電磁干擾引發(fā)語音通信系統(tǒng)觸屏失效案例分析

中國民用航空華北地區(qū)空中交通管理局 沈璐

語音通信系統(tǒng)是重要空管設(shè)備之一，在安全生產(chǎn)保障工作中起著關(guān)鍵性作用。本文通過一起由電磁干擾引發(fā)語音通信系統(tǒng)觸屏失效的故障案例分析，從故障排查思路、解決方案及維護(hù)經(jīng)驗(yàn)等方面進(jìn)行總結(jié)并提出系統(tǒng)維護(hù)建議。

近年來華北地區(qū)航空業(yè)務(wù)量持續(xù)快速增長(zhǎng)，隨著飛行流量不斷增加，對(duì)飛行安全的保障要求越來越高，對(duì)地空通信要求也逐步提高，提高通信質(zhì)量，增強(qiáng)語音通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性是確保飛行安全的關(guān)鍵所在。語音通信系統(tǒng)是重要空管設(shè)備之一，在安全生產(chǎn)保障工作中起著關(guān)鍵性作用。因此，提高技術(shù)人員對(duì)語音通信系統(tǒng)的維護(hù)維修水平，才能更好地保障系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行。

1 北京區(qū)管中心語音通信系統(tǒng)應(yīng)用情況介紹

目前，北京區(qū)域管制中心使用多套語音通信系統(tǒng)，主要有FREQUENTIS 3020X Rel7.1（下文簡(jiǎn)稱“FRQ7.1”）主備兩套系統(tǒng)和施密德備用系統(tǒng)。每個(gè)管制席位配備主用系統(tǒng)兩個(gè)觸屏、備用系統(tǒng)一個(gè)觸屏[1]，其中主用系統(tǒng)的兩個(gè)觸屏分別是EC和PLC，EC用于無線對(duì)空指揮，PLC用于席位間通話和有線對(duì)外聯(lián)系。系統(tǒng)中央機(jī)柜及席位設(shè)備安裝均符合民用航空空中交通管制語音通信交換系統(tǒng)技術(shù)要求及安裝標(biāo)準(zhǔn)，接地良好，工作環(huán)境正常[2]。

2 FRQ7.1語音通信系統(tǒng)觸屏失效案例分析

2.1 FRQ7.1語音通信系統(tǒng)觸屏失效故障現(xiàn)象

2018年11月3日-2019年1月28日，北京區(qū)管中心FRQ7.1語音通信系統(tǒng)H04 EC席位觸屏先后7次失效。觸屏失效期間，系統(tǒng)監(jiān)控終端TMCS告警信息顯示該席位與系統(tǒng)相連的A、B鏈路均為connection error（連接錯(cuò)誤），觸屏右上方狀態(tài)信息條同樣顯示連接錯(cuò)誤，Pos Check狀態(tài)檢測(cè)窗口顯示PCMA/B連接為NOT OK，當(dāng)時(shí)管制員正在使用的無線頻率RX/TX收發(fā)鍵變?yōu)榧t色，無法使用。重啟觸屏后恢復(fù)正常。每次發(fā)生故障時(shí)具體現(xiàn)象及應(yīng)急處置如下：

2018年11月3日14∶27，北京區(qū)管H04管制反映EC FRQ7.1觸屏故障，技術(shù)人員檢查發(fā)現(xiàn)觸屏A/B網(wǎng)均告警，重啟EC席位觸屏后，14∶29恢復(fù)正常。

2018年11月4日06∶23，H04管制反映EC席位FRQ7.1觸屏故障，技術(shù)人員立即重啟EC席位觸屏后，06∶26恢復(fù)正常，從TMCS監(jiān)控終端提取故障日志發(fā)給廠家。如圖1所示為TMCS監(jiān)控終端顯示的觸屏失效時(shí)故障信息。

圖1 TMCS監(jiān)控終端顯示的觸屏失效時(shí)故障信息Fig.1 Fault information displayed by TMCS when touch panel fails

