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[34导航] 浅谈A320飞机ATC在地面雷达上看不到故障

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发表于 2021-1-27 22:41:28 | 显示全部楼层 |阅读模式

最近接到一起机组报告:某A320飞机选择ATC1时地面雷达看不到,选择ATC2时正常。此故障在AIRBUS AIRMAN监控里没有任何信息。

01

系统概述

飞机装有两部 ATC 应答机 (XPDR),它们由中央操纵台上的控制面板(ATC/TCAS)控制。只有被选择的 XPDR 工作。

        XPDR 自动回应请求:
‐ 从 ATC确保有效的空中交通监控
‐ 从另一架有 TCAS的飞机确保交通警戒已触发。

XPDR 可做基础性监控(ELS)和增强性监控(EHS)。它传输下列数据至 ATC 中心:
‐ 飞机24位地址,飞机高度,航班号, RA 报告
‐ 指示空速、马赫数以及气压垂直速度,都由 ADR提供
‐ 由 IR(惯性基准)供给的磁航向,横滚角,地速,航迹角,角速度以及惯性垂直速

‐ 由 FCU(飞行控制组件)提供的选择高度和气压基准设置。 

S模式应答机带有 ADS-B OUT 功能,能自动并连续发送监视数据,而无需事先收
到询问。
‐ ATC 地面站
‐ 飞机可使用 ADS-B IN 功能。
        自动连续发射的 ADS-B OUT 监视数据,包括:
‐ 由 GPS提供:经度和纬度,水平完整性限制(HIL),大气高度和气压高度和几何
高度的差异,地速
‐ 由 ADIRS提供的气压高度
‐ 由 IR提供的航迹,垂直速度
‐ 由 FMS 提供的航班号(在 ATC 飞行计划注册并在驾驶舱准备时输入到 FMS)
‐ 紧急情况指示
‐ 由FCU提供的选择高度和航向,气压设置(QNH/ QFE)。 
(控制面板)
(1) 应答机 选择器
此电门选择 应答机 1 或 2。
(2) 模式选择器
STBY
: 两部 应答机 都被供电但是不工作。
ON
: 选择的 应答机 工作。
AUTO
: 在空中:选择的 应答机 工作。
AUTO
: 在地面:选择的 应答机 仅在S模式(可选的飞机询问模式)
(3) ALT RPTG 电门
ON
: 应答机 发送标准气压高度数据。
OFF
: 不发送高度数据。如果安装TCAS,上ECAM会以绿色显示“TCAS STBY”。
(4) IDENT 电门
机组按压此按钮以发送飞机识别信号。
(5) 编码显示
此窗显示选择的代码。
(6) 键盘
飞行机组用这些小键盘设置 ATC给定的代码。
(7) 清除键
飞行机组使用这一按键清除编码显示。
注: 只要新代码的四个数字没有完全写入,将保存前面的代码。
(8) ATC 故障灯
如果选择的 应答机 故障,此灯亮

02

系统法则

机载应答机提供编码应答信号,以响应来自地面二次雷达和装备TCAS的飞机的询问信号。

ATC/模式S系统有模式A, C和S性能。

模式A:识别

模式C:高度范围

模式S:在模式S环境中,应答器用ATCRBS格式的应答响应ATCRBS格式的询问,但是,此外,它可以由模式S询问器直接离散地处理。离散寻址意味着只有特定寻址的S模式应答机应答。顶部和底部天线以及相关的天线电门和信号处理特性提供了允许与TCAS II兼容的分集天线特性。分集天线允许根据接收的询问信号的特性选择来自顶部或底部天线的信号接收。应答机选择从地面空管二次雷达接收到最佳传输信号的天线(低部天线或上部天线)。这改善了空对空监视和通信。ATC/ S模式应答机,也用于碰撞避免。在这个角色中,应答器作为ATCRBS和模式S应答器执行ATC的要求,同时作为TCAS的一个组成部分。S模式应答机具有与TCAS相关的两个基本功能:

