机场盲降设备在线诊断技术与可靠性分析

黄煜铭

（桂林两江国际机场有限公司,广西 桂林541006）

盲降系统是飞机控制系统的重要组成部分,通过对相关设备参数优化能够提升设备使用性能,确保盲降准确性。实践应用环节,发现设备运行中存在诸多问题,例如天线系统障碍、控制界面故障和中指点遥控登录问题等等。通过对诊断技术的有效应用,改善了设备运行不稳定问题,使得设备服务能力改善,具备可靠性与安全性。

1 机场盲降系统组成

1.1 方向导航和距离参考

盲降系统的核心是方向导航和参考距离。本次研究中,对民用机场地面盲降台进行分析,航向台位于跑道远端方向,其波束角度为较小扇形,能够为跑道水平位置提供指引。在下滑台位置,相关波束的仰角为3°,可为飞机相对跑道入口提供下滑道,实现对垂直位置的有效指引[1]。

距离参考系统则主要是对指点标的识别与控制。根据跑道位置的远近将指点标定义为外指点标（OM）、中指点标（MM）和内指点标（IM）,可为飞机驾驶员提供ILS 航向台和下滑台波束跑道入口等精准信息。在盲降过程中,飞机依次通过OM、MM和IM,最终到达FAF 定位点,使得决断高度得到控制。为实现对着陆高度的精准控制,测距仪和仪表着陆系统可同时安装,使得距离信息更加精准。

1.2 目视参考系统应用

基于精密进近轨迹指示器的应用,可为飞机盲降提供相对完整下滑道位置参考,使得目视参考系统更加完善。灯光系统能够提供夜间或低能见度情况下跑道位置信息,满足位置距离精准要求。

1.3 盲降着陆与仪表控制

在盲降着落系统中通常需要设计VHF 航向信标台、特高频UHF 下滑信标台,和高频指点标组成。实际操作中,当飞机距离跑道足够近位置时（通常情况下为30km）不同设备装置会向后台指挥中心发出无线电波,无线信号会在空中合成,并为驾驶人员设计精准可靠的盲降路线。相关路线会精准显示在仪表盘位置上,飞行员只需要按照相关轨迹,对降落高度、速度和方位进行控制,便可将飞机平稳降落在跑道位置上,实现对盲降设备科学使用。

飞机盲降系统被广泛应用在恶劣天气或能见度较低的情况下。相关天气下,飞机驾驶员使用肉眼很难发现跑道标识,通过对盲降仪表系统的合理使用,能够为飞行员提供准确的位置、方向和下降高度指导,进而确保盲降精准度。实际操作中,盲降给飞机提供的进近着陆标准存在差异,具体将标准分为I类、II 类、III 类。各类标准主要以能见度距离进行区分。

I 类能见度不低于800m,决断高度应超过60m；II 类盲降标准是能见度超过400m,最低决断高度大于30m；III 类标准下,驾驶员在任何高度都不能保持清晰能见度,决断高度不存在,但是此时应考虑足够的中止着陆距离,对跑道视野路程进行充分考虑,确保相关指标符合盲降技术参数标准。系统设计与优化中,应特别注重对下滑设备故障诊断,通过网络在线诊断技术与方法,对故障点进行精准识别,为后期盲降提供可靠数据参考[2]。

2 机场盲降设备在线诊断与可靠性研究

2.1 设备信号相位关系

机场盲降设备在线诊断中应对设备之间相位关系进行明确,使得系统应用更加安全可靠。例如,在下滑道飞行中,需要对平均下滑道和实际下滑道之间位置关系进行明确,以零基准下滑设计为例,上天线发射出SBO 信号,下天线则发射CSB 信号,直射波和地面反射波在空间位置进行信号合成,为达到有序控制,寻找准确的盲降路线,需要信号保持正确相位关系。在相位关系明确后飞机应朝向实际下滑道进行飞行。但是综合考虑了实际下滑道弯曲度较小,飞机持续下滑时间很短等因素,需要对盲降参数进行管理和控制。在实际飞行中,飞机按照平均下滑道进行盲降、并对位置关系提出较高要求。

