淺析NORMARC 7000B儀表著陸系統(tǒng)近場射頻NF RF參數(shù)超限

民航華北空管局大興空管中心 李金蕊

北京大興國際機(jī)場17L/35R跑道、17R/35L跑道和01L/19R跑道雙方向儀表著陸系統(tǒng)采用同頻互鎖模式運行。本文針對這個問題，通過分析2020年6月4日北京大興國際機(jī)場NORMAEC 7000B儀表著陸系統(tǒng)的近場射頻NF RF過低導(dǎo)致17R下滑設(shè)備關(guān)機(jī)事件，研究造成信號過低的原因，以便更利于值班員的日常運行維護(hù)工作。

儀表著陸系統(tǒng)作為國際民航組織的精密進(jìn)場和著陸設(shè)備已經(jīng)使用七十多年了。目前全世界大多數(shù)民用和軍用機(jī)場都配備了儀表著陸系統(tǒng)。NORMARC 7000B系列儀表著陸系統(tǒng)是挪威NORMARC公司生產(chǎn)的第四代ILS信標(biāo)，該系統(tǒng)采用先進(jìn)的電子元件及微處理器，使得整套系統(tǒng)集成化程度高，并具有計算機(jī)遠(yuǎn)程控制維護(hù)和監(jiān)控的優(yōu)點。北京大興國際機(jī)場的四條跑道七個運行方向均引進(jìn)NORMARC 7000B系列設(shè)備。此外，大興國際機(jī)場儀表著陸系統(tǒng)還采用同頻互鎖方式運行，同一跑道同頻雙向的兩套儀表著陸系統(tǒng)只能選擇其中一個方向的儀表著陸系統(tǒng)提供服務(wù)。當(dāng)風(fēng)向改變塔臺管制員來電要求更換跑道運行方向時，值班員按照大興機(jī)場切換方向操作檢查單的程序進(jìn)行切換跑道運行方向，扳動遙控器機(jī)柜中IL板件的開關(guān)，使其指向?qū)?yīng)的跑道方向。

1 情況說明

2020年6月4日，北京大興國際機(jī)場17R方向儀表著陸系統(tǒng)下滑設(shè)備掉機(jī)。15：40位于西塔臺2層導(dǎo)航監(jiān)控室值班員接到塔臺管制員通知切換至向南運行。15：41導(dǎo)航監(jiān)控室值班員按照操作程序切換完成后，通知塔臺管制員切換完畢，可以提供使用。15：44值班員發(fā)現(xiàn)17R下滑設(shè)備掉機(jī)，報塔臺管制員該設(shè)備不提供使用，查看計算機(jī)告警歷史發(fā)現(xiàn)17R下滑設(shè)備掉機(jī)是因為NF RF（近場射頻）參數(shù)數(shù)值降低至告警門限以下。

2 故障原因分析

2.1 分析故障發(fā)生時的操作

大興機(jī)場儀表著陸系統(tǒng)采用同頻互鎖方式運行。在35L設(shè)備運行期間，17R設(shè)備不能開啟發(fā)射機(jī)，設(shè)備為關(guān)閉狀態(tài)。同頻互鎖使得設(shè)備節(jié)點增多，導(dǎo)致故障點增多。所以，在設(shè)備安裝階段，人員在設(shè)備運行過渡工程中對互鎖裝置進(jìn)行了測試，IL板件連接線松動或斷開會使互鎖裝置失效，引起在用方向設(shè)備關(guān)機(jī)。互鎖裝置連接在RC1241板件上，機(jī)殼接地不牢會使靜電引發(fā)誤觸發(fā)，使設(shè)備誤開。為保證同頻互鎖對頭方向儀表著陸系統(tǒng)工作正常,每周夜航結(jié)束后進(jìn)行發(fā)射穩(wěn)定性測試。17R方向儀表著陸系統(tǒng)最后測試時間為5月31日，測試結(jié)果正常。2020年4月完成的半年維護(hù)工作中也未發(fā)現(xiàn)電纜松動現(xiàn)象。

