一种仪表着陆系统同频异呼运行监测系统及方法

摘要

本发明提供了一种仪表着陆系统同频异呼运行监测系统。该系统包括：监测天线、测量装置和监控装置。监测天线用于接收具有同频异呼的各导航设备发射的空间信号；测量装置包括多通道接收机和多通道接收机控制器；多通道接收机在接收机控制器的控制下接收各空间信号并对接收的各空间信号进行提取，得到各空间信号的参数指标；监控装置接收各空间信号的参数指标，并根据各空间信号的参数指标评估或预测各导航设备的工作状态；监控装置还根据各导航设备发射的空间信号的参数指标确定各导航设备的联锁状态。本发明对各导航设备发射的信号参数指标进行综合分析，确定各导航设备的运行状态是否正常、联锁状态是否失效，为仪表着陆系统的安全运行提供保障。

说明书

技术领域

本发明涉及航空导航监控技术领域，尤其涉及一种仪表着陆系统同频异呼运行监测系统及方法。

背景技术

仪表着陆系统(Instrument Landing System，简称ILS)是应用最为广泛的飞机精密进近和着陆引导系统，一般包括：航向信标台(LOC，频段：108-112MHz)、下滑信标台(GP，频段：328-334MHz)和测距仪(DME，频段：960-1215MHz)。

电磁频谱资源是支撑机场建设发展的基础性战略资源，在许多国家，为了解决一些机场密集地区的仪表着陆系统工作频率资源紧缺问题，通常分配给同一条跑道两端的两套仪表着陆系统工作频率为同一对频率，而采用不同的识别号(呼号)，在运行时，同一条跑道两端运行的两套仪表着陆系统联锁，以互斥形式工作，以避免同时开启时互相产生干扰，这样的频率分配运行方式称为“仪表着陆系统同频异呼”运行。

随着机场用频需求日益增长，同频异呼的应用也越来越广泛。美国已开始在巴尔的摩华盛顿机场开展同频异呼技术应用，中国民航拟在300多个新建、更新仪表着陆系统的机场使用同频异呼技术，上海浦东国际机场和北京大兴国际机场已采用此种仪表着陆系统同频异呼运行方式。

为了避免同频异呼的仪表着陆系统同时开启时互相产生干扰，中国国家标准《仪表着陆系统性能要求和测试方法》和民用航空行业标准《航空无线电导航设备技术要求》在关于仪表着陆系统同频异呼联锁运行中规定：“在用同一跑道的相反两端或为同一机场的不同跑道提供服务时，应设有联锁装置，以便保证只让正在为进近方向提供服务的航向信标辐射”、“同一跑道的相反两端或为同一机场的不同跑道提供服务的使用同一配对频率的两套仪表着陆系统设备应有联锁装置，以保证在同一时间只允许一套设备发射。当从一套仪表着陆系统设备转到另一套仪表着陆系统设备发射时，应在一套设备中断发射20s以后再开启另一套设备。”

在仪表着陆系统同频异呼运行操作过程中，人为因素或联锁故障会导致联锁失效，可能出现同一条跑道两端的仪表着陆系统同时运行，互相产生干扰，从而导致导航指示错误和飞机航迹丢失，所以对同频异呼的仪表着陆系统的监控至关重要。目前，主要是通过各导航设备自带的监控系统对各导航设备分别进行监控，由于各个导航设备工作的频段不同，各个导航设备自带的监控系统只能通过在固定监测点安装的特定频段监测天线来监测该类导航设备的空间信号参数指标，且主要用于指示该类导航设备主/备用机之间的切换或开/关机，但无法满足仪表着陆系统同频异呼新应用运行监测的要求，不能对维护仪表着陆系统用频秩序提供必要的安全保障。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种仪表着陆系统同频异呼运行监测系统和方法，旨在解决现有技术中处于同频异呼的各导航设备的联锁状态无法有效监控的问题。

一个方面，本发明提供了一种仪表着陆系统同频异呼运行监测系统，该系统包括：监测天线、测量装置和监控装置；其中，所述监测天线用于接收具有同频异呼的各导航设备发射的空间信号；所述测量装置包括多通道接收机和多通道接收机控制器；所述多通道接收机在所述接收机控制器的控制下接收各所述空间信号，所述接收机控制器对接收的各所述空间信号进行提取得到各所述空间信号的参数指标；所述监控装置接收各导航设备发射的空间信号的参数指标，并根据各空间信号的参数指标确定各导航设备的工作状态；所述监控装置还根据各导航设备发射的空间信号的参数指标确定两套仪表着陆系统的联锁状态。