2018年11月10日13∶35，H04管制反映EC席位FRQ7.1觸屏失效，技術(shù)人員立即重啟EC席位觸屏后，13∶40恢復(fù)正常。同日15∶02，H04 EC席位FRQ7.1 觸屏再次失效，正在使用的頻率134.25D收發(fā)按鍵頻繁紅色閃爍，技術(shù)人員立即重啟EC席位觸屏并插拔音頻線后，重新更換EC席位觸屏和兩個(gè)IPIPS插孔盒，17∶00觀察設(shè)備運(yùn)行正常，使用維護(hù)U盤提取席位的故障日志發(fā)給廠家。20∶30將H04 EC席位換下的觸屏和插孔盒更換至TECH技術(shù)維護(hù)席位進(jìn)行測(cè)試，未觀察到TECH席位發(fā)生相同故障。

2018年12月8日09∶32，H04 EC席位FRQ7.1觸屏又出現(xiàn)失效情況，頻率發(fā)話時(shí)有紅色告警，技術(shù)人員使用維護(hù)U盤提取席位的故障日志發(fā)給廠家，重啟EC席位觸屏后，09∶34恢復(fù)正常。查看TMCS監(jiān)控終端日志發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生時(shí)告警信息顯示為Role change（角色更改），且A/B網(wǎng)鏈路中斷。

2019年1月15日06∶59，H04管制反映EC席位FRQ7.1觸屏使用某頻率發(fā)話時(shí)有紅色告警，呼叫不到飛機(jī)。技術(shù)人員查看觸屏A/B網(wǎng)鏈路中斷，使用維護(hù)U盤提取席位的故障日志發(fā)給廠家，重啟EC席位觸屏后，07∶53恢復(fù)正常。20∶40-21∶15將H04 EC與H04 PLC席位A/B線纜通過轉(zhuǎn)接頭和延長(zhǎng)線進(jìn)行互換。

2019年1月28日10∶18，H04 EC席位FRQ7.1觸屏再次故障，技術(shù)人員查看日志發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生時(shí)Role change（角色更改），且A/B網(wǎng)鏈路中斷。使用維護(hù)U盤提取席位的故障日志發(fā)給廠家，重啟EC席位觸屏后，10∶30恢復(fù)正常。如圖2所示為觸屏失效時(shí)TMCS監(jiān)控終端故障信息顯示。

圖2 觸屏失效時(shí)TMCS監(jiān)控終端故障信息顯示Fig.2 Display of fault information of TMCS monitoring terminal when touch panel fails

2.2 原因分析及故障排查

根據(jù)故障現(xiàn)象，檢查H04 EC席位工作環(huán)境無異常情況，地線連接良好，依據(jù)系統(tǒng)工作原理確定排故思路后按照故障操作流程進(jìn)行處理[3]，具體排查過程如下：

（1）查看TMCS監(jiān)控終端故障信息，僅顯示H04 EC A/B鏈路連接錯(cuò)誤；由于觸屏與語音通信系統(tǒng)的兩路PCM30連接狀態(tài)異常，初步判斷觸屏故障，通過更換觸屏、插孔盒IPIPS，并插拔音頻線纜等，觸屏恢復(fù)正常，但之后又出現(xiàn)相同故障，排除了席位本身硬件故障的可能。

（2）由于H04 EC席位觸屏和TECH技術(shù)維護(hù)席觸屏與系統(tǒng)不同的核心處理單元JIF卡相連，通過對(duì)調(diào)兩席位觸屏所在JIF卡端口，相當(dāng)于更換了兩觸屏所連接的JIF卡，持續(xù)觀察兩席位運(yùn)行狀態(tài)，一段時(shí)間后H04 EC席位又出現(xiàn)相同故障，排除了JIF卡故障的可能。

