NM7013B型航向信标一种故障引起关机的分析

NM7013B型航向信标一种故障引起关机的分析

刘 璨

重庆机场集团有限公司，重庆， 401120

摘要：NM7013B是民用运输机场广泛采用的精密进近导航设备，它能为着陆的航空器提供对准跑道中心线的引导。本文在此介绍西南某机场NM7013B型航向设备因保护区进入无源干扰物造成设备关机，通过故障现象逐步分析测试挖掘出故障源的过程，为其他机场类似设备故障维修提供借鉴。

关键词：NM7013B；干扰物；关机

Analysis of Shutdown Caused by a Fault of NM7013B Localizer Beacon

Liu Can

(Chongqing Airport Group Co., Ltd., Chongqing, 401120)

Abstract: NM7013B is a precision approach navigation device widely used in civil transportation airports. It can provide guidance for landing aircraft to the centerline of the runway. This article introduces the process of NM7013B localizer equipment at an airport in southwestern China that shuts down due to passive interference into the protected area. The process of digging out the source of the fault through the step-by-step analysis and testing of the fault phenomenon, provides a reference for the maintenance of similar equipment at other airports.

Key words: NM7013B;Interference Source; Shutdown

引言

仪表着陆系统是国际民航组织现在用的标准着陆系统，NM7013B型航向信标是NM7000型仪表着陆系统的地面重要组成部分，一般设置在飞机着陆跑道入口的对应另外端头。设备发出90Hz和150Hz两个辐射场,合成航向信号为着陆航班提供水平方向上的引导。本文重点介绍西南某机场NM7013B型航向信标一种因为故障而关机的测试维修处置过程。

1 故障现象

2020年12月某日，西南某机场所配置NM7013B型航向设备在1号机工作，突然告警转换至2号机工作，随后关机。

2 故障分析

2.1 NM7013B航向系统组成

NM7013B航向信标由航向信标发射机、监控器、天线分配单元ADU、监控网络MCU、航向天线阵列、近场监控天线等组成，如图1所示^[1]。航向信标从天线阵列中心到航道在±10°范围内覆盖为25海里，在（±10°，±35°）范围内的覆盖为17海里^[2]。航向信标以定期地发射台站识别码，识别码为一个1020Hz音频信号，是作为台站身份识别的唯一识别码。

图1 NM7013B航向信标结构框图

2.2 NM7013B航向信标故障测试分析

（1）设备重启后，两部机器均运行正常，参数正常；

（2）发射机是仪表着陆系统信号的产生源，发射机输出的航道和余隙信号，一部分是通过150Hz信号和90Hz信号经过调制后合成的CSB信号，另外一部分是通过抑制产生的纯边带SBO信号，两部分信号组成了需要的信号。对设备两部发射机的航道发射机及余隙发射机模块分别进行开机测试，发射机取样信号分别如下图2及图3所示；

图2 TX1发射机测试波形

图3 TX2发射机测试波形

通过以上发射机取样测试波形分析，两部机器的COU-CSB，COU-SBO，CLR-CSB，CLR-SBO波形显示正常，从而确定发射机功能正常，排除发射机模块故障。

（3）测发射通道-监控通道测传输，对比投产安装时的数据，基本一致；测量驻波比，均在标准容限范围内；

（4）对周边电磁环境进行检测，无可疑干扰信号；

（5）初步怀疑为航向信标天线单元受影响引起故障。

3 航向天线单元受影响造成设备关机的分析

3.1航向天线性能分析

该机场航向信标设备所配天线为NORMARC 7216A型，16单元双频 ILS 航向天线系统。属于对数周期偶极子阵列天线单元（LPDA），LPDA由耐盐水铝制成，LPDA 的长度为 2.8米，宽度为1.3米。对数周期天线在10:1或比这更宽的频段范围内，能够保持阻抗特性基本比较稳定。同时，这种天线的方向性特性在较宽的范围内也比较稳定。这种天线是一种不随着频率变化的超宽频带的天线。这种天线能够有较宽的波段，并且有很好的方向性，能量集中，向后辐射的能量比向前辐射的能量低28分贝，因此不需要配置庞大的反射网。

3.2 航向天线信号分析

发射机生成的CSB及SBO信号通过天线分配单元把其幅度和相位分配给各个天线阵列单元，天线阵发射出去形成航向道。合成航道及余隙DDM和SDM模型^[3]如下图4所示，合成SDM曲线在（0°，35°）范围内保持在400微安， 36°后随着方位角增加，SDM值增速很快。合成CDI值在（0°，5°）时，随着方位角增大，CDI值逐渐增大；（6.5°，30°）范围内，CDI值受方位角影响不大。