进一步地，上述监测系统中，每个所述导航设备均包括：航向信标台、下滑信标台和测距仪；相应地，所述监测天线包括：航向信号接收天线、下滑信号接收天线和测距仪信号接收天线。

进一步地，上述监测系统中，所述监控装置还用于根据各导航设备的空间信号参数指标确定导航设备的切换状态，判断处于切换状态的两套导航设备的中断时间间隔是否满足预设要求。

进一步地，上述监测系统还包括：报警装置，用于在所述导航设备联锁状态失效时发出报警信息。

进一步地，上述监测系统还包括：显示装置，用于对各导航设备的参数指标进行图形化显示。

另一方面，本发明还提出了一种仪表着陆系统同频异呼运行监测方法，该方法包括：监测天线接收具有同频异呼的各导航设备发射的空间信号；多通道接收机在接收机控制器的作用下接收所述空间信号，所述接收机控制器还对所述空间信号进行处理，提取各所述空间信号的参数指标；监控装置接收各所述导航设备空间信号的参数指标，并根据各参数指标确定各导航设备的工作状态；监控装置还根据各导航设备空间信号的参数指标确定两套仪表着陆系统的联锁状态。

进一步地，上述方法中，各所述导航设备发射的空间信号包括航向信号、下滑信号和测距仪信号。

进一步地，上述方法还包括：根据各导航设备空间信号的参数指标确定导航设备的切换状态，判断处于切换状态的两套导航设备的中断时间间隔是否满足预设要求。

进一步地，上述方法中，当有导航设备处于非正常工作状态、联锁失效状态，或者切换状态不满足预设要求时发出报警信息。

进一步地，上述方法中，对各导航设备的参数指标进行图形化显示。

可以看出，针对现有仪表着陆系统同频异呼运行操作过程中，人为因素或联锁故障导致的联锁失效等问题，本发明各导航设备发射的信号的参数指标进行综合分析，确定两套仪表着陆系统的联锁状态是否失效，进而为仪表着陆系统的安全有效运行提供了保障。此外，本发明还从导航信号的连续测量、空间信号质量分析、设备状态预测等关键技术，在空间信号高速采样方法、导航信号测量方法与状态诊断、在线监测系统及方法和多通道接收机方面出发，实现对仪表着陆系统同频异呼进行实时监测、分析、预测和评估，为机场有效管理用频秩序、加快推进新技术应用，提供了基础设施和监测手段。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的仪表着陆系统同频异呼运行监测系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的仪表着陆系统同频异呼运行监测方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的仪表着陆系统同频异呼运行监测方法中，判断跑道两端的同频异呼仪表着陆系统联锁失效的流程图；

图4为本发明实施例提供的仪表着陆系统同频异呼运行监测方法的又一流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合；并且，基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

系统实施例：

本发明实施例提出了一种仪表着陆系统同频异呼运行监测系统。本系统包括：监测天线、测量装置200和监控装置300。

如图1所示，具体实施时，可以在设置有同频异呼的仪表着陆系统的跑道400附近设置一个或多个监测点，图1中示意性地给出了两个监测点。每个监测点均设置有监测天线和测量装置200，监测天线用于接收同频异呼的各导航设备发射的空间信号。其中，导航设备可以包括航向信标台、下滑信标台和测距仪，相应地，监测天线可以包括：航向信号接收天线110(108-112MHz)、下滑信号接收天线120(328-334MHz)和测距仪信号接收天线130(960-1215MHz)，各监测天线分别接收航向信标台、下滑信标台和测距仪发射的航向信号、下滑信号和测距仪信号。需要说明的是，具体实施时，监测天线可以安装在设置有同频异呼仪表着陆系统跑道400的附近，当然也可以安装在其他位置，本实施例对监测天线的具体安装位置不做任何限定。

