機場盲降設備在線診斷技術與可靠性分析

黃煜銘

（桂林兩江國際機場有限公司,廣西 桂林541006）

盲降系統是飛機控制系統的重要組成部分,通過對相關設備參數優化能夠提升設備使用性能,確保盲降準確性。實踐應用環節,發現設備運行中存在諸多問題,例如天線系統障礙、控制界面故障和中指點遙控登錄問題等等。通過對診斷技術的有效應用,改善了設備運行不穩定問題,使得設備服務能力改善,具備可靠性與安全性。

1 機場盲降系統組成

1.1 方向導航和距離參考

盲降系統的核心是方向導航和參考距離。本次研究中,對民用機場地面盲降臺進行分析,航向臺位于跑道遠端方向,其波束角度為較小扇形,能夠為跑道水平位置提供指引。在下滑臺位置,相關波束的仰角為3°,可為飛機相對跑道入口提供下滑道,實現對垂直位置的有效指引[1]。

距離參考系統則主要是對指點標的識別與控制。根據跑道位置的遠近將指點標定義為外指點標（OM）、中指點標（MM）和內指點標（IM）,可為飛機駕駛員提供ILS 航向臺和下滑臺波束跑道入口等精準信息。在盲降過程中,飛機依次通過OM、MM和IM,最終到達FAF 定位點,使得決斷高度得到控制。為實現對著陸高度的精準控制,測距儀和儀表著陸系統可同時安裝,使得距離信息更加精準。

1.2 目視參考系統應用

基于精密進近軌跡指示器的應用,可為飛機盲降提供相對完整下滑道位置參考,使得目視參考系統更加完善。燈光系統能夠提供夜間或低能見度情況下跑道位置信息,滿足位置距離精準要求。

1.3 盲降著陸與儀表控制

在盲降著落系統中通常需要設計VHF 航向信標臺、特高頻UHF 下滑信標臺,和高頻指點標組成。實際操作中,當飛機距離跑道足夠近位置時（通常情況下為30km）不同設備裝置會向后臺指揮中心發出無線電波,無線信號會在空中合成,并為駕駛人員設計精準可靠的盲降路線。相關路線會精準顯示在儀表盤位置上,飛行員只需要按照相關軌跡,對降落高度、速度和方位進行控制,便可將飛機平穩降落在跑道位置上,實現對盲降設備科學使用。

飛機盲降系統被廣泛應用在惡劣天氣或能見度較低的情況下。相關天氣下,飛機駕駛員使用肉眼很難發現跑道標識,通過對盲降儀表系統的合理使用,能夠為飛行員提供準確的位置、方向和下降高度指導,進而確保盲降精準度。實際操作中,盲降給飛機提供的進近著陸標準存在差異,具體將標準分為I類、II 類、III 類。各類標準主要以能見度距離進行區分。

I 類能見度不低于800m,決斷高度應超過60m；II 類盲降標準是能見度超過400m,最低決斷高度大于30m；III 類標準下,駕駛員在任何高度都不能保持清晰能見度,決斷高度不存在,但是此時應考慮足夠的中止著陸距離,對跑道視野路程進行充分考慮,確保相關指標符合盲降技術參數標準。系統設計與優化中,應特別注重對下滑設備故障診斷,通過網絡在線診斷技術與方法,對故障點進行精準識別,為后期盲降提供可靠數據參考[2]。

2 機場盲降設備在線診斷與可靠性研究

2.1 設備信號相位關系

機場盲降設備在線診斷中應對設備之間相位關系進行明確,使得系統應用更加安全可靠。例如,在下滑道飛行中,需要對平均下滑道和實際下滑道之間位置關系進行明確,以零基準下滑設計為例,上天線發射出SBO 信號,下天線則發射CSB 信號,直射波和地面反射波在空間位置進行信號合成,為達到有序控制,尋找準確的盲降路線,需要信號保持正確相位關系。在相位關系明確后飛機應朝向實際下滑道進行飛行。但是綜合考慮了實際下滑道彎曲度較小,飛機持續下滑時間很短等因素,需要對盲降參數進行管理和控制。在實際飛行中,飛機按照平均下滑道進行盲降、并對位置關系提出較高要求。

