李鋒

摘 要：航空業(yè)的發(fā)展離不開自動(dòng)化技術(shù)的支撐，基于網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化的空管系統(tǒng)對良好的航空管理起著重要的積極作用，GPS時(shí)鐘作為成熟的同步技術(shù)可以為空管自動(dòng)化系統(tǒng)的搭建提供重要支持，相關(guān)的研究結(jié)果對該系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展提供了相關(guān)思路。

關(guān)鍵詞：航空業(yè)；空管自動(dòng)化；GPS時(shí)鐘

引言

GPS時(shí)鐘是基于先進(jìn)的GPS高精度定位系統(tǒng)模塊開發(fā)的基礎(chǔ)性應(yīng)用產(chǎn)品，能夠按照具體的機(jī)械和自動(dòng)化產(chǎn)品要求輸出符合規(guī)約的時(shí)間信息規(guī)格，從而完成同步授時(shí)的任務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)間定位和信號輸出，在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用十分廣泛。空管自動(dòng)化系統(tǒng)是航天空管部門進(jìn)行空中指揮的核心系統(tǒng)，主要是通過雷達(dá)信號進(jìn)行監(jiān)視數(shù)據(jù)處理，為管制員提供空中飛行態(tài)勢的實(shí)時(shí)報(bào)道，還有各種飛行沖突以及相應(yīng)的警示。

隨著航線和航班數(shù)量的快速增長，空中交通管制流量的不斷增大，空管自動(dòng)化系統(tǒng)在空中管制中所占據(jù)的位置也是越來越重要，而空管自動(dòng)化系統(tǒng)則提供了重要的技術(shù)支撐，因此研究各類先進(jìn)技術(shù)在空管自動(dòng)化系統(tǒng)升級中的應(yīng)用越來越受到學(xué)者和工程技術(shù)人員的重視，GPS時(shí)鐘便是其中可以應(yīng)用的重要技術(shù)模塊。

1同步原理及同步技術(shù)

截止今日，GPS同步技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展[1]，最早應(yīng)用于航天系統(tǒng)的GPS技術(shù)目前已經(jīng)在各類民用產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用，該系統(tǒng)主要由三個(gè)部分組成，分別是GPS衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)和GPS信號接收機(jī)。

從原理上來說，首先需要進(jìn)行考量的是UTC時(shí)間，也就是全球時(shí)間坐標(biāo)，這是通過地球共振原理所產(chǎn)生的一種時(shí)間計(jì)算方法，用共振式的原子鐘度量時(shí)間的精確度要相對準(zhǔn)確的多，上千年可能也不會(huì)存在一秒的誤差，精確度要高于世界時(shí)，在目前的民航產(chǎn)業(yè)中，UTC已經(jīng)成為了必須的模塊，GPS時(shí)鐘是全球系統(tǒng)的縮寫，也是具有高精度的原子鐘，并且可能通過地面監(jiān)控系統(tǒng)保持精確的時(shí)間。用戶接收機(jī)也就是我們通常意義所示的GPS時(shí)鐘系統(tǒng)，可以通過對GPS衛(wèi)星的觀測直接就地獲取準(zhǔn)確的高精度傳遞授時(shí)間，該時(shí)間與UTC時(shí)間同步。NTP協(xié)議則是網(wǎng)路時(shí)間協(xié)議，是設(shè)計(jì)用來在網(wǎng)絡(luò)上使得不同的機(jī)器能夠保持同步時(shí)間的一種通信協(xié)議，NTP協(xié)議已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在了網(wǎng)絡(luò)之中，客戶端的工作模式得到實(shí)施，安裝了NTP的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器可以向網(wǎng)內(nèi)的其他用戶提供時(shí)間服務(wù)基準(zhǔn)。我們windows電腦上的時(shí)間同步功能就是一個(gè)很好的例子。通過以上原理，GPS時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)同步功能，首先由GPS時(shí)鐘從GPS衛(wèi)星接收到一個(gè)精準(zhǔn)的時(shí)鐘信號，并將此作為基準(zhǔn)時(shí)間。需要校對時(shí)間的用戶要煉乳到GPS時(shí)鐘所在的網(wǎng)絡(luò)，并使用NTP協(xié)議來接收GPS時(shí)鐘所廣播在網(wǎng)內(nèi)的時(shí)鐘信號，從而對自己的時(shí)鐘進(jìn)行完整的校對。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及軟件配置

