游容生
中南空管局空管设备应用技术开放实验室 广东省广州市 510410
摘要
介绍了无人值守的SELEX导航设备（包括2100系列仪表着陆系统，1150A DVOR，1118A/1119A DME）远程监控系统的设计思路和实现技术,详细论述了SELEX公司的仪表着陆系统、DVOR、DME硬件系统和相关软件系统的监控方法。该系统随时随地实时在线监控SELEX导航设备的工作状态,并根据监控信息产生短信，电话，音频广播，声光告警，手机推送等多种报警,实现了导航设备运行状态监控的自动化,提高了导航设备的安全性。
关键词： SELEX；导航设备；监控终端；数据采集
引言
仪表着陆系统（ILS）是飞机进近和着陆引导的国际标准系统。它由三部分组成：航向信标、下滑信标、指点信标（或DME测距仪）。航向和下滑信标分别向空中发射两束无线电波信号，在空间形成一个虚拟的跑道中心延长线的航道信号和3度下滑道指引扇区，建立一条由跑道入口指向空中的“虚拟路径”（电磁波束），引导飞机安全着陆。
多普勒全向信标（DVOR）发射一个相位固定的基准信号和一个相位随着围绕信标台的圆周角度连续变化的变化信号，飞机上的VOR天线通过接受这两个信号，然后计算这两个信号之间的相位差来计算飞机相对于地面导航台的方位，从而引导飞机安全准确地沿选定路线、准时到达目的地。
测距仪（DME）为飞机提供距离信息，飞机上机载设备发射一个脉冲信号，地面设备接收到该信号后返回给机载设备一个应答，飞机从而得出地面导航台点之间的斜距。
SELEX ES公司是总部位于美国堪萨斯州欧弗兰帕克，通过对Leonardo（原Finmeccanica）重组，在2014年1月1日成立的新公司。该公司设计，制造，调试和支持完整系列的地面无线电导航和着陆辅助设备，包括I至II / III类仪器着陆系统，多普勒和常规VHF全向测距仪以及高功率和低功率测距设备。
2015年，三亚机场26号跑道安装了SELEX ES公司2100、2110、1118A系列产品，是该公司在中国安装的第一套盲降设备，之后国内很多地方开始使用SELEX导航设备（包括2100系列仪表着陆系统，1150A DVOR，1118A/1119A DME）。SELEX导航设备配有一个远程控制状态单元（RCSU），RCSU可以同时监控多个该公司生产的导航设备，但整个系统只能存在一个RCSU，只能供维护人员在本地监控。而塔台管制人员，设备管理人员，设备维护人员都希望能随时随地能过多种手段，如平板，手机了解导航设备是否正常。当设备出现问题时，能第一时间收到通知。要实现这些功能，最关键的是要有能够向外部系统提供实时状态数据的监控终端
本文研究SELEX ES公司的RCSU和PMDT软件之间的通信数据，采用不断试探和验证的方法取得RCSU监控的导航设备状态信号的数据格式，应用C#语言进行编程，设计并开发出一套能够多人使用，具备多种告警手段的监控终端，使得塔台管制人员，设备管理和设备维护人员任何地方随时随地地查看设备运行状况，在设备出现问题时，能第一时间收到通知，保障了飞行的安全。
一、SELEX ES导航设备监视终端软硬件研究和开发
SELEX ES导航设备监视终端的研究和开发主要有以下几个关键步骤：
1、对RCSU监控的导航设备状态信号的数据进行采集；
2、搭建监视终端的硬件平台；
3、对采集到的状态数据进行分析，搞清状态数据的格式和含义；
4、开发监视终端软件，编写REST服务，编写多种显示终端，编写多种告警方式；
5、进行系统测试。
1.1 SELEX ES的导航设备状态信号的数据的采集
登录到RCSU，进入RCSU Configuration，勾选Allow Network Connections。此时可使用PMDT通过网络连接到RCSU。
打开网络抓包工具（如Wireshark），抓取RCSU和PMDT之间的通信网络包，可以抓取到如F8 F8 D0 00 09 00 00 00 00 04 00 1C C4 96 98 FC 9B的数据。通过抓取大量的网络包对比分析，可以知道，每个包的起始符就是F8 F8，第5个字节起连续5个字节就是命令码，第10和11个字节就是数据的长度，接下来是命令的内容，最后两个字节通过标准CRC函数进行计算，发现就是CRC（循环冗余校验）码。
在PMDT连接上RCSU时，操作PMDT，同时记录网络包，可以画出RCSU和PMT的交互图，最后可得知命令码为4的就是设备状态包。
1.2 SELEX ES的导航设备状态数据内容分析
设备状态包的数据内容分析解释是分析工作的难点，对着一难十六进制的数据如何下手呢。笔者采用的是试探的方法进行数据格式的分析。使用C#语言开发一个小程序“SelexNAV转发程序”，使用TCP方式，在15466端口侦听，同时使用TCP连接到RCSU的15467端口。在PMDT设置连接端口为15466，小程序接收到PMDT发来的数据包，转发给RCSU，收到RCSU的数据转给PMDT。在维持RCSU程序和PMDT通信的同时，逐个字节地改变发往PMDT 程序的状态数据包的内容，通过观察PMDT显示的信息来判断设备状态包内每一个字节，每一位的含义。
