一種基于DTU的外指點(diǎn)信標(biāo)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建

付 晶，劉雪峰，胡江坤

（重慶機(jī)場集團(tuán)有限公司 航務(wù)管理部，重慶 401120）

1 引言

指點(diǎn)信標(biāo)（Marker Beacon）是用于航空的甚高頻無線電信標(biāo)的一種特殊類型。指點(diǎn)信標(biāo)從地面向上輻射一個(gè)扇形的垂直輻射場型，通常與儀表著陸系統(tǒng)（ILS）聯(lián)合起來使用，當(dāng)飛機(jī)飛到指點(diǎn)信標(biāo)覆蓋區(qū)域后就將得到該位置點(diǎn)信息，為飛行員提供在已經(jīng)建立飛至目的地的航線中確定位置點(diǎn)，是一種距離提供點(diǎn)和檢查點(diǎn)。指點(diǎn)信標(biāo)主要分為三種類型：外指點(diǎn)信標(biāo)（OM）、中指點(diǎn)信標(biāo)（MM）及內(nèi)指點(diǎn)信標(biāo)（IM）。外指點(diǎn)信標(biāo)用在確定最后飛機(jī)進(jìn)場定位點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)是位于與航向道及跑道中心線相同的航道，跑道入口前4至7海里。通常為飛機(jī)切入下滑道中高度約1 NM（2 km）的位置，并在低功率（3 W），75 MHz 的載波頻率上傳輸 400 Hz 單音信號(hào)。外指點(diǎn)信標(biāo)天線為高指向性天線。有效信號(hào)區(qū)域是730 mx1280 m的橢圓。當(dāng)飛機(jī)沿著下滑道下降過程中接收到外指點(diǎn)信標(biāo)信號(hào)后，機(jī)載接收機(jī)面板上紫色小燈閃爍，一般此位置作為下滑道截獲點(diǎn)。中指點(diǎn)信標(biāo)通常安裝在距離跑道入口前1050m處的位置。以此警示飛行員已過儀表著陸系統(tǒng)（ILS）I類的決斷高度點(diǎn)，決定是否復(fù)飛。內(nèi)指點(diǎn)信標(biāo)一般安裝在距離跑道入口75m至450m的位置處，指示燈為白色小燈[1]。

2 外指點(diǎn)標(biāo)遠(yuǎn)程監(jiān)控現(xiàn)狀

外指點(diǎn)信標(biāo)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由中心臺(tái)和端臺(tái)組成，中心臺(tái)位于機(jī)場導(dǎo)航監(jiān)控室，如圖1所示。端臺(tái)位于各機(jī)場外的指點(diǎn)標(biāo)臺(tái)。目前主要采用兩種傳輸方式對(duì)遠(yuǎn)端導(dǎo)航臺(tái)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

圖1 外指點(diǎn)信標(biāo)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中心臺(tái)框圖

方式一：采用電信固話線路，傳輸速率為56Kb。由于臺(tái)站偏遠(yuǎn)，固話線路易受到周邊施工挖斷的影響，且日益老舊難以維護(hù)。同時(shí)固話線路接頭較多，部分裸露在地表，易受到雷電等外界環(huán)境的干擾，造成通信中斷。方式二：定向無線傳輸，中心臺(tái)架設(shè)全向天線，端臺(tái)架設(shè)定向天線，最高傳輸速率只有19.2Kb，由于周邊（木耳、寸灘）開發(fā)建設(shè)及T3航站樓的建設(shè)，高樓將阻擋和衰減無線信號(hào)，造成連接中斷或不穩(wěn)定，同時(shí)架設(shè)在室外的天線還需做好避雷保護(hù)，避免雷擊。以上兩種傳輸方式都已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)有通信傳輸技術(shù)的發(fā)展需求，尋找優(yōu)化替代方案已是當(dāng)務(wù)之急[2]。

3 基于DTU的外指點(diǎn)信標(biāo)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建

目前移動(dòng)運(yùn)營商通信蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣、技術(shù)成熟，能夠快速穩(wěn)定的傳輸數(shù)據(jù)。同時(shí)，把固定電話線路改成光纖的成本較高，而且臺(tái)站周邊施工較多，有線傳輸線路易受破壞，帶來不安全隱患，影響設(shè)備安全。故系統(tǒng)設(shè)計(jì)決定采用運(yùn)營商移動(dòng)通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.1 DTU功能分析