從基站結(jié)構(gòu)上來說，不同的空管自動(dòng)化系統(tǒng)基本相同[2]，主要由雷達(dá)數(shù)據(jù)前置處理系統(tǒng)、雷達(dá)數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、飛行數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和雷達(dá)綜合數(shù)據(jù)顯示終端、飛行數(shù)據(jù)顯示終端、雷達(dá)數(shù)據(jù)記錄和回訪子系統(tǒng)、系統(tǒng)監(jiān)控終端等組成，各個(gè)子系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡(luò)交換交換機(jī)組成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和局域網(wǎng)，系統(tǒng)采用三網(wǎng)運(yùn)行方式，可以保證數(shù)據(jù)可靠，高效傳輸，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)要采用冗余結(jié)構(gòu)，在雙冗余網(wǎng)絡(luò)管理軟件的配合下，系統(tǒng)的雙路配合在網(wǎng)絡(luò)上提高了可用性，第三路主要是用于記錄和重演數(shù)據(jù)提高雷達(dá)傳輸，網(wǎng)絡(luò)傳輸需要高精度的GPS定位，可以保障網(wǎng)絡(luò)使用的可靠性。

雷達(dá)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的前處理包括雷達(dá)線路分配器和雷達(dá)數(shù)據(jù)處理器，誤碼檢查以及雷達(dá)數(shù)據(jù)的各項(xiàng)預(yù)處理之后一并通過系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸來進(jìn)行處理。子系統(tǒng)則對系統(tǒng)引接的雷達(dá)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)數(shù)據(jù)控制，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制和信道優(yōu)化。飛行處理子系統(tǒng)主要進(jìn)行飛行電報(bào)和飛行計(jì)劃的處理，并兼做系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，完成民航電報(bào)自動(dòng)處理。飛行動(dòng)態(tài)顯示是雷達(dá)管制員進(jìn)行監(jiān)視和指揮空中系統(tǒng)的主要場所，可以顯示多個(gè)飛行姿勢。飛行計(jì)劃顯示器是助理管制員監(jiān)視空中交通狀態(tài)的管制場所。系統(tǒng)監(jiān)控終端主要是技術(shù)人員對系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控的席位，提供用于監(jiān)控的人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)控。

成熟的民航空管站配備可以使用的自動(dòng)化系統(tǒng)，自動(dòng)化的使用是通過軟件和硬件之間相互的協(xié)調(diào)配合來完成的，從硬件結(jié)構(gòu)上來說，空管站的系統(tǒng)一般采用多機(jī)多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)之間相互獨(dú)立，因此需要對各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的終端都進(jìn)行校對操作，這個(gè)過程需要用GPS時(shí)鐘來完成，擁有多個(gè)NTP輸出模塊的GPS時(shí)鐘可以完成這項(xiàng)工作，在進(jìn)行NTP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議輸出時(shí)，可以配置不同網(wǎng)絡(luò)段的IP，隨機(jī)便可以使用NTP協(xié)議與網(wǎng)內(nèi)的服務(wù)器進(jìn)行校時(shí)，但這樣所占據(jù)的服務(wù)器數(shù)量會(huì)相對較多，GPS時(shí)鐘的貸款開銷必然很大，而且很有可能會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)擁堵，因此可以將網(wǎng)段內(nèi)的RDP服務(wù)器設(shè)置為本網(wǎng)端的時(shí)間服務(wù)器，負(fù)責(zé)接收GPS始終信息，并自動(dòng)將本機(jī)與GPS時(shí)鐘進(jìn)行對時(shí)，使用這種分級方法可以大大降低系統(tǒng)帶寬的開銷。時(shí)鐘配置的NTP網(wǎng)絡(luò)理論上應(yīng)該是越多越好，這樣的輸出模塊就可以分級使用，此時(shí)，串口連接方式就顯得非常有效，通過串口將GPS時(shí)鐘信號輸出，其他位置再利用NTP協(xié)議與RDP進(jìn)行校時(shí)。