通过设备诊断技术的合理应用,能够为飞机盲降提供准确的信号指引。具体应用环节,仪表着陆指示系统对下滑设备敏感度提出较高要求,尤其是对角位移灵敏度提出的要求。在诊断技术应用过程中,应充分考虑角位移灵敏度和扇区宽度之间关系。一般情况下,扇区宽度越窄,则设备灵敏度越高,此外,也对飞机实际下滑位置偏差进行考虑,当位置偏差角度超过0.25°时,应提示盲降故障。利用气象雷达系统可探测前下方地形条件,目前使用组合导航方式,例如VOR/DME 惯性导航系统应用,同时配合使用卫星定位系统,如GPS、GLONASS、GALILEO 和COMPASS。为获取全天候、高精准和实时的位置信息,至少需要4 颗卫星方可确定飞机具体位置。

2.2 在线诊断技术

图1 下滑台与航向台位置关系图

本文以民航机场地面盲降台设备故障为研究对象,涉及的系统主要包含4 个跑道、12 个站台、6 个航向台设备和5 个normarc 7013b。其中6 个下滑台设备由4 个7033b 和1 个normarc7034b。航向台天线通常被安装在跑道末端中心线的延长线上,距离跑道末端距离约400～500m,天线面向飞机主降方向。天线信号覆盖范围是中心线左右10°扇形区域内,达到46km,最小距离不少于33km。左右30°山区内,达到31km,最小距离为19km,30°以外扇区达到19km。

飞机盲降中,根据航向台指示选择合适的下滑面,航向面应高于下滑面,并且与下滑面的夹角大于30°。对航向面与下滑面进行控制,并对角度故障提供在线监测和预警,是确保盲降方案使用合理的关键。下滑台与航向台位置关系如图1 所示。

在线诊断技术应用中,对设备操作系统进行了优化设计,使得跑道、站台与航向台位置关系合理,能够对飞机盲降过程形成正确引导。实际操作中,应用了数字化信息技术,通过对设备故障点的在线实时定位,使得控制系统应用更加稳定可靠。

在线诊断设备受到反射信号干扰,使得信号传输路径发生改变影响传输稳定性。为改善相关问题对地面传输设备和机载接收机的原因进行分析,对地面反射设备和机载天线相关问题进行明确,实现相关设备的有效诊断。通常情况下造成信号不稳定的原因主要是反射信号干扰和外来信号干扰。将反射信号干扰分为地面反射场影响、固定物体影响和移动物体影响。飞机接收的下滑信号主要包括两个部分,分别是地面直射波和反射波,因此当直射场或地面反射波出现明显变化,则对下滑信号指示造成直接影响,进而不利于盲降过程精准开展。

此外,盲降过程中也会受到外来信号干扰,在设备具体应用中,当信号传输频率比较相近时,会形成信号叠加,造成控制点偏移,不仅影响信号接收效率,也导致下滑道不稳定。倘若信号干扰源未能出现在问题区域,应考虑跑道外端对下滑道造成的干扰。根据实践经验最远处干扰源可超过10km。

2.3 盲降的可靠性

盲降系统对设备和机场净空高提出较高要求,倘若系统发出的无线电信号被相关因素干扰,则飞机会出现重着陆和跑道偏离等严重事故。盲降设备本身具有较高的精准度要求,需要定期对其进行养护,提升盲降可靠性。以二类盲降为例,需要对其进行3 月一次的飞行盲降校验,确保系统设备性能良好[3]。

根据民航总局《民用航空通信导航监视设备飞行校验管理规则》（CCAR-86）管理规定,组织了飞行盲降校验。实践过程中,由于校验飞行发生在设备优化后,因此需要对技术标准进行严格校验。飞行校验过程中,应构建诊断模型以实现对故障点有效识别,并对原始数据进行校验,使得盲降设备朝向智能化与科学化方向发展。为确保设备运行可靠性,对故障类型进行定义,本文校验飞行测试中,将航道调制差故障类型定义为P1、宽度调制差故障类型定义为P2、余隙调制度差故障类型记为P3、余隙射频电平故障记为P4、余隙频差故障类型记为P5,相关预警参数、故障组间和类别对应关系如表1 所示：

表1 设备故障预警参数、组件类型和故障类别

3 结论

综上所述,对机场盲降设备在线诊断技术进行了分析,重点关注了设备存在主要问题,明确设备应用中,信号干扰、可靠性受到影响和盲降系统故障类型等等。在设备诊断和优化中,通过对仪表着陆系统进行异常抖动的分析,使得设备应用更加安全可靠,为飞机驾驶员盲降路线合理选择提供了可靠的技术参考,使得下滑信号不稳定问题得到改善。