(1)大约每秒钟,一个S模式的应答机进行一次传输。这些传输在顶部和底部S模式天线之间交替进行。它的编码与飞机模式的地址和设备能力。地面站和空中交通管制系统(TCAS)监听,这是一架装备s模式的飞机进入监视区域的初始信号。

(2)两架配备TCAS的飞机之间的通信从一架飞机的TCAS天线到另一架飞机的S模式应答器天线。在配备TCAS的飞机上,由S模式应答器接收的数据被传递到TCAS计算机,而TCAS计算机确定应答消息的内容。

S模式应答包括飞行管理与制导计算机(FMGC)传输的飞机号。

ATC系统有两个频率:

-问询:1030 MHz

-回答:1090 MHz

模式A、C和“所有呼叫”讯问是以编码脉冲PPM(脉冲位置调制)的形式传输的。

“全呼”讯问是一种生成A或C模式并生成S模式应答的讯问。

应答机包含数据链路能力,允许它接收上行消息和上行扩展长度消息。应答器可以发送下行消息。

03

系统结构

ATC由两个独立的系统组成。每个系统包括:

- 1个应答器1SH1 (1SH2),
-两个天线7SH1,7SH3 (7SH2,7SH4),
-一个ATC/TCAS控制单元3SH共同的两个系统。

此外,集中式故障显示接口单元(CFDIU) 1TW可以通过一个多用途控制和显示单元(MCDU) 3CA1 (3CA2)访问ATC系统的维护部分。

04

故障分析

由于此故障在AIRMAN上监控不到,如果没有机组报告,我们很难察觉。此次故障是责任工程师在梳理一周飞机状况的时候,发现一周内有两次机组汇报,分别为ATC1地面雷达看不到和ATC1指示异常,处理结果均是测试正常。于是在最近的航段,与机组取得了联系,确认故障依然还在,进行了一系列排故。

参照以上ATC相关的测试程序,BITE TEST和OPERATIONAL TEST都没有报告故障,无法确定故障源。FUNCTIONAL TEST需要一个地面专用测试设备,而很多站点没有此设备。导致飞机在非基地站运行期间只能通过更换部件来验证故障(虽然这不是我们排故的初衷)。当更换完应答机和控制组件,检查完线路没有问题时,我们只能求助AOC将飞机调回基地进行彻底排故。

ATC相关故障的排故程序有多达35条,如何选择与故障现象最为贴切的排故程序也十分重要。结合机组描述的驾驶舱响应,个人认为最为贴切的排故程序为TSM34-52-00-810-839-A。

ATC BITE测试正常,ATC MODE S功能测试结果如下:

Set the test set (or bench) for:
On the test set:
- POWER test
- The POWER must bemore than or equal to 125 W and less than or equal to 500 W.
- FREQUENCY test
- The FREQUENCY must be 1090 MHZ plus or minus 1 MHZ.
- SENSITIVITY test
- The SENSITIVITY or MTL must be -74 dBm plus or minus 3 dBm.
 省略中间程序
Set the test set (or bench) for:
- Interrogation in MODE A
- MODE A: "No reply"
- Interrogation in MODE C
- MODE C: "No reply"
- Interrogation in MODE S.
- MODE S aircraft code: XXXXXX
- Flight number/Flight ID
- Aircraft status: Ground.

参照以上测试标准,ATC1应答机故障,ATC2应答机正常。

更换故障件,重新测试正常,故障排除。

05

知识拓展

声明:以下内容来源于荣定斋,作者伊壹。
如有侵权,请告知,谢谢。

今天我们通过下面这12个问题来了解一下二次雷达。


1.二次雷达发射器和应答机使用的频率是多少?



二次雷达地面设备发射器使用的频率是1030MHz,应答机使用的频率是1090MHz;二次雷达机载设备的发射器和应答机使用频率与地面设备的刚好相反。






2.二次雷达有多少个应答机编码组合?