（3）由于H04 EC和G05 EC席位位于區(qū)管中心二層管制大廳，經(jīng)不同光端機(jī)和傳輸鏈路與一層設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)的語音通信系統(tǒng)相連，通過對(duì)調(diào)H04 EC和G05 EC所在光端機(jī)端口，相當(dāng)于更換了兩觸屏的傳輸鏈路和所連接的光端機(jī)端口，持續(xù)觀察兩席位運(yùn)行狀態(tài)，但之后H04 EC席位又出現(xiàn)類似故障，排除了光端機(jī)端口和傳輸鏈路故障的可能。

（4）通過對(duì)調(diào)H04 EC席位和H04 PLC席位至二層管制大廳光端機(jī)的A/B網(wǎng)連線，持續(xù)觀察兩席位運(yùn)行狀態(tài)，幾天后H04 EC席位觸屏仍出現(xiàn)了類似故障，排除了位于二層管制大廳的光端機(jī)至席位觸屏A/B網(wǎng)連線故障的可能。

（5）在TMCS監(jiān)控終端上重新配置H04 EC席位Role，并在TECH席位配置與H04 EC席位相同的Role，觀察兩席位配置使用情況未發(fā)現(xiàn)異常，排除了系統(tǒng)軟件配置問題導(dǎo)致H04 EC觸屏失效的可能。

（6）技術(shù)人員使用維護(hù)U盤提取席位的故障日志發(fā)送給廠家，協(xié)助廠家工程師對(duì)故障原因進(jìn)行深入分析。

（7）經(jīng)廠家工程師對(duì)現(xiàn)場(chǎng)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和現(xiàn)場(chǎng)對(duì)席位信號(hào)線纜測(cè)試驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)觸屏錄音線纜未使用的3、6、7和8線對(duì)上可識(shí)別出電子干擾信號(hào)，該信號(hào)的強(qiáng)度較大，足以被IPOS觸屏處理器檢測(cè)為一個(gè)有效的輸入信號(hào)引起觸屏誤動(dòng)作，造成觸屏失效或重啟。斷開觸屏錄音線纜未使用的3、6、7和8線對(duì)，信號(hào)電平降低到可以接受的水平，未再觀察到觸屏失效或重啟的情況發(fā)生，之后廠家提供了書面答復(fù)。

如圖3所示為H04 EC觸摸屏錄音線纜受干擾信號(hào)影響對(duì)比圖，左側(cè)為席位錄音線纜信號(hào)正常狀態(tài)；右側(cè)為錄音線纜受到電磁干擾后的信號(hào)狀態(tài)，與正常值相比增幅較大。

圖3 H04 EC觸摸屏錄音線纜受干擾信號(hào)影響對(duì)比圖 Fig.3 Comparison of H04 EC touch screen recording cables affected by interference signals

2.3 電磁干擾對(duì)電子設(shè)備的影響

任何可能引起電子裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能下降甚至失效，或者對(duì)生命或無生命物質(zhì)產(chǎn)生損害的電磁現(xiàn)象稱為電磁干擾(EMI)。幾乎每一種電子設(shè)備都產(chǎn)生不同程度的電磁干擾信號(hào)，這種信號(hào)可能以電磁輻射的形式輻射出來通過空間傳播，也可能通過載流導(dǎo)體，如電源線、電纜等，進(jìn)行傳輸。在高速的PCB以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，高頻信號(hào)線、集成電路的引腳、各類接插件等都有可能變成具有天線特性的輻射干擾源，能發(fā)射出電磁波并影響其他系統(tǒng)中或者本系統(tǒng)內(nèi)部的其他子系統(tǒng)的正常工作。幾乎所有的電子設(shè)備對(duì)其他電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號(hào)都很敏感，為保證電子設(shè)備在共同的電磁環(huán)境中執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)而互不干擾，電子產(chǎn)品進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)時(shí)，均會(huì)設(shè)法抑制(消除)電磁干擾，提高電子產(chǎn)品在電磁環(huán)境中的工作穩(wěn)定性和可靠性，但在一些特定的情況下，電磁干擾信號(hào)是無法完全消除的。