测量装置200包括多通道接收机和多通道接收机控制器，接收机控制器控制接收机进行接收。多通道接收机在接收机控制器的控制下，通过射频传输线缆从监测天线接收航向信标台、下滑信标台和测距仪发射的空间信号，接收机控制器对接收的各空间信号进行处理得到各空间信号的参数指标。

具体地，接收机控制器内设有射频采集和处理模块，该模块具体包括：航向信号采集和处理子模块、下滑信号采集和处理子模块、测距仪信号采集和处理子模块。航向信号采集和处理子模块采集并处理航向信号，处理过程包括滤波、解调、计算处理，得到信号强度、航道/余隙信号的90/150Hz信号的调制度和相位、调制度差DDM值与调制度和SDM值、莫尔斯识别码等参数指标。下滑信号采集和处理子模块采集并处理下滑信号，处理过程包括滤波、解调、计算处理，得到信号强度、航道/余隙信号的90/150Hz信号的调制度和相位、调制度差DDM值与调制度和SDM值等参数指标。测距仪信号采集和处理子模块采集和处理测距仪信号，处理过程包括滤波、解调、计算处理，得到信号强度、莫尔斯识别码等参数指标。

监控装置300可以设置远程终端，与测量装置200电连接，用于接收接收机控制器提取的各导航设备空间信号的参数指标，并根据各导航设备空间信号的参数指标确定各导航设备的工作状态。

监控装置300内设置有信号监测分析模块，该模块具体包括：航向信号监测分析子模块、下滑信号监测分析子模块、测距仪信号监测分析子模块和评估子模块。其中，在航向信号监测分析子模块、下滑信号监测分析子模块、测距仪信号监测分析子模块内分别预设有航向信标台、下滑信标台和测距仪在正常工作情况下各参数指标的阈值范围，然后将从经过监测天线接收的各导航设备发射的空间信号中提取的参数指标与预设的各导航设备正常工作的阈值范围进行一一比对，当提取的所有参数指标均在各自的阈值范围内时，确定该导航设备处于正常工作状态，否则处于非正常工作状态。例如，航向信号监测分析子模块内预设有信号强度、航道/余隙信号的90/150Hz信号的调制度和相位、调制度差DDM值与调制度和SDM值、莫尔斯识别码等参数指标的阈值范围，当提取的各参数指标在阈值范围内时，确定该航向信标台处于正常工作状态，否则为非正常工作状态。

需要说明的是，具体实施时，航向信号监测分析子模块、下滑信号监测分析子模块、测距仪信号监测分析子模块各参数指标的阈值范围可以根据实际情况来确定，本实施例对其不做任何限定。

监控装置300内的评估子模块还根据各导航设备发射的空间信号的参数指标确定两套仪表着陆系统的联锁状态。参见图3，评估子模块通过测得的各导航设备的信号强度是否处于其阈值范围来判定其是否处于开启状态，结合多个监测点测得的两套仪表着陆系统的各导航设备是否处于开启状态，来判断处于同频异呼的两套仪表着陆系统的联锁状态是否失效。

例如，对于处于同频异呼的同一跑道两端的仪表着陆系统分别为：仪表着陆系统01和仪表着陆系统19。如果仪表着陆系统01中的任何一个或以上的导航设备处于开启状态，则评估为该仪表着陆系统01为开启状态；同时，仪表着陆系统19中的任何一个或以上的导航设备处于开启状态，则评估为该仪表着陆系统19为开启状态；然后，评估子模块将仪表着陆系统01和仪表着陆系统19是否同时处于开启状态进行判断，如果两套仪表着陆系统同时处于开启状态，则判定联锁状态为失效，并发出联锁失效告警信息，否则为联锁状态正常。

下面以航向信标台为例，对判断仪表着陆系统中各导航设备是否处于开启状态的具体方法进行详细说明。在评估子模块内预设有航向信标台各参数指标的阈值范围，当测得的航向信标台的各参数指标均处于对应的阈值范围内时，确定航向信标台处于开启状态，否则确定为关闭状态。

需要说明的是，具体实施时，各导航设备导航设备参数指标的阈值范围可以根据实际情况来确定，本实施例在此不做任何限定。

需要说明的是，图1示意性地给出了两个监测天线的安装位置，具体实施时，监测点可以设置两个或两个以上，具体设置数量可以根据实际情况来确定。当设置两个以上监测点时，当各个监测点监测到的导航设备的状态均为开启时，则判断该导航设备为开启状态。

