浅析大兴机场多点场面监视系统及A-SMGCS 系统引接

孙毅

（华北空管局大兴空管中心技保部，北京 100621）

一、背景概述

北京大兴国际机场是全国首家使用高级地面引导系统（A-SMGCS）全天候Ⅳ级运行的机场。本套A-SMGCS 主要应用于机场活动目标管理，可以有效地为塔台管制员提供地面、进近区域监视功能、相应告警功能、航班路由规划和灯光引导功能。确保飞机在场面区域全程处于监视状态，以及减少管制员话音指令，提高管制效率。大兴机场还建设了多点场面监视系统（MSS）作为A-SMGCS 系统场面二次监视源，避免了场监雷达作为一次监视雷达，易受雨雪等天气影响以及建筑物或飞机反射易产生虚假目标的缺点；同时也避免了航管雷达对于地面目标定位不准确，不适于作为场面监视源的不足。大大提高了本场A-SMGCS 系统监视目标的准确性。

大兴机场多点系统共建设44 个接收站，13 个发射站，分布在机场活动区及航站楼（如图一）。经前期跑场测试以及运行中的实际统计，做到了本场完全无死角的覆盖，且目标定位准确度达到米级（建设要求为平均5 米）。即使在低能见度运行甚至更严苛的Ⅲ类运行中，也为塔台管制员提供了良好的目标监视功能。

图一：大兴机场多点系统台站

二、多点系统定位原理介绍

多点系统MSS 的全称为Multilateration Surveillance System，是一种基于台站之间的信号接收时间差（TDOA -到达时间差）来定位目标的方法（如图二），采用双曲线定位原理，即通过一个平面和一个圆锥体的相交创建一个双曲线，也可以定义为平面上与两个固定焦点距离差恒定的所有点的集合（如图三）。根据以上理论，确定二维空间中目标的位置，至少需要三个台站；而确定三维空间目标的位置，则需要至少四个台站，利用双曲面定位法（如图四）。

图二：测量各台站到达时间差

图三：双曲线定位

图四：双曲面定位

多点系统主要由外部站点（RXS 和TXS）和中央处理单元（CPS）组成。每个多点地面台站接收其覆盖范围内空中或地面应答机信号，通过独立的光纤传输到机房CPS 部分处理。信号到达CPS 部分首先经过BVIM 处理，将RXS（接收站）接收到的标准视频信号从光学形式转换为电形式，转换后的信号进一步分配给MUPE板（测量单元），该单元从RXU 接收数据并测量TOA，并通过PCI 接口直接发送接收和测量的数据和状态信息到TP 服务器。TP 即目标处理器服务器，也是CPS部分的核心，运行在TP 上的Target processing 处理软件负责接收并评估原始数据和诊断数据，生成并转换诊断数据和ASTERIX 格式的消息；TP 服务器同时也提供系统控制管理等功能。简要信号及数据流程图如下：

图五：多点信号及数据流

经多点系统TP 处理后的多点综合航迹，通过网线接入A-SMGCS 系统交换机，为其提供标准的ASTERIX CAT020 格式信号。

多点系统的TP 服务器为双机热备份状态，目标处理软件（Target processing）是双冗余的，运行在两个独立的TP 服务器上，通过冗余的LAN 网络独立提供输出数据，每个独立的传感器有自己的LAN 地址。这意味着两个服务器同时进行相同的多重定位处理，并独立产生目标报告。这样做的原因在于在一台服务器发生故障的情况下，另一台服务器会持续产生目标报告，而不会出现任何中断。且管理系统也在双冗余的TP 服务器上运行。在A-SMGCS 系统中，多点作为一路监视源配置。

三、故障排查分析

前期，在系统测试工作中发生一例由于一台TP 服务器故障，造成A-SMGCS系统无法收到多点信号的案例。当日，TP1 服务器突然监控状态异常，管理软件显示TP1 服务器状态异常，显示所有外部台站信号均无法接收，同时A-SMGCS 系统也显示接收多点信号异常，红色告警。立即重启TP1 服务器，无效；怀疑非软件原因。进入机房查看多点系统CPS 部分，一步步排查故障原因。首先查看BVIM上各台站光纤传输状态正常，指示灯正常闪烁，且另一台TP2 服务器可正常接收各台站信号，故排除光纤被挖断等传输部分故障情况；连接显示器查看TP1 服务器启动状态，发现其可正常启动并进入操作系统，且进入系统后可正常进行打开文件等常规操作，故排除服务器核心硬件故障；且由于是所有台站信号均无法接收处理，故初步判断故障原因为TP1 服务器MUPE 板硬件故障（如图）。但是定位故障点后，又产生一个新问题，即问什么处于双机热备份的TP2 服务器没有输出信号从而导致后端A-SMGCS 系统无法接收多点信号。难道是我们故障定位错了？

图六：发生故障的MUPE 板

再一次查看TP2 服务器，确认其工作一切正常，再通过多点系统的目标态势软件，查看TP2确实可以正常处理信号，可正常向A-SMGCS系统提供多点信号输出。翻阅手册和技术资料，也确认多点系统双机热备份功能，现场配置无误。正当我们各种查找多点系统的原因陷入僵局时，突然想到，会不会是由于A-SMGCS 系统本身没有处理或没有接收到TP2 的信号呢？由于疫情原因，多点厂家技术人员在还未全部完成现场验收时回国，但至今已无法再来现场。A-SMGCS 系统是根据文档进行的相关接口配置，双方工程师在接口方面缺乏有效沟通。经检查A-SMGCS系统数据库配置，在雷达配置中果然出现了意想不到的偏差。由于TP1 和TP2 服务器同时输出信号，不用于常规的主备机（AB 机）概念，不是A 机故障时B 机切为主用向外传输，而是使用不同的IP 地址及端口号同时向外传输数据，所以在A-SMGCS 系统中需进行独立的四条链路配置。就是这个原因导致A-SMGCS 系统只接收TP1 的数据而不接收TP2 的数据。至此，问题查清。立即在A-SMGCS 系统中更改相关配置文件，并重启雷达信号处理进程（rdrrcv）使之正确处理TP2 信号（如图）；后A-SMGCS 系统可正确处理TP2 单服务器多点信号。随即更换故障的TP1 服务器MUPE 板卡，开机后多点系统TP1 服务器恢复正常，故障妥善解决。

图七：修改A-SMGCS 系统TP2 配置

四、总结与展望

A-SMGCS 系统作为北京大兴国际机场的核心自动化系统，在接入多点系统后在场面监视方面如虎添翼。对于A-SMGCS 系统而言，目标的准确性才是第一位的，否则剩下的航班控制（二级功能）、路由规划（三级功能）和灯光引导（四级功能）等功能都无从谈起。监视信号的准确，使得北京大兴国际机场在无论是在常态航班大流量状态下，还是在大雾、霾、雨雪等极端恶劣天气下，仍能正常实施保障，大大提升了机场场面运行安全及效率。

目前由于多点系统仍属于非国产化系统，在与国产A-SMGCS 系统进行交互的时候，涉及到了接口配置问题。上面的案例也让我学习了很多。相信不久的将来，国产的多点场面监视系统完全有机会取代MSS 系统，实现空管自动化系统一体化，为后期集成塔台系统的建设添砖加瓦。