淺析NORMARC 7000B儀表著陸系統近場射頻NF RF參數超限

民航華北空管局大興空管中心 李金蕊

北京大興國際機場17L/35R跑道、17R/35L跑道和01L/19R跑道雙方向儀表著陸系統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日北京大興國際機場NORMAEC 7000B儀表著陸系統的近場射頻NF RF過低導致17R下滑設備關機事件，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工作。

儀表著陸系統作為國際民航組織的精密進場和著陸設備已經使用七十多年了。目前全世界大多數民用和軍用機場都配備了儀表著陸系統。NORMARC 7000B系列儀表著陸系統是挪威NORMARC公司生產的第四代ILS信標，該系統采用先進的電子元件及微處理器，使得整套系統集成化程度高，并具有計算機遠程控制維護和監控的優點。北京大興國際機場的四條跑道七個運行方向均引進NORMARC 7000B系列設備。此外，大興國際機場儀表著陸系統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只能選擇其中一個方向的儀表著陸系統提供服務。當風向改變塔臺管制員來電要求更換跑道運行方向時，值班員按照大興機場切換方向操作檢查單的程序進行切換跑道運行方向，扳動遙控器機柜中IL板件的開關，使其指向對應的跑道方向。

1 情況說明

2020年6月4日，北京大興國際機場17R方向儀表著陸系統下滑設備掉機。15：40位于西塔臺2層導航監控室值班員接到塔臺管制員通知切換至向南運行。15：41導航監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值班員發現17R下滑設備掉機，報塔臺管制員該設備不提供使用，查看計算機告警歷史發現17R下滑設備掉機是因為NF RF（近場射頻）參數數值降低至告警門限以下。

2 故障原因分析

2.1 分析故障發生時的操作

大興機場儀表著陸系統采用同頻互鎖方式運行。在35L設備運行期間，17R設備不能開啟發射機，設備為關閉狀態。同頻互鎖使得設備節點增多，導致故障點增多。所以，在設備安裝階段，人員在設備運行過渡工程中對互鎖裝置進行了測試，IL板件連接線松動或斷開會使互鎖裝置失效，引起在用方向設備關機。互鎖裝置連接在RC1241板件上，機殼接地不牢會使靜電引發誤觸發，使設備誤開。為保證同頻互鎖對頭方向儀表著陸系統工作正常,每周夜航結束后進行發射穩定性測試。17R方向儀表著陸系統最后測試時間為5月31日，測試結果正常。2020年4月完成的半年維護工作中也未發現電纜松動現象。

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

圖1 下滑設備系統組成框圖

2.2 分析監控信號的傳輸

17R下滑設備主要由GP機柜、天線分配單元ADU、監視混合單元MCU、下滑天線陣、近場監視天線、遙控單元、電源、RMS系統等組成，其組成框圖如圖1所示。監控參數包含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射信號取樣送到MCU模擬生成輻射場型，并送到ILS機柜的監控模塊；而NF信號則是通過在航向天線陣正前方的近場監控天線截獲設備發射出的近場信號再通過電纜送入機柜。在送入機柜后，CL、DS、CLR、NF每個信號都通過與其對應的功率分配器后轉換為兩個信號送入監控模塊中，再于監控模塊中進行快速傅里葉變換轉換為數字信號，后通過通信接口送入監控計算機中，最后通過監控軟件顯示于計算機屏幕上。以上四個信號都是通過處理之后得到需要監控的信號的DDM調制度差、SDM調制度和RF射頻電平。

設備主監控參數CL、DS、CLR、NF四個信號所產生的監控參數都為設備的監控主參數，其直接反應了設備的正常與否。直觀來講，CL航道、DS位移靈敏度、CLR余隙直接傳輸回設備，故受外界的干擾較少，抗外界環境干擾的能力強，其監控數據所反映的情況相對穩定；而NF近場監控是通過近場天線接收到的輻射信號來進行反饋，其監控數據所反映的情況在很多時候就會有漂移的現象。當季節、氣溫、濕度、外部環境變化時，下滑監控信號中的NF RF（射頻電平）值會有較大變化，而這個參數為設備的監控主參數，如超限會導致設備告警關機。電纜有著信號傳輸的作用，作用距離長、應用范圍廣、應用地點環境復雜。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）數值皆有所下降，下降數值在正常范圍內且未引起設備預警。這對于設備日常運行保障產生了一定的壓力。

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；故障發生時間恰好在15：00左右。適當放寬NF RF的門限值，避免出現因氣溫原因導致設備掉機不能正常工作的情況發生。

圖2 下滑設備場地保護區

2.3 分析導航動環監控

導航監控室采取了三種冗余備份監控手段：計算機軟件監控、遙控器面板監控、導航動環監控。導航臺站天線附近劃定的保護空間是導航信息不受干擾的一個特定區域，儀表著陸系統的保護區包括臨界區和敏感區。在日常值班中大興機場AOC通知停航后進行敏感區作業，有過下滑設備NF RF超限掉機的情況。所以，在發現掉機后第一時間查看了導航動環監控的回放，觀察17R下滑天線場地保護區有無外部環境干擾，是否符合下滑設備場地保護區要求。查看后確認無障礙物存在，雜草的高度未超過0.3m，該區也未停放車輛、機械和航空器等。下滑設備場地保護區如圖2所示。

d—根據下滑角、入口高度和地形決定；

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

3 應對措施

（1）對于同頻互鎖導致切換方向存在的安全隱患，發布風險通告，制定了相應的應對措施：復誦管制員指令，明確操作方向；完善應急預案；在跑道關閉時開啟對頭方向設備測試發射穩定性；完善切換方向操作程序，值班員應在切換后觀察CLR RF、NF RF參數3min內無明顯跳變后，再將該方向提供使用情況報塔臺管制員。

（2）經參數優化小組討論后，通過優化射頻門限設置使參數更早一步發生預警。拉大預警與告警間的數值差距，使參數跳變不易導致設備告警。

（3）將因氣溫升高而下降的CL、CLR、DS、NF四通道RF數值校準至標準值，校驗完成后，校準設備時考慮溫度影響預先對校準目標值進行修正，修正值為0.05。即在夏季溫度高時將射頻數值校準至3.05，在冬季溫度低時將射頻數值校準至2.95。

（4）完善日檢單，將參數具體數值體現在日檢單上，便于觀察參數變化趨勢。

總結：NORMARC 7000B儀表著陸系統是國際民航組織的精密進場和著陸設備，它有著很高的設備完好率、正常率，但是NORMARC 7000B儀表著陸系統的下滑天線陣、近場監控天線的電纜及其元件接口長期暴露在多變的室外環境下，受天氣、季節、濕度、溫度外部環境干擾影響大。因此，掌握信號流程圖、多種監控手段監測對于導航的維護維修人員極為重要。本文通過分析主監控參數NF RF超限導致掉機來研究其造成數據偏移超限的原因，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航動環監控系統監控下滑天線實時情況手段，為日常運行中出現的門限告警做相應的對照參考。