LOC系统双监控器数据漂移故障处理与分析

马宇申，吴丽华，蒿培培，王娜

（安徽民航机场集团有限公司池州九华山机场分公司，安徽池州 247100）

0 引言

仪表着陆系统（ILS）是飞机进近和着陆引导的国际标准系统。ILS工作在米波波段，通常ILS包括一个甚高频（VHF）航向信标台（LOC）、一个超高频（UHF）下滑信标台（GS）和几个VHF指点信标（MB）组成[1]。而池州九华山机场的ILS是挪威NORMARC公司生产的7000B系列第四代产品，包括31号LOC、13号GS、13号LOC，无MB，以测距机（DME）替代MB，与13号GS合装，池州九华山机场ILS平面总体布局如图1所示。

LOC为飞机提供对准跑道的水平引导信号，GS为飞机提供对准跑道的垂直引导信号，DME为飞机提供距离跑道入口端实时连续的距离信号。

图1 池州九华山机场ILS平面总体布局

1 航向（LOC）系统

池州九华山机场LOC系统包括天线阵系统、天线分配（网络）单元（ADU）、监控器混合单元（MCU）、电源供给部分、ILS机柜（Cabinet）、远程控制（RC）和遥控维护监控器(RMM)，如图2所示。

图2 池州九华山机场LOC系统框图

天线阵系统由20根对数周期天线组成，一根对数周期天线由7个偶极子构成。对数周期天线指的是天线特性以频率对数为周期变化，具有宽带特性的天线[2-3]。

ADU的作用是把来自于发射机的CSB航道（course）、SBO course、CSB 余隙（clearance）和SBO clearance等信号以一定的规则分配到20根对数周期天线上发射到空间。

MCU的功能主要是采样从每根对数周期天线即将发射到空间的信号，混合以后经数字处理成航道（CL）、位移灵敏度（DS）、余隙（CLR）以及从近场天线采样回来的近场（NF）信号一同进入监控器[4]。

电源供给部分主要为系统提供24V电源以及直流/交流电源等。

ILS Cabinet包括双发射机和双监控器组件。发射机组件产生所需的射频功率电平和调制电平的ILS信号，在每个发射机中，射频振荡器都有独立的course和clearance信号输出端口，这两个信道频偏是10kHz[5]。监控器的主要任务是当LOC系统故障时产生告警，输入到监控器的信号主要是CL调制度差（DDM）、CL调制度和（SDM）、CL的射频（RF），以及 DS（DDM、SDM、RF）、CLR（DDM、SDM、RF）与NF（DDM、SDM、RF）。监控回路包括监控器输入模块、MF1121A板和监控器模块，监控器模块图如图3所示。

图3 监控器模块图

MF1211A板对天线系统反馈回的ILS射频信号解调，把基带和射频电平信号、CL和CLR信号的频差数据信号送给监控器[6-7]。

MO1212A模块对导航参数进行数字转换和处理，并与已设置好的门限相比较，向集中控制室和RMS报告告警的位置。

TCA1218A为发射机控制组件，与监控器告警总线、RMS总线和遥控总线相连接。

遥控单元用于塔台和导航队集中控制室，它提供系统工作状态的指示灯，显示预警灯、告警灯和可消除声音告警的控制功能。RMM主要处理本地和遥控计算机的通信。

2 故障现象和故障处理分析

2.1 故障现象

2015年4月，池州九华山机场31号LOC出现CLR RF参数低于校验飞行所设置的预警门限2.72V，所以产生预警。

2.2 LOC发射机系统排查

根据故障现象，依次排查了LOC发射机系统、电缆传输线路、监控器系统以及外场环境。

（1）通过对31号LOC的course transmitter和clearance transmitter数据测量，并且在监控数据漂移的情况下持续观察，数据记录见表1。

