一種基于DTU的外指點信標遠程監控系統構建

付 晶，劉雪峰，胡江坤

（重慶機場集團有限公司 航務管理部，重慶 401120）

1 引言

指點信標（Marker Beacon）是用于航空的甚高頻無線電信標的一種特殊類型。指點信標從地面向上輻射一個扇形的垂直輻射場型，通常與儀表著陸系統（ILS）聯合起來使用，當飛機飛到指點信標覆蓋區域后就將得到該位置點信息，為飛行員提供在已經建立飛至目的地的航線中確定位置點，是一種距離提供點和檢查點。指點信標主要分為三種類型：外指點信標（OM）、中指點信標（MM）及內指點信標（IM）。外指點信標用在確定最后飛機進場定位點，這個點是位于與航向道及跑道中心線相同的航道，跑道入口前4至7海里。通常為飛機切入下滑道中高度約1 NM（2 km）的位置，并在低功率（3 W），75 MHz 的載波頻率上傳輸 400 Hz 單音信號。外指點信標天線為高指向性天線。有效信號區域是730 mx1280 m的橢圓。當飛機沿著下滑道下降過程中接收到外指點信標信號后，機載接收機面板上紫色小燈閃爍，一般此位置作為下滑道截獲點。中指點信標通常安裝在距離跑道入口前1050m處的位置。以此警示飛行員已過儀表著陸系統（ILS）I類的決斷高度點，決定是否復飛。內指點信標一般安裝在距離跑道入口75m至450m的位置處，指示燈為白色小燈[1]。

2 外指點標遠程監控現狀

外指點信標遠程監控系統由中心臺和端臺組成，中心臺位于機場導航監控室，如圖1所示。端臺位于各機場外的指點標臺。目前主要采用兩種傳輸方式對遠端導航臺設備進行監控。

圖1 外指點信標遠程監控系統中心臺框圖

方式一：采用電信固話線路，傳輸速率為56Kb。由于臺站偏遠，固話線路易受到周邊施工挖斷的影響，且日益老舊難以維護。同時固話線路接頭較多，部分裸露在地表，易受到雷電等外界環境的干擾，造成通信中斷。方式二：定向無線傳輸，中心臺架設全向天線，端臺架設定向天線，最高傳輸速率只有19.2Kb，由于周邊（木耳、寸灘）開發建設及T3航站樓的建設，高樓將阻擋和衰減無線信號，造成連接中斷或不穩定，同時架設在室外的天線還需做好避雷保護，避免雷擊。以上兩種傳輸方式都已經不能適應現有通信傳輸技術的發展需求，尋找優化替代方案已是當務之急[2]。

3 基于DTU的外指點信標遠程監控系統構建

目前移動運營商通信蜂窩網絡覆蓋范圍廣、技術成熟，能夠快速穩定的傳輸數據。同時，把固定電話線路改成光纖的成本較高，而且臺站周邊施工較多，有線傳輸線路易受破壞，帶來不安全隱患，影響設備安全。故系統設計決定采用運營商移動通信方式進行數據傳輸，實現遠程監控。

3.1 DTU功能分析

DTU（數據傳輸單元）是一種無線終端，這種終端主要用來將串行數據轉換為IP數據或者將IP數據轉換為串行數據，它是通過無線通信網絡進行數據的傳輸。DTU 模塊主要有如下功能特點：一是支持用戶串口參數設置，在實際應用中，各種用戶設備的類型不同，其對應串口的參數也不同。在DTU和用戶設備的串口相連接時，可以根據不同用戶的設備串口的實際參數來進行設置DTU的配置參數。二是設備參數可以自定義配置，實現永久保存。GPRS DTU是通訊設備的一種，在不同的應用中，數據中心的串口波特率、端口號及IP地址等參數，根據其應用的不同差異，GPRS DTU模塊能夠根據實際情況進行參數的配置。配置完成后將設置的參數保存在EEPROM或者EPFLASH等這些存儲器件中。三是模塊能夠對串口數據進行雙向轉換功能。在GPRS DTU模塊中，專門提供了接口用于進行串行數據通信。有RS485通信方式、RS232通信方式、RS422等通信方式用于數據傳輸。大多數情況下，GPRS DTU模塊把串口數據設計成“透明轉換”的方式。在不需要改變原來的數據通信內容的基礎上，串口上的原始數據能夠在GPRS DTU模塊中轉換成TCP/IP數據包進行傳送。四是在模塊的內部集成了TCP/IP協議棧，PPP撥號協議及TCP/IP協議棧均封裝在GPRS DTU的內部。從硬件上分析，該模塊集成了無線GPRS MODEM的功能和嵌入式個人計算機的功能[3]。

3.2 遠程監控系統軟硬件實現

基于以上分析思路，設計采用如下架構方案：將原有電臺發射器部分更換為DTU設備，將監控數據通過運營商3G/4G網絡傳輸到重慶機場內部網絡，再通過軟件將TCP/IP協議轉換成串口協議，在終端設備上接收串口數據，實現遠程監控功能。示意圖如圖2所示。硬件上選用工業級無線終端設備，廈門才茂DTU：CM510-21X。

軟件方式實現以太網與串口數據轉換，軟件將從指定ID號的DTU收到的數據轉發至計算機指定的虛擬物理串口，在軟件上設置轉發通道，設定串口號、波特率、數據位等相關參數。如圖3所示，圖中的設置為將ID號為10000001的DTU的數據轉發到COM1，同時COM1里的數據也會轉發到ID號為10000001的DTU。

圖2 指點信標遠程監控系統結構圖

圖3 數據轉發通道設置

然后在導航監控電腦上增加相應的虛擬串口，就可以把接收到的以太網數據進行轉換，完成到虛擬串口數據的轉換。DTU連接成功后，列表會體現相應的DTU信息，包括電話號碼、源IP地址和設備連接狀態等，另外也對轉發數據的狀況（轉入和轉出的數據流量）進行了有效監控。最終實現對指點標設備運行數據的實時監控。

4 結束語

針對傳統的外指點信標遠程監控系統所采用的固定電話撥號或定向無線數傳易受到周邊施工挖斷的影響及周邊高樓阻擋影響的特點，本文提出一種基于DTU的外指點信標遠程監控系統。該系統硬件結構簡單、功能強大、運行穩定、維護簡易、費用成本低等特點。在重慶機場投用以來，經過測試系統運行穩定，為重慶機場提供了較好的導航安全生產保障。