軟件設(shè)計(jì)對于空管自動(dòng)化系統(tǒng)的具體應(yīng)用同樣非常重要，為了能夠結(jié)構(gòu)和其他問題邊緣化，需要設(shè)計(jì)一個(gè)程序可供RDP解析獲取時(shí)鐘信號，RDP服務(wù)器的功能是為了實(shí)現(xiàn)接收和解析，主要就是進(jìn)程服務(wù)，運(yùn)行進(jìn)程對于系統(tǒng)內(nèi)存的占用一直存在，并且不間斷運(yùn)行，進(jìn)程服務(wù)從異步串行通信接口中接收GPS數(shù)據(jù)，檢查GPS數(shù)據(jù)的完整性，組裝出完整的GPS數(shù)據(jù)，在解析出完整的數(shù)據(jù)項(xiàng)目之后，修改本機(jī)的時(shí)間，而對于接收到的數(shù)據(jù)應(yīng)該按照規(guī)定進(jìn)行時(shí)間上的自由度匹配，更新配合及其的時(shí)間，進(jìn)程服務(wù)可以進(jìn)行狀態(tài)查詢，日志查詢和內(nèi)存占用查詢，相應(yīng)的日志文件會(huì)對后期校對起到重要作用。在軟件使用終端使用tail命令跟蹤日志文件，終端會(huì)不斷的對日志信息進(jìn)行輸出。

3 系統(tǒng)維護(hù)

GPS接入的空管自動(dòng)化系統(tǒng)的維護(hù)同樣非常重要，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是機(jī)械系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)之一，對于空管系統(tǒng)的維修工作主要是通過五個(gè)方面來進(jìn)行。

首先是接入工作站的掛起或鎖定，軟件系統(tǒng)對輸入的GPS信號沒有任何反應(yīng)。遇到類似的問題可以嘗試從網(wǎng)絡(luò)上另一臺的工作站方位系統(tǒng)，在終端窗口中，輸入強(qiáng)制停止命令來結(jié)束進(jìn)程，直到系統(tǒng)做出反應(yīng)，若系統(tǒng)不反應(yīng)，可以嘗試對系統(tǒng)進(jìn)行重新啟動(dòng)，關(guān)閉控制電腦電源迫使電腦忘記數(shù)據(jù)后再啟動(dòng)。監(jiān)控軟件的網(wǎng)絡(luò)故障也有可能發(fā)生，應(yīng)該注意檢查交換機(jī)和工作站的網(wǎng)絡(luò)連接，雷達(dá)信號也同樣可能會(huì)失聯(lián)，此時(shí)也應(yīng)該注意網(wǎng)絡(luò)連接。

在注意保護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)之上，空管系統(tǒng)大多數(shù)的故障都來在網(wǎng)絡(luò)，所以應(yīng)該定期對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢查和更新，以免在工作關(guān)鍵時(shí)刻發(fā)生故障。

總結(jié)

隨著民航業(yè)的不斷發(fā)展，空管行業(yè)也逐漸面臨著更大的壓力和挑戰(zhàn)，對安全性的要求也在逐步提高，而一個(gè)現(xiàn)代化、科技和含量高的空管自動(dòng)化系統(tǒng)可以適應(yīng)這種全新的挑戰(zhàn)，硬件更加可靠、軟件更加有效，安全性跟高，準(zhǔn)確的時(shí)間對時(shí)可以對這種技術(shù)搭建起到強(qiáng)有力的支撐作用，為自動(dòng)化系統(tǒng)提供了更可靠的數(shù)據(jù)和更高效的工作模式。

參考文獻(xiàn)：

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