图4 合成航道/余隙DDM和SDM模型

理论航道和余隙辐射场型^[3]如下图5所示，方位角在（0，±10°）时，航道CSB和航道SBO辐射能量较为集中，余隙CSB及余隙SBO非常小，此时信号能量主要集中在航道发射机发出的CSB及SBO信号中。方位角在（±35°，±10°）时，余隙CSB和余隙SBO辐射能量较为集中，航道CSB及航道SBO非常小，此时信号能量主要集中在余隙发射机发出的CSB及SBO信号中。

图5 理论航道和余隙辐射场型

3.3 航向设备告警参数分析

通过RMM软件调取航向设备的告警记录如下图6所示，通过途中监控器测量参数可以发现，航道DMM告警时，余隙发射机的射频电平同时告警。参照CLR RF的标准值为3.0V，此时为高限告警。

根据电磁波传播理论：无源干扰物体一般兼有再辐射体的功能和反射体的功能。这种双重性功能决定了处于仪表着陆系统系统航向天线阵列附近的无源干扰物体具有这再辐射及反射体双重属性，干扰物能够再辐射和反射来自辐射源发射的航向设备发出的电磁波信号，形成再辐射场和反射场^[4]。在实际情况中，反射形成的反射场的强度远大于再辐射场的强度，可忽略再辐射场对航道合成的影响，主要以反射场的影响为主。所以造成设备故障可能的原因为航向天线阵保护区有干扰物进入。

图6设备告警参数

3.4 查找干扰源

根据3.3分析，查找保护区监控，调取监控视频，发现设备告警时间附近在航向天线阵保护区左侧前方区域有一辆SUV车辆经过，如图7所示。

图7 造成干扰车辆

造成余隙射频突然增大，排除发射机故障，由于多路径传播效应，车辆进入航向天线阵保护区后，对航向道信号进行反射，造成航向设备的监控探测取样接收到的信号强度增大，从而造成CLR RF增大。同时破坏航道结构，造成航道信号弯曲，从而引起设备告警关机。至此，设备故障源确定。

4 结语

为确保航向信标保护区能够净空，需对保护区进一步加强管理，可采取：（1）根据民用航空台站设置规范划设航向信标临界区和敏感区范围，设置醒目的标识做好提醒未经允许严禁进入^[5]；（2）在实施了（1）的基础上，我们可以根据场地及设备情况，最小BBP值点通过采用理论分析计算出空间位置，把相关区域列为更为严格的保护区，管理部门尤其要注意大飞机在这个区域的停留和滑行控制，制定专门的大飞机保障方案，将无源反射干扰对航道结构的影响风险降至可控范围内；（3）做好保护区重要性宣传，加强巡视；（4）积极主动和地方无线电监测部门沟通，联手做好无线电保障。做好通导设备维护和巡检，通过不断创新安全管控，排除安全隐患，守护好导航安全，助力机场发展。

参考文献：

[1] John Saugstad. NORMARC 7013B-7014B Instrument Landing System Instruction Manual[M].2008:32.

[2] MH/T4006.1-1998.航空无线电导航设备第1部分：仪表着陆系统（ILS）技术要求[S].北京：中国标准出版社，1998.

MH/T4006.1-1998.Aeronautical radio navigations aids Part 1:Technical requirements for instrument landing system（ILS）[S].Beijing: Standards Press of China,1998.

[3] Morten Hultin. NORMARC 7216A 16-ELEMENT TWO-FREQUENCY LOCALIZER ANTENNA SYSTEM [M],2014.

[4] 谢益溪,无线电波传播:原理与应用[M]. 北京：人民邮电出版社, 2008.

Xie Yi-xi, Radio Wave Propagation: Principles and Applications[M]. Beijing: People's Posts and Telecommunications Press, 2008.

[5] MH/T4003-1996. 航空无线电导航台和空中交通管制雷达站设置场地规范[S]. 北京：中国标准出版社，1996.

MH/T4003-1996. Aeronautical radio navigations aids and ATC radar station siting criteria. Beijing: Standards Press of China,1996.

作者简介：刘璨（1986~）；男；研究生；工程师；无线电通信导航监视系统运行维护与管理,民用机场工程建设与管理