A/C模式分别各有4096个应答机编码组合,每个编码是由四位数字组成,每个数字可以是从0-7之间的任意数,因此有8×8×8×8=4096种组合。

很多人可能会比较好奇为什么每个数字可用范围是0-7而不是0-9,这是因为A/C模式的二次雷达在飞机地址信息定义上使用的是一个12位的二进制数,因此编码组合的数量最多是2的12次方,也就是4096个。

而S模式的二次雷达采用的是24位二进制数构成的飞机地址信息,最多可以生成一千六百多万种编码。

随着空中飞机越来越多,相对于A/C模式,S模式的二次雷达有效地解决了飞机代码资源紧缺的问题。




3.二次雷达向空中交通管制员显示的高度精度是多少?



±50英尺,由于二次雷达C模式报告的飞行高度都是以百英尺为单位,如果飞行高度数据非百英尺整数,则会被四舍五入到接近的百英尺高度上。

因此二次雷达报告的高度与实际高度的误差最多不会大于±50英尺。




4.为什么二次雷达不会受到云体反射信号的干扰?



因为二次雷达不是利用回波反射原理工作的。

一次雷达利用回波反射原理工作,很容易受到被云体而非飞机反射回来的电磁波干扰。

但是二次雷达是通过不同的频率发射和接收信号与飞机上的应答机建立联系,通过信号中的飞机地址信息可以区分出是有用信号还是无用信号,因此不会受到其它飞机发射的信号或云体反射的信号干扰。





5.二次雷达有多少种模式?



二次雷达在军用领域和民航领域中各有5种模式。军用领域中分为1、2、3、4、5模式;在民航领域则分为A、B、C、D和S模式,其中B模式曾在一些国家应用过,现在已经不用了,而D模式则从来没有实际应用过。

目前B、D模式已经被淘汰了,在ICO Doc9684文件中已经找不少mode B和D的说法了。其实随着S模式的普及,A/C模式估计迟早也会成为历史。

二次雷达在军民领域中的模式分类只是名字上不同,其实它们很大一部分是重合的。

民用二次雷达的A/C模式实际上跟军用的3模式是一样的,而且其中A模式是军民通用,所以A模式也常被写为mode 3/A。





6.当飞机上的二次雷达应答机选择为C模式时,飞机发送的高度信息基准是什么?



标准海平面气压高度,即1013.25hPa。




7.二次雷达的优势有哪些?



雷达探测范围更大,功率更小;无需飞机做出机动动作即可识别飞机;从飞机返回的信号中可以获得距离、方位和高度信息




8.二次雷达应答机的特殊编码有哪些?



0000:应答机故障。

2000:IFR飞行从非雷达管制区进入雷达管制区,在管制未给应答机编码之前调定的编码。

7000:VFR飞行时没有指定应答机编码。

7500:非法干扰。

7600:发生无线电故障,通讯失效。

7700:遇险、紧急情况。

另外,不同的国家对于一些特定的飞行有特定的编码规定,例如在英国,0033表示有跳伞活动,7010表示目视起落航线。





9.在应答机上调定编码时,应该使用哪个开关位置?



STBY(待机)




10.二次雷达应答机上的IDENT按钮是干什么用的?



按压IDENT按钮后,它会在正常的脉冲序列之后4.35微秒发送一个识别脉冲,这个脉冲会使雷达屏幕上的飞机信号闪烁25秒。这种额外的脉冲被称为识别(IDENT)或特殊位置识别(SPI:Special  Position  Identification)。




11.二次雷达S模式的应答机是否会响应A/C模式的询问?



S模式的应答机会正常响应A/C模式的询问。因为S模式尽管是新的配置但是它是向后兼容的,可以响应A/C模式的询问。




12.A/C模式的应答机是否会响应S模式的询问?



A/C模式的应答机可以响应S模式的询问,但是无法传输S模式中所需要的数据。




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楼主辛苦,学习、收藏!!
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