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        淺析大興機(jī)場(chǎng)多點(diǎn)場(chǎng)面監(jiān)視系統(tǒng)及A-SMGCS 系統(tǒng)引接

        2021-12-14 06:40:40孫毅
        魅力中國 2021年52期
        關(guān)鍵詞:臺(tái)站機(jī)場(chǎng)服務(wù)器

        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(jī)場(chǎng)是全國首家使用高級(jí)地面引導(dǎo)系統(tǒng)(A-SMGCS)全天候Ⅳ級(jí)運(yùn)行的機(jī)場(chǎng)。本套A-SMGCS 主要應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)活動(dòng)目標(biāo)管理,可以有效地為塔臺(tái)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(jī)在場(chǎng)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(jī)場(chǎng)還建設(shè)了多點(diǎn)場(chǎng)面監(jiān)視系統(tǒng)(MSS)作為A-SMGCS 系統(tǒng)場(chǎng)面二次監(jiān)視源,避免了場(chǎng)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(jī)反射易產(chǎn)生虛假目標(biāo)的缺點(diǎn);同時(shí)也避免了航管雷達(dá)對(duì)于地面目標(biāo)定位不準(zhǔn)確,不適于作為場(chǎng)面監(jiān)視源的不足。大大提高了本場(chǎng)A-SMGCS 系統(tǒng)監(jiān)視目標(biāo)的準(zhǔn)確性。

        大興機(jī)場(chǎng)多點(diǎn)系統(tǒng)共建設(shè)44 個(gè)接收站,13 個(gè)發(fā)射站,分布在機(jī)場(chǎng)活動(dòng)區(qū)及航站樓(如圖一)。經(jīng)前期跑場(chǎng)測(cè)試以及運(yùn)行中的實(shí)際統(tǒng)計(jì),做到了本場(chǎng)完全無死角的覆蓋,且目標(biāo)定位準(zhǔn)確度達(dá)到米級(jí)(建設(shè)要求為平均5 米)。即使在低能見度運(yùn)行甚至更嚴(yán)苛的Ⅲ類運(yùn)行中,也為塔臺(tái)管制員提供了良好的目標(biāo)監(jiān)視功能。

        圖一:大興機(jī)場(chǎng)多點(diǎn)系統(tǒng)臺(tái)站

        二、多點(diǎn)系統(tǒng)定位原理介紹

        多點(diǎn)系統(tǒng)MSS 的全稱為Multilateration Surveillance System,是一種基于臺(tái)站之間的信號(hào)接收時(shí)間差(TDOA -到達(dá)時(shí)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(gè)平面和一個(gè)圓錐體的相交創(chuàng)建一個(gè)雙曲線,也可以定義為平面上與兩個(gè)固定焦點(diǎn)距離差恒定的所有點(diǎn)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(gè)臺(tái)站;而確定三維空間目標(biāo)的位置,則需要至少四個(gè)臺(tái)站,利用雙曲面定位法(如圖四)。

        圖二:測(cè)量各臺(tái)站到達(dá)時(shí)間差

        圖三:雙曲線定位

        圖四:雙曲面定位

        多點(diǎn)系統(tǒng)主要由外部站點(diǎn)(RXS 和TXS)和中央處理單元(CPS)組成。每個(gè)多點(diǎn)地面臺(tái)站接收其覆蓋范圍內(nèi)空中或地面應(yīng)答機(jī)信號(hào),通過獨(dú)立的光纖傳輸?shù)綑C(jī)房CPS 部分處理。信號(hào)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(hào)從光學(xué)形式轉(zhuǎn)換為電形式,轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)一步分配給MUPE板(測(cè)量單元),該單元從RXU 接收數(shù)據(jù)并測(cè)量TOA,并通過PCI 接口直接發(fā)送接收和測(cè)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(yùn)行在TP 上的Target processing 處理軟件負(fù)責(zé)接收并評(píng)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(shí)也提供系統(tǒng)控制管理等功能。簡(jiǎn)要信號(hào)及數(shù)據(jù)流程圖如下:

        圖五:多點(diǎn)信號(hào)及數(shù)據(jù)流

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

        多點(diǎn)系統(tǒng)的TP 服務(wù)器為雙機(jī)熱備份狀態(tài),目標(biāo)處理軟件(Target processing)是雙冗余的,運(yùn)行在兩個(gè)獨(dú)立的TP 服務(wù)器上,通過冗余的LAN 網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立提供輸出數(shù)據(jù),每個(gè)獨(dú)立的傳感器有自己的LAN 地址。這意味著兩個(gè)服務(wù)器同時(shí)進(jìn)行相同的多重定位處理,并獨(dú)立產(chǎn)生目標(biāo)報(bào)告。這樣做的原因在于在一臺(tái)服務(wù)器發(fā)生故障的情況下,另一臺(tái)服務(wù)器會(huì)持續(xù)產(chǎn)生目標(biāo)報(bào)告,而不會(huì)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(yùn)行。在A-SMGCS 系統(tǒng)中,多點(diǎn)作為一路監(jiān)視源配置。

        三、故障排查分析

        前期,在系統(tǒng)測(cè)試工作中發(fā)生一例由于一臺(tái)TP 服務(wù)器故障,造成A-SMGCS系統(tǒng)無法收到多點(diǎn)信號(hào)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(tái)站信號(hào)均無法接收,同時(shí)A-SMGCS 系統(tǒng)也顯示接收多點(diǎn)信號(hào)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(jī)房查看多點(diǎn)系統(tǒng)CPS 部分,一步步排查故障原因。首先查看BVIM上各臺(tái)站光纖傳輸狀態(tài)正常,指示燈正常閃爍,且另一臺(tái)TP2 服務(wù)器可正常接收各臺(tái)站信號(hào),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(dòng)狀態(tài),發(fā)現(xiàn)其可正常啟動(dòng)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(tái)站信號(hào)均無法接收處理,故初步判斷故障原因?yàn)門P1 服務(wù)器MUPE 板硬件故障(如圖)。但是定位故障點(diǎn)后,又產(chǎn)生一個(gè)新問題,即問什么處于雙機(jī)熱備份的TP2 服務(wù)器沒有輸出信號(hào)從而導(dǎo)致后端A-SMGCS 系統(tǒng)無法接收多點(diǎn)信號(hào)。難道是我們故障定位錯(cuò)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(diǎn)系統(tǒng)的目標(biāo)態(tài)勢(shì)軟件,查看TP2確實(shí)可以正常處理信號(hào),可正常向A-SMGCS系統(tǒng)提供多點(diǎn)信號(hào)輸出。翻閱手冊(cè)和技術(shù)資料,也確認(rèn)多點(diǎn)系統(tǒng)雙機(jī)熱備份功能,現(xiàn)場(chǎng)配置無誤。正當(dāng)我們各種查找多點(diǎn)系統(tǒng)的原因陷入僵局時(shí),突然想到,會(huì)不會(huì)是由于A-SMGCS 系統(tǒng)本身沒有處理或沒有接收到TP2 的信號(hào)呢?由于疫情原因,多點(diǎn)廠家技術(shù)人員在還未全部完成現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收時(shí)回國,但至今已無法再來現(xiàn)場(chǎng)。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(shí)輸出信號(hào),不用于常規(guī)的主備機(jī)(AB 機(jī))概念,不是A 機(jī)故障時(shí)B 機(jī)切為主用向外傳輸,而是使用不同的IP 地址及端口號(hào)同時(shí)向外傳輸數(shù)據(jù),所以在A-SMGCS 系統(tǒng)中需進(jìn)行獨(dú)立的四條鏈路配置。就是這個(gè)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(hào)處理進(jìn)程(rdrrcv)使之正確處理TP2 信號(hào)(如圖);后A-SMGCS 系統(tǒng)可正確處理TP2 單服務(wù)器多點(diǎn)信號(hào)。隨即更換故障的TP1 服務(wù)器MUPE 板卡,開機(jī)后多點(diǎn)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(jī)場(chǎng)的核心自動(dòng)化系統(tǒng),在接入多點(diǎn)系統(tǒng)后在場(chǎng)面監(jiān)視方面如虎添翼。對(duì)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(jí)功能)、路由規(guī)劃(三級(jí)功能)和燈光引導(dǎo)(四級(jí)功能)等功能都無從談起。監(jiān)視信號(hào)的準(zhǔn)確,使得北京大興國際機(jī)場(chǎng)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(shí)施保障,大大提升了機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行安全及效率。

        目前由于多點(diǎn)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(shí)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(diǎn)場(chǎng)面監(jiān)視系統(tǒng)完全有機(jī)會(huì)取代MSS 系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)空管自動(dòng)化系統(tǒng)一體化,為后期集成塔臺(tái)系統(tǒng)的建設(shè)添磚加瓦。

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