DTU（數(shù)據(jù)傳輸單元）是一種無線終端，這種終端主要用來將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)或者將IP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，它是通過無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。DTU 模塊主要有如下功能特點(diǎn)：一是支持用戶串口參數(shù)設(shè)置，在實(shí)際應(yīng)用中，各種用戶設(shè)備的類型不同，其對(duì)應(yīng)串口的參數(shù)也不同。在DTU和用戶設(shè)備的串口相連接時(shí)，可以根據(jù)不同用戶的設(shè)備串口的實(shí)際參數(shù)來進(jìn)行設(shè)置DTU的配置參數(shù)。二是設(shè)備參數(shù)可以自定義配置，實(shí)現(xiàn)永久保存。GPRS DTU是通訊設(shè)備的一種，在不同的應(yīng)用中，數(shù)據(jù)中心的串口波特率、端口號(hào)及IP地址等參數(shù)，根據(jù)其應(yīng)用的不同差異，GPRS DTU模塊能夠根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行參數(shù)的配置。配置完成后將設(shè)置的參數(shù)保存在EEPROM或者EPFLASH等這些存儲(chǔ)器件中。三是模塊能夠?qū)Υ跀?shù)據(jù)進(jìn)行雙向轉(zhuǎn)換功能。在GPRS DTU模塊中，專門提供了接口用于進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信。有RS485通信方式、RS232通信方式、RS422等通信方式用于數(shù)據(jù)傳輸。大多數(shù)情況下，GPRS DTU模塊把串口數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)成“透明轉(zhuǎn)換”的方式。在不需要改變?cè)瓉淼臄?shù)據(jù)通信內(nèi)容的基礎(chǔ)上，串口上的原始數(shù)據(jù)能夠在GPRS DTU模塊中轉(zhuǎn)換成TCP/IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳送。四是在模塊的內(nèi)部集成了TCP/IP協(xié)議棧，PPP撥號(hào)協(xié)議及TCP/IP協(xié)議棧均封裝在GPRS DTU的內(nèi)部。從硬件上分析，該模塊集成了無線GPRS MODEM的功能和嵌入式個(gè)人計(jì)算機(jī)的功能[3]。

3.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟硬件實(shí)現(xiàn)

基于以上分析思路，設(shè)計(jì)采用如下架構(gòu)方案：將原有電臺(tái)發(fā)射器部分更換為DTU設(shè)備，將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過運(yùn)營商3G/4G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街貞c機(jī)場內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，再通過軟件將TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換成串口協(xié)議，在終端設(shè)備上接收串口數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。示意圖如圖2所示。硬件上選用工業(yè)級(jí)無線終端設(shè)備，廈門才茂DTU：CM510-21X。

軟件方式實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)與串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，軟件將從指定ID號(hào)的DTU收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至計(jì)算機(jī)指定的虛擬物理串口，在軟件上設(shè)置轉(zhuǎn)發(fā)通道，設(shè)定串口號(hào)、波特率、數(shù)據(jù)位等相關(guān)參數(shù)。如圖3所示，圖中的設(shè)置為將ID號(hào)為10000001的DTU的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到COM1，同時(shí)COM1里的數(shù)據(jù)也會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)到ID號(hào)為10000001的DTU。

圖2 指點(diǎn)信標(biāo)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)通道設(shè)置

然后在導(dǎo)航監(jiān)控電腦上增加相應(yīng)的虛擬串口，就可以把接收到的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，完成到虛擬串口數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。DTU連接成功后，列表會(huì)體現(xiàn)相應(yīng)的DTU信息，包括電話號(hào)碼、源IP地址和設(shè)備連接狀態(tài)等，另外也對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的狀況（轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出的數(shù)據(jù)流量）進(jìn)行了有效監(jiān)控。最終實(shí)現(xiàn)對(duì)指點(diǎn)標(biāo)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

4 結(jié)束語

針對(duì)傳統(tǒng)的外指點(diǎn)信標(biāo)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)所采用的固定電話撥號(hào)或定向無線數(shù)傳易受到周邊施工挖斷的影響及周邊高樓阻擋影響的特點(diǎn)，本文提出一種基于DTU的外指點(diǎn)信標(biāo)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單、功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)簡易、費(fèi)用成本低等特點(diǎn)。在重慶機(jī)場投用以來，經(jīng)過測試系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，為重慶機(jī)場提供了較好的導(dǎo)航安全生產(chǎn)保障。