可以看出，本发明实施例通过对各导航设备发射信号的参数指标进行综合分析，进而确定两套仪表着陆系统的联锁状态是否失效，与现有技术相比，本发明实施例可以对具有同频异呼的所有导航设备进行集中监控，进而可以更好地为仪表着陆系统的安全有效运行提供保障。

此外，本发明实施例还从导航信号的连续测量、空间信号质量分析、设备状态预测等关键技术，在空间信号高速采样方法、导航信号测量方法与状态诊断、在线监测系统及方法和多通道接收机方面出发，实现对仪表着陆系统同频异呼进行实时监测、分析、预测和评估，为机场有效管理用频秩序、加快推进新技术应用，提供了基础设施和监测手段。

本发明实施例可以提供符合国际民航组织公约8071、民航局空管局《民航空管通信导航监视设备巡检大修管理规定》要求的空管导航设备监测测量，主要包括仪表着陆系统空间信号动态特性测试、设备运行状态及其趋势预测，避免了同频异呼联锁失效引起的无线电干扰对航班运行安全造成的影响。

优选地，本发明实施例还包括报警装置和显示装置。报警装置用于在导航设备联锁状态失效时发出报警信息，以警示工作人员。具体实施时，可根据需要，通过显示装置对监控的各导航设备的各项参数指标进行图形化显示，还可以对各导航设备的工作状态，或者两套仪表着陆系统的联锁状态进行显示，以使工作人员可以实时了解各导航设备的工作状态。

优选地，监控装置300还用于根据各导航设备的空间信号参数指标确定导航设备的切换状态，判断处于切换状态的两套导航设备的中断时间间隔是否满足预设要求。具体地，监控装置300内的评估子模块根据各导航设备空间信号的参数指标确定处于切换状态的两套导航设备，当两套导航设备发生切换时，可实时记录从切换开始到导航设备信号稳定过程所需的时间，并判断评估两套切换的导航设备的转换时间间隔是否满足预设要求，并发送给管制工作人员，以对管制工作人员发布管制指挥命令提供参考。

综上，本发明实施例实时采集处于同频异呼状态的各导航设备的空间信号，并通过空间信号确定各导航设备的工作状态以及联锁状态，为机场有效管理用频秩序、加快推进新技术应用，提供了基础设施和监测手段。

方法实施例：

参见图2，本发明实施例还提出了一种仪表着陆系统同频异呼运行监测方法，该方法包括：

步骤S1，监测天线接收具有同频异呼的各导航设备发射的空间信号。

具体地，监测天线包括航向信号接收天线(108-112MHz)、下滑信号接收天线(328-334MHz)和测距仪信号接收天线(960-1215MHz)，用于实时接收不同频段导航设备的空间信号，该空间信号包括航向信号、下滑信号和测距仪信号。

步骤S2，设置于监测天线附近的多通道接收机在接收机控制器的作用下接收空间信号，接收机控制器还对空间信号进行处理，提取各空间信号的参数指标。

具体地，接收机控制器内设有射频采集和处理模块，该模块具体包括：航向信号采集和处理子模块、下滑信号采集和处理子模块、测距仪信号采集和处理子模块。航向信号采集和处理子模块采集并处理航向信号，处理过程包括滤波、解调、计算处理，得到信号强度、航道/余隙信号的90/150Hz信号的调制度和相位、调制度差DDM值与调制度和SDM值、莫尔斯识别码等参数指标。下滑信号采集和处理子模块采集并处理下滑信号，处理过程包括滤波、解调、计算处理，得到信号强度、航道/余隙信号的90/150Hz信号的调制度和相位、调制度差DDM值与调制度和SDM值等参数指标。测距仪信号采集和处理子模块采集和处理测距仪信号，处理过程包括滤波、解调、计算处理，得到信号强度、莫尔斯识别码等参数指标。