根据以上分析提出RCSU监控的导航设备状态分析方案：1、在采集电脑上安装Selex ES公司的RCSU、PMDT程序，设置RCSU程序在15467端口允许网络存取。2、在采集电脑上运行“SelexNAV转发程序”，在15466端口侦听，并连接和RCSU建立连接。3、设置PMDT程序连接到15466端。4、在“SelexNAV转发程序”实时修改状态及参数包，重新校验，再把修改后的状态及参数包发给PMDT程序，看对 PMDT会有什么影响，从而试验出该字节的信息含义。
5、利用以上方法找出各个导航设备的关键状态及参数数据位于数据包的哪些字节并如何编码。从而解码出Selex导航设备的状态及参数。
1.3编写SELEX ES导航设备监控终端软件
1.3.1编写采集终端软件
知道SELEX ES导航设备监控信号数据格式后，就可以开发采集终端软件了。本文编写了TcpClientWrap类，封装Tcp客户端，负责连接到RCSU，从RCSU接收数据并发送数据到RCSU。编写SELEXProtocol类，用于对TcpClientWrap数据解析和打包。编写SELEXRCSU类，用于解析SELEX ES导航设备的状态及参数。最终把SELEX ES导航设备实时状态及参数放置在内存和数据库里。
1.3.2编写显示终端
为了实现随时随地实时在线监控，笔者开发了两种显示终端，一个是PC端，一个是移动端。
PC端模拟了SELEX ES 1180A DME设备的操作面板。主要提供给设备管理和设备维护人员使用。PC端可以对所有导航设备进行开关机，转换机，复位。PC采集终端只要采集到导航设备的状态发生异常，就马上用亮灯的方式展示出来，并使用声光提示用户。
移动端只开发了安卓版本，使用Xamarin开发。同时基于Microsoft开源的Owin编写了REST服务，供移动端使用。移动端显示终端通过调用REST服务，取得SELEX ES导航设备的状态及参数。REST服务收到此请求后，使用管道方式连接到PC采集终端，请求获得相关设备的状态及参数，并返回给移动端。移动端收到的是JSON格式的数据，解析后在移动端展示，当设备产生告警时，实时使用声光提示用户。
1.3.3编写报警功能
笔者使用第三方的集中报警器GDM04作为报警输出。集中报警器GDM04集成短信、电话、音频广播及声光四种告警通知功能。支持WEB远程登录配置，支持网络、RS232、RS485三种连接组网方式。支持移动、联通、电信三大运营商网络，可实现对告警信号输出的统一管理。一般情况下采集终端软件都使用网络方式和集中报警器连接。
1.3.2.1短信告警
当设备产生告警时，采集终端软件会发送如：{"devid":1,"fun":"write","command":"sms","content":{"priority":1,"again":0,"dest": ["13512345678"],"
msg":"09航向1号机关机"}}命令给集中报警器，msg后跟的是让集中报警器发送出去的短信，dest后跟的就是电话号码，集中报警器会返回JSON格式的数据，告之短信是否发送成功。
1.3.2.2电话告警
集中报警器GDM04有两种方式进行电话告警，既可以用电话线，也可以用SIM卡拨打电话。设备产生告警时，如果使用电话线拨号，采集终端软件会发送如：{"devid":1,"fun":"write","command":" phone","content":{"priority":1,"again":0,"dest":["xxxxx"],"msg":"这是一条报警电话，09航向1号机关机! "}}命令给集中报警器。当接收人接通电话时，会收听到提示音，然后收到到msg后接的信息，把文本转换成语音是集中报警器自动完成的。当使用SIM卡拨打电话时，发送的命令是{"session":1,"devid":1,"fun":"write","command":"call","content":{"priority":1,"again":0,"dest":["13544238329"],"msg":"这是一条报警电话，09航向1号机关机! "}}
1.3.2.3 音频广播告警和声光告警
集中报警器还可以发出音频广播告警和声光告警。发送命令{"session":1,"devid":1,"fun":"write","command":"broadcast","content":{"priority":1,"again":0,"msg":"09航向1号机关机"}}给集中报警器，集中报警器如果接好音箱，会从音箱处读出msg后跟的告警信息。集中报警器有一个12V输出接口，可连接声光报警器。发送命令{"session":1,"devid":1,"fun":"write","command":"alarm","content":{"priority":1,"again":0,"msg":" on"}}给集中报警器，集中报警器会输出12V到声光报警器，声光报警器会发出刺耳的报警声。
二、小结
SELEX导航设备远程监控系统能在随时随地及时了解SELEX ES公司的导航设备运行状态信息,可以通过电脑，手机，电话第一时间了解设备相关故障信息,实现了全天候导航设备运行状态监控的自动化。系统能主动和及时发现导航设备的故障,大大提高设备管理人员的故障反应速度,对全面、快速、有效地保障飞行安全具有重要意义。
参考文献:
[1] 焦腾.电信机房环境集中监控系统的研制. [国防科学技术大学硕士学位论文].湖南国防科技大
学.2008