表1 31号LOC双发射机功率数据

利用示波器对TX toAir的两个端口CSB COU和CSB CLR进行了测量，波形如图4和图5所示。

图4 CSB COU端口的波形输出

（2）利用外场测试仪（PIR）对31号LOC天线阵外场左105m位置点在每隔1h进行一次测试，数据如表2所示。

通过对表1、表2的测试数据和图5波形的判断，以及和技术保障中心所测的历史数据进行对比，可以判定外场场型结构良好，排除发射机故障问题。

图5 CSB CLR端口的波形输出

表2 31号LOC外场105m处每隔1h的测试数据

2.3 传输线路逻辑传输特性的排查

（1）验证MCU端到机房机柜端的电缆逻辑传输特性是否存在问题。

表3 31号LOC的MCU与机房机柜端CLR、DS端调换前测量结果

表4 31号LOC的MCU与机房机柜端CLR、DS端调换后测量结果

通过对31号LOC的MCU端的CLR和DS端与机房机柜的CLR和DS端同步调换，CLR和DS端调换前的测量数据见表3，CLR和DS端调换后的测量数据见表4。

通过比较表3和表4的数据，发现数据无明显差异，说明从MCU端到机房机柜端的电缆逻辑传输特性具有良好的稳定性能，对信号衰减无明显影响。

（2）验证MCU端至20个天线阵子传输线缆逻辑传输特性是否存在问题。

通过逐一断开MCU端至20个天线阵子传输线缆，20根天线阵子传输线缆性能良好，同时仅有A10和A11两根线缆对CLR信号有直接影响，测量的数据如表5所示。

表5 断开MCU至A10和A11天线阵子时CLR数据记录

2.4 监控器系统的排查

技术人员利用万用表对31号航向台MF1211A板的各测试点电压进行了测量，MF1211A板射频部分电路如图6所示。

各测试点电压数据结果如表6所示。

图6 MF1211A板射频部分电路图

表6 31号航向台MF1211A板各测试点电压值

根据表6的数据，发现这些测试点的电压都比较明显的低于标准电压240mV，特别是CLR：TP1023测试点的电压，相对于其它测试点电压来说更加偏低。继而技术人员对13号航向台的MF1211A板电压测量数据如表7所示。

把13号的这块监控板MF1211A板插入31号的机柜，发现13号的这块MF1211A板的各测试点电压变化了，测量数据如表8所示。

表7 13号航向台MF1211A板各测试点电压值

表8 13号航向台MF1211A板插入31号机柜时的各测试点电压值

根据表6、表7和表8的数据推断，31号航向台的监控系统是正常的，判断外场环境对监控板产生了直接影响，并且结合2.3节的实验证明，外场环境尤其对A10和A11两个天线阵子影响最大。根据这一重要判断，技术人员赶往天线阵位置查看外场环境，发现天线阵上方的避雷电缆稍微下垂，而A10和A11两个天线阵子处于天线阵的正中间，下垂的避雷电缆与这两根天线阵子距离最短，于是技术人员赶紧把避雷电缆的两边拉锚拧紧，使避雷电缆尽可能的处于水平，结果显示监控数据立即恢复了正常，数据恢复正常后数据监控界面和工作状态监控界面分别如图7和图8所示。

图7 31号LOC恢复正常时的数据监控界面

图8 31号LOC数据恢复正常时的工作状态监控界面

由图8可以看出，此时设备1号发射机工作，NORMAL状态灯为浅色。

3 结语

本文主要针对九华山机场31号LOC双监控器数据漂移故障问题，分别从发射机系统、电缆传输线路、监控器系统以及外场环境逐一排查，为故障排除提供了一种详细的思路和步骤。同时，NORMARC7000系列仪表着陆系统对外场环境反应灵敏，电磁和场地环境都会导致系统所提供的数据误差，因此，对于本次九华山机场的故障案例来说，对天线阵的避雷设施的安装是极为重要的，同时技术保障中心等机场所属的保障单位的对外场坏境的精心维护和巡视检查亦同等重要。

[1]倪育德,王健,王颖.导航原理与系统[M].天津:中国民航大学,2012.

[2]Indra Navia AS.NORMARC 7000B Instrument Landing System Training Manual[S].2006.

[3]吴德伟,武昌,赵修斌.飞机着陆引导系统对机场净空要求的影响分析[J].空军工程大学学报（自然科学版）,2000,1（1）:14-17.

[4]吴华新,赵修斌,陈校平,代传金,刘勇.积雪对仪表着陆系统下滑道的影响分析[J].电子技术应用,2012,38（2）:80-83.

[5]吴华新,赵修斌.应用多劈模型的仪表着陆系统地形评估方法[J].西安交通大学学报,2011,45（7）:82-85.

[6]武云云,朱爱雅,米正衡.仪表着陆系统航向信标调制度差的仿真分析[J].现代导航,2013,6（1）:420-424.

[7]苗强,吴德伟,毛玉泉.用Simulink对仪表着陆系统航向信标建模与仿真[J].电光与控制,2008,15（11）:50-54.