步骤S3，设置在远程终端的监控装置接收各导航设备空间信号的参数指标，并根据各参数指标确定各导航设备的工作状态。

具体地，监控装置内设置有信号监测分析模块，该模块具体包括：航向信号监测分析子模块、下滑信号监测分析子模块、测距仪信号监测分析子模块和评估子模块。其中，在航向信号监测分析子模块、下滑信号监测分析子模块、测距仪信号监测分析子模块内分别预设有航向信标台、下滑信标台和测距仪在正常工作情况下各参数指标的阈值范围，然后将从经过监测天线接收的各导航设备发射的空间信号中提取的参数指标与该正常工作的阈值范围进行一一比对，当提取的所有参数指标均在各自的阈值范围内时，确定该导航设备处于正常工作状态，否则处于非正常工作状态。

步骤S4，设置在远程终端的监控装置接收各导航设备空间信号的参数指标，并根据各参数指标确定两套仪表着陆系统的联锁状态。

可以看出，针对现有仪表着陆系统同频异呼运行操作过程中，人为因素或联锁故障导致的联锁失效等问题，本发明实施例对各导航设备发射的信号的参数指标进行综合分析，得到两套仪表着陆系统的联锁状态是否失效，进而为仪表着陆系统的安全有效运行提供了保障。此外，本发明实施例还从导航信号的连续测量、空间信号质量分析、设备状态预测等关键技术，在空间信号高速采样方法、导航信号测量方法与状态诊断、在线监测系统及方法和多通道接收机方面出发，实现对仪表着陆系统同频异呼进行实时监测、分析、预测和评估，为机场有效管理用频秩序、加快推进新技术应用，提供了基础设施和监测手段。

本发明实施例可以提供符合国际民航组织公约8071、民航局空管局《民航空管通信导航监视设备巡检大修管理规定》要求的空管导航设备监测测量，主要包括仪表着陆系统空间信号动态特性测试、设备运行状态及其趋势预测，避免了同频异呼联锁失效引起的无线电干扰对航班运行安全造成的影响。

上述实施例中，在步骤S4之后还可以包括：报警步骤，当有导航设备处于非正常工作状态、联锁失效状态或者切换状态不满足预设要求时，发出报警信息，以警示工作人员。

上述实施例中，在步骤S4之后还可以包括：显示步骤，对处于非正常工作状态、联锁失效状态或者切换状态不满足预设要求的导航设备进行图形化显示。

上述各实施例中，在步骤S4之后还可以包括：切换监测步骤，根据各导航设备空间信号的参数指标确定导航设备的切换状态，判断处于切换状态的两套导航设备的中断时间间隔是否满足预设要求。

具体地，监控装置根据各导航设备空间信号的参数指标确定处于切换状态的两套导航设备，当两套导航设备发生切换时，可实时记录从切换开始到导航设备信号稳定过程所需的时间，并判断评估两套切换的导航设备的转换时间间隔是否满足预设要求，并发送给管制工作人员，以对管制工作人员发布管制指挥命令提供参考。

下面结合图4对本发明实施例中的方法做进一步详细的说明：

通过监控装置配置测量任务，测量任务包括待测量的具有同频异呼的导航设备、监测天线工作频段等参数。各监测天线实时接收航向信号、下滑信号和测距仪信号，并通过射频传输线缆传输给设置在监测天线附近的测量装置。测量装置中的接收机控制器控制多通道接收机同时接收航向信号、下滑信号和测距仪信号，并处理、提取和显示各导航设备的空间信号参数指标，将这些参数指标实时记录存储到测量装置本地，此外，还对这些参数指标标记所属导航设备后，编辑成文本字符串形式，通过传输网络传输到远程终端的监控装置。远程终端监控装置实时接收测量装置传输来的文本字符串数据，提取数据中的导航设备和该导航设备的航向信号、下滑信号和测距仪信号的参数指标，根据各导航设备的参数指标首先判断测量装置中的多通道接收机是否存在故障，若是，显示相应通道接收机故障告警；若否，集中处理、分析和显示各导航设备的参数指标。预测、评估分析各导航设备运行状态是否存在有一个或多个导航设备运行不正常，或者仪表着陆系统同频异呼运行联锁失效，若是，显示相应导航设备运行状态或仪表着陆系统同频异呼联锁失效的故障告警。远程终端的监控装置记录各导航设备的参数指标，并根据用户需要将各参数指标不同时段的数据进行图形化显示。

综上，本发明实施例可以对各导航设备发射的信号的参数指标进行综合分析，得到各导航设备的联锁状态是否失效，进而为仪表着陆系统的安全有效运行提供了保障。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。