通過設備診斷技術的合理應用,能夠為飛機盲降提供準確的信號指引。具體應用環節,儀表著陸指示系統對下滑設備敏感度提出較高要求,尤其是對角位移靈敏度提出的要求。在診斷技術應用過程中,應充分考慮角位移靈敏度和扇區寬度之間關系。一般情況下,扇區寬度越窄,則設備靈敏度越高,此外,也對飛機實際下滑位置偏差進行考慮,當位置偏差角度超過0.25°時,應提示盲降故障。利用氣象雷達系統可探測前下方地形條件,目前使用組合導航方式,例如VOR/DME 慣性導航系統應用,同時配合使用衛星定位系統,如GPS、GLONASS、GALILEO 和COMPASS。為獲取全天候、高精準和實時的位置信息,至少需要4 顆衛星方可確定飛機具體位置。

2.2 在線診斷技術

圖1 下滑臺與航向臺位置關系圖

本文以民航機場地面盲降臺設備故障為研究對象,涉及的系統主要包含4 個跑道、12 個站臺、6 個航向臺設備和5 個normarc 7013b。其中6 個下滑臺設備由4 個7033b 和1 個normarc7034b。航向臺天線通常被安裝在跑道末端中心線的延長線上,距離跑道末端距離約400～500m,天線面向飛機主降方向。天線信號覆蓋范圍是中心線左右10°扇形區域內,達到46km,最小距離不少于33km。左右30°山區內,達到31km,最小距離為19km,30°以外扇區達到19km。

飛機盲降中,根據航向臺指示選擇合適的下滑面,航向面應高于下滑面,并且與下滑面的夾角大于30°。對航向面與下滑面進行控制,并對角度故障提供在線監測和預警,是確保盲降方案使用合理的關鍵。下滑臺與航向臺位置關系如圖1 所示。

在線診斷技術應用中,對設備操作系統進行了優化設計,使得跑道、站臺與航向臺位置關系合理,能夠對飛機盲降過程形成正確引導。實際操作中,應用了數字化信息技術,通過對設備故障點的在線實時定位,使得控制系統應用更加穩定可靠。

在線診斷設備受到反射信號干擾,使得信號傳輸路徑發生改變影響傳輸穩定性。為改善相關問題對地面傳輸設備和機載接收機的原因進行分析,對地面反射設備和機載天線相關問題進行明確,實現相關設備的有效診斷。通常情況下造成信號不穩定的原因主要是反射信號干擾和外來信號干擾。將反射信號干擾分為地面反射場影響、固定物體影響和移動物體影響。飛機接收的下滑信號主要包括兩個部分,分別是地面直射波和反射波,因此當直射場或地面反射波出現明顯變化,則對下滑信號指示造成直接影響,進而不利于盲降過程精準開展。

此外,盲降過程中也會受到外來信號干擾,在設備具體應用中,當信號傳輸頻率比較相近時,會形成信號疊加,造成控制點偏移,不僅影響信號接收效率,也導致下滑道不穩定。倘若信號干擾源未能出現在問題區域,應考慮跑道外端對下滑道造成的干擾。根據實踐經驗最遠處干擾源可超過10km。

2.3 盲降的可靠性

盲降系統對設備和機場凈空高提出較高要求,倘若系統發出的無線電信號被相關因素干擾,則飛機會出現重著陸和跑道偏離等嚴重事故。盲降設備本身具有較高的精準度要求,需要定期對其進行養護,提升盲降可靠性。以二類盲降為例,需要對其進行3 月一次的飛行盲降校驗,確保系統設備性能良好[3]。

根據民航總局《民用航空通信導航監視設備飛行校驗管理規則》（CCAR-86）管理規定,組織了飛行盲降校驗。實踐過程中,由于校驗飛行發生在設備優化后,因此需要對技術標準進行嚴格校驗。飛行校驗過程中,應構建診斷模型以實現對故障點有效識別,并對原始數據進行校驗,使得盲降設備朝向智能化與科學化方向發展。為確保設備運行可靠性,對故障類型進行定義,本文校驗飛行測試中,將航道調制差故障類型定義為P1、寬度調制差故障類型定義為P2、余隙調制度差故障類型記為P3、余隙射頻電平故障記為P4、余隙頻差故障類型記為P5,相關預警參數、故障組間和類別對應關系如表1 所示：

表1 設備故障預警參數、組件類型和故障類別

3 結論

綜上所述,對機場盲降設備在線診斷技術進行了分析,重點關注了設備存在主要問題,明確設備應用中,信號干擾、可靠性受到影響和盲降系統故障類型等等。在設備診斷和優化中,通過對儀表著陸系統進行異常抖動的分析,使得設備應用更加安全可靠,為飛機駕駛員盲降路線合理選擇提供了可靠的技術參考,使得下滑信號不穩定問題得到改善。