同頻互鎖的方式是一把雙刃劍，其優(yōu)勢是節(jié)省頻率資源，而隱患就是設(shè)備發(fā)射模塊較長時間處于冷備關(guān)閉狀態(tài)，開啟時可能會發(fā)生設(shè)備工作狀態(tài)不穩(wěn)定的情況。比如近場射頻信號NF RF過低，導(dǎo)致參數(shù)告警進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備換機(jī)或關(guān)機(jī)或者在切換運行方向時容易出現(xiàn)人為操作失誤導(dǎo)致設(shè)備誤開或誤關(guān)。從2019年9月26日開航至今，未發(fā)生因互鎖裝置故障引起的不安全事件。

圖1 下滑設(shè)備系統(tǒng)組成框圖

2.2 分析監(jiān)控信號的傳輸

17R下滑設(shè)備主要由GP機(jī)柜、天線分配單元ADU、監(jiān)視混合單元MCU、下滑天線陣、近場監(jiān)視天線、遙控單元、電源、RMS系統(tǒng)等組成，其組成框圖如圖1所示。監(jiān)控參數(shù)包含CL航道、DS位移靈敏度、CLR余隙、NF近場等。其中，CL、DS和CLR這三個信號直接對發(fā)射信號取樣送到MCU模擬生成輻射場型，并送到ILS機(jī)柜的監(jiān)控模塊；而NF信號則是通過在航向天線陣正前方的近場監(jiān)控天線截獲設(shè)備發(fā)射出的近場信號再通過電纜送入機(jī)柜。在送入機(jī)柜后，CL、DS、CLR、NF每個信號都通過與其對應(yīng)的功率分配器后轉(zhuǎn)換為兩個信號送入監(jiān)控模塊中，再于監(jiān)控模塊中進(jìn)行快速傅里葉變換轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，后通過通信接口送入監(jiān)控計算機(jī)中，最后通過監(jiān)控軟件顯示于計算機(jī)屏幕上。以上四個信號都是通過處理之后得到需要監(jiān)控的信號的DDM調(diào)制度差、SDM調(diào)制度和RF射頻電平。

設(shè)備主監(jiān)控參數(shù)CL、DS、CLR、NF四個信號所產(chǎn)生的監(jiān)控參數(shù)都為設(shè)備的監(jiān)控主參數(shù)，其直接反應(yīng)了設(shè)備的正常與否。直觀來講，CL航道、DS位移靈敏度、CLR余隙直接傳輸回設(shè)備，故受外界的干擾較少，抗外界環(huán)境干擾的能力強(qiáng)，其監(jiān)控數(shù)據(jù)所反映的情況相對穩(wěn)定；而NF近場監(jiān)控是通過近場天線接收到的輻射信號來進(jìn)行反饋，其監(jiān)控數(shù)據(jù)所反映的情況在很多時候就會有漂移的現(xiàn)象。當(dāng)季節(jié)、氣溫、濕度、外部環(huán)境變化時，下滑監(jiān)控信號中的NF RF（射頻電平）值會有較大變化，而這個參數(shù)為設(shè)備的監(jiān)控主參數(shù)，如超限會導(dǎo)致設(shè)備告警關(guān)機(jī)。電纜有著信號傳輸?shù)淖饔?，作用距離長、應(yīng)用范圍廣、應(yīng)用地點環(huán)境復(fù)雜。RF射頻就是射頻電流，它是一種高頻交流變化電磁波，溫度的變化很大程度影響了電纜的阻值。自17R下滑設(shè)備4月通過飛行校驗以來，由于氣溫升高，CL（航道）、CLR（余隙）、DS（寬度）、NF（近場）四通道的RF（射頻）數(shù)值皆有所下降，下降數(shù)值在正常范圍內(nèi)且未引起設(shè)備預(yù)警。這對于設(shè)備日常運行保障產(chǎn)生了一定的壓力。

在北京的六月份室外溫度變化較大（15℃-35℃）的情況下，其NF RF有1%的變化量。在12：00左右，溫度較高，NF RF在2.90左右；在15：00左右，溫度最高，NF RF達(dá)到最低點；從8：00到10：00，早晨溫度較低，均保持在3左右；故障發(fā)生時間恰好在15：00左右。適當(dāng)放寬NF RF的門限值，避免出現(xiàn)因氣溫原因?qū)е略O(shè)備掉機(jī)不能正常工作的情況發(fā)生。

