒng)TP2 配置

四、總結(jié)與展望

A-SMGCS 系統(tǒng)作為北京大興國際機場的核心自動化系統(tǒng)，在接入多點系統(tǒng)后在場面監(jiān)視方面如虎添翼。對于A-SMGCS 系統(tǒng)而言，目標(biāo)的準(zhǔn)確性才是第一位的，否則剩下的航班控制（二級功能）、路由規(guī)劃（三級功能）和燈光引導(dǎo)（四級功能）等功能都無從談起。監(jiān)視信號的準(zhǔn)確，使得北京大興國際機場在無論是在常態(tài)航班大流量狀態(tài)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(tǒng)仍屬于非國產(chǎn)化系統(tǒng)，在與國產(chǎn)A-SMGCS 系統(tǒng)進(jìn)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(xué)習(xí)了很多。相信不久的將來，國產(chǎn)的多點場面監(jiān)視系統(tǒng)完全有機會取代MSS 系統(tǒng)，實現(xiàn)空管自動化系統(tǒng)一體化，為后期集成塔臺系統(tǒng)的建設(shè)添磚加瓦。