2.4 從觸屏提取日志方法

廠家提供的提取故障日志具體步驟如下：

（1）將廠家提供的Bugreport壓縮包解壓，將解壓后文件中的autorun.frq及readme.txt均拷至U盤的根目錄下；

（2）重啟IPOS觸屏，將U盤直接插至IPOS背面USB端口；

（3）觸屏逐條顯示設(shè)備狀態(tài)信息，日志自動(dòng)開始導(dǎo)出至U盤；

（4）導(dǎo)出過程大概持續(xù)10min左右，在導(dǎo)出過程中TMCS監(jiān)控終端上會(huì)持續(xù)顯示TED紅色告警；

（5）日志導(dǎo)出完成后，IPOS觸屏上會(huì)顯示“You can remove the USB stick”字樣；

（6）將U盤拔出，手動(dòng)斷電重啟席位即可；

（7）U盤中較拷貝日志前會(huì)多一個(gè)名為“bugreport”的文件夾，將該文件夾打包后發(fā)給廠家工程師進(jìn)行故障調(diào)查。

2.5 故障解決方案及效果

依據(jù)故障分析、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況，廠家提供了兩種解決方案：

（1）將不用錄音線對(duì)剪掉。由于觸摸屏錄音線纜未使用的3、6、7和8線對(duì)上可檢測(cè)出干擾信號(hào)，所以可將運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)H04 EC席位觸摸屏錄音線纜未使用的3、6、7和8線對(duì)剪掉，阻斷干擾信號(hào)對(duì)觸摸屏產(chǎn)生影響的路徑。

（2）拆除席位錄音線纜連接。由于北京區(qū)管運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)采用的是模擬語音記錄儀記錄語音通信系統(tǒng)FRQ7.1的席位語音信號(hào)，同時(shí)又具備X-REC模/數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備，因此可將H04 EC席位觸屏錄音線纜拆除，該席位錄音改為經(jīng)位于一層設(shè)備機(jī)房中央機(jī)柜內(nèi)的X-REC設(shè)備，把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)后，傳送給模擬語音記錄儀進(jìn)行錄音。

北京區(qū)管語音通信系統(tǒng)FRQ7.1 H04 EC席位發(fā)生過此故障之后，北京終端區(qū)語音通信系統(tǒng)FRQ7.1個(gè)別席位也發(fā)生過類似故障，兩個(gè)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)分別采用了以上兩種解決方案，均取得了較好效果，類似故障未再發(fā)生。

3 結(jié)論與建議

目前，華北地區(qū)多個(gè)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)使用FRQ7.1語音通信系統(tǒng)，如何提高系統(tǒng)運(yùn)維水平，減少設(shè)備故障時(shí)間，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，是做好安全生產(chǎn)保障工作的前提條件。此故障現(xiàn)象在北京區(qū)管和終端區(qū)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)均曾發(fā)生，該案例的分析及解決方法對(duì)其他運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)具有一定借鑒意義。根據(jù)此案例可以總結(jié)出，特定條件下電磁干擾可能對(duì)語音通信系統(tǒng)的觸屏正常運(yùn)行造成一定影響。由于電磁干擾的形成因素較多，干擾源不易排查和確定，但可以通過本案例提出的解決方案加以控制，避免電磁干擾引發(fā)觸屏失效或重啟的故障發(fā)生。

通過此故障案例分析，提出維護(hù)建議如下：遇到疑難故障首先應(yīng)依據(jù)系統(tǒng)工作原理確定排故思路后再按照故障操作流程進(jìn)行處理。其次，是充分利用語音通信系統(tǒng)監(jiān)控終端TMCS的告警信息和日志，進(jìn)行故障分析和故障點(diǎn)位置判斷。從故障現(xiàn)象和發(fā)生位置，逐級(jí)縱向和橫向進(jìn)行測(cè)試和故障排查，避免將故障復(fù)雜化，盡量縮短排故時(shí)間。若仍無法解決時(shí)，應(yīng)導(dǎo)出系統(tǒng)故障日志信息，及時(shí)向廠家反映故障情況，積極配合并敦促廠家進(jìn)行故障分析和提供技術(shù)支持，確保語音通信系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。