圖2 下滑設(shè)備場地保護(hù)區(qū)

2.3 分析導(dǎo)航動環(huán)監(jiān)控

導(dǎo)航監(jiān)控室采取了三種冗余備份監(jiān)控手段：計算機(jī)軟件監(jiān)控、遙控器面板監(jiān)控、導(dǎo)航動環(huán)監(jiān)控。導(dǎo)航臺站天線附近劃定的保護(hù)空間是導(dǎo)航信息不受干擾的一個特定區(qū)域，儀表著陸系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)包括臨界區(qū)和敏感區(qū)。在日常值班中大興機(jī)場AOC通知停航后進(jìn)行敏感區(qū)作業(yè)，有過下滑設(shè)備NF RF超限掉機(jī)的情況。所以，在發(fā)現(xiàn)掉機(jī)后第一時間查看了導(dǎo)航動環(huán)監(jiān)控的回放，觀察17R下滑天線場地保護(hù)區(qū)有無外部環(huán)境干擾，是否符合下滑設(shè)備場地保護(hù)區(qū)要求。查看后確認(rèn)無障礙物存在，雜草的高度未超過0.3m，該區(qū)也未停放車輛、機(jī)械和航空器等。下滑設(shè)備場地保護(hù)區(qū)如圖2所示。

d—根據(jù)下滑角、入口高度和地形決定；

Z—900m(3000 ft)或到機(jī)場邊界的距離或到平坦地形終止的距離，取其小者。

3 應(yīng)對措施

（1）對于同頻互鎖導(dǎo)致切換方向存在的安全隱患，發(fā)布風(fēng)險通告，制定了相應(yīng)的應(yīng)對措施：復(fù)誦管制員指令，明確操作方向；完善應(yīng)急預(yù)案；在跑道關(guān)閉時開啟對頭方向設(shè)備測試發(fā)射穩(wěn)定性；完善切換方向操作程序，值班員應(yīng)在切換后觀察CLR RF、NF RF參數(shù)3min內(nèi)無明顯跳變后，再將該方向提供使用情況報塔臺管制員。

（2）經(jīng)參數(shù)優(yōu)化小組討論后，通過優(yōu)化射頻門限設(shè)置使參數(shù)更早一步發(fā)生預(yù)警。拉大預(yù)警與告警間的數(shù)值差距，使參數(shù)跳變不易導(dǎo)致設(shè)備告警。

（3）將因氣溫升高而下降的CL、CLR、DS、NF四通道RF數(shù)值校準(zhǔn)至標(biāo)準(zhǔn)值，校驗完成后，校準(zhǔn)設(shè)備時考慮溫度影響預(yù)先對校準(zhǔn)目標(biāo)值進(jìn)行修正，修正值為0.05。即在夏季溫度高時將射頻數(shù)值校準(zhǔn)至3.05，在冬季溫度低時將射頻數(shù)值校準(zhǔn)至2.95。

（4）完善日檢單，將參數(shù)具體數(shù)值體現(xiàn)在日檢單上，便于觀察參數(shù)變化趨勢。

總結(jié)：NORMARC 7000B儀表著陸系統(tǒng)是國際民航組織的精密進(jìn)場和著陸設(shè)備，它有著很高的設(shè)備完好率、正常率，但是NORMARC 7000B儀表著陸系統(tǒng)的下滑天線陣、近場監(jiān)控天線的電纜及其元件接口長期暴露在多變的室外環(huán)境下，受天氣、季節(jié)、濕度、溫度外部環(huán)境干擾影響大。因此，掌握信號流程圖、多種監(jiān)控手段監(jiān)測對于導(dǎo)航的維護(hù)維修人員極為重要。本文通過分析主監(jiān)控參數(shù)NF RF超限導(dǎo)致掉機(jī)來研究其造成數(shù)據(jù)偏移超限的原因，重點研究了同頻互鎖的隱患、NF RF隨著溫度的升高成降低趨勢和導(dǎo)航動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控下滑天線實時情況手段，為日常運行中出現(xiàn)的門限告警做相應(yīng)的對照參考。