基于DTU的外指点信标远程监控系统

前言：传统的外指点信标信标远程监控一般采用固定电话拨号或定向无线数传的方式传送指令和数据，随着机场周边的开发建设，固定电话拨号和定向无线数传的方式均存在诸多弊端，容易导致监控失效。本文提出一种基于 DTU 的外指点信标远程监控系统，该系统成本低廉，可靠性高，稳定性强，已在重庆机场实施。

一、引言

引言

指点信标（Marker Beacon）是用于航空的甚高频无线电信标的一种特殊类型。指点信标从地面向上辐射一个扇形的垂直辐射场型，通常与仪表着陆系统（ILS）联合起来使用，当飞机飞到指点信标覆盖区域后就将得到该位置点信息，为飞行员提供在已经建立飞至目的地的航线中确定位置点，是一种距离提供点和检查点。指点信标主要分为三种类型 ：外指点信标（OM）、中指点信标（MM）及内指点信标（IM）。外指点信标用在确定最后飞机进场定位点，这个点是位于与航向道及跑道中心线相同的航道，跑道入口前4至7海里。通常为飞机切入下滑道中高度约1 NM（2 km）的位置，并在低功率（3 W），75 MHz 的载波频率上传输 400 Hz 单音信号。外指点信标天线为高指向性天线。有效信号区域是730 mx1280 m 的椭圆。当飞机沿着下滑道下降过程中接收到外指点信标信号后，机载接收机面板上紫色小灯闪烁，一般此位置作为下滑道截获点。中指点信标通常安装在距离跑道入口前1050m 处的位置。以此警示飞行员已过仪表着陆系统（ILS）I 类的决断高度点，决定是否复飞。内指点信标一般安装在距

离跑道入口75m 至450m 的位置处，指示灯为白色小灯 [1]。

二、外指点标远程监控现状

外指点信标远程监控系统由中心台和端台组成，中心台位于机场导航监控室，如图1所示。端台位于各机场外的指点标台。目前主要采用两种传输方式对远端导航台设备进行监控。

图1 外指点信标远程监控系统中心台框图

方式一 ：采用电信固话线路，传输速率为56Kb。由于台站偏远，固话线路易受到周边施工挖断的影响，且日益老旧难以维护。同时固话线路接头较多，部分裸露在地表，易受到雷电等外界环境的干扰，造成通信中断。

方式二 ：定向无线传输，中心台架设全向天线，端台架设定向天线，最高传输速率只有19.2Kb，由于周边（木耳、寸滩）开发建设及 T3航站楼的建设，高楼将阻挡和衰减无线信号，造成连接中断或不稳定，同时架设在室外的天线还需做好避雷保护，避免

雷击。以上两种传输方式都已经不能适应现有通信传输技术的发展

需求，寻找优化替代方案已是当务之急 [2]。

三、基于DTU的外指点信标远程监控系统构建

目前移动运营商通信蜂窝网络覆盖范围广、技术成熟，能够快速稳定的传输数据。同时，把固定电话线路改成光纤的成本较高，而且台站周边施工较多，有线传输线路易受破坏，带来不安全隐患，影响设备安全。故系统设计决定采用运营商移动通信方式进行数据传输，实现远程监控。

3.1 DTU 功能分析

DTU（数据传输单元）是一种无线终端，这种终端主要用来将串行数据转换为 IP 数据或者将 IP 数据转换为串行数据，它是通过无线通信网络进行数据的传输。DTU 模块主要有如下功能特点 ：一是支持用户串口参数设置，在实际应用中，各种用户设备的类型不同，其对应串口的参数也不同。在 DTU 和用户设备的串口相连接时，可以根据不同用户的设备串口的实际参数来进行设置 DTU 的配置参数。

二是设备参数可以自定义配置，实现永久保存。GPRS DTU 是通讯设备的一种，在不同的应用中，数据中心的串口波特率、端口号及 IP地址等参数，根据其应用的不同差异，GPRS DTU 模块能够根据实际情况进行参数的配置。配置完成后将设置的参数保存在 EEPROM或者 EPFLASH 等这些存储器件中。三是模块能够对串口数据进行双向转换功能。在 GPRS DTU 模块中，专门提供了接口用于进行串行数据通信。有 RS485通信方式、RS232通信方式、RS422等通信方式用于数据传输。大多数情况下，GPRS DTU 模块把串口数据设计成“透明转换”的方式。在不需要改变原来的数据通信内容的基础上，串口上的原始数据能够在 GPRS DTU 模块中转换成 TCP/IP 数据包进行传

送。四是在模块的内部集成了 TCP/IP 协议栈，PPP 拨号协议及 TCP/IP 协议栈均封装在 GPRS DTU 的内部。从硬件上分析，该模块集成了无线 GPRS MODEM 的功能和嵌入式个人计算机的功能 [3]。

3.2 远程监控系统软硬件实现

基于以上分析思路，设计采用如下架构方案 ：将原有电台发射器部分更换为 DTU 设备，将监控数据通过运营商3G/4G 网络传输到重庆机场内部网络，再通过软件将 TCP/IP 协议转换成串口协议，在终端设备上接收串口数据，实现远程监控功能。示意图如图2所示。硬件上选用工业级无线终端设备，厦门才茂 DTU ：CM510-21X。软件方式实现以太网与串口数据转换，软件将从指定 ID 号的DTU 收到的数据转发至计算机指定的虚拟物理串口，在软件上设置转发通道，设定串口号、波特率、数据位等相关参数。如图3所示，图中的设置为将 ID 号为10000001的 DTU 的数据转发到 COM1，同时 COM1里的数据也会转发到 ID 号为10000001的 DTU。

图2 指点信标远程监控系统结构图

然后在导航监控电脑上增加相应的虚拟串口，就可以把接收到的以太网数据进行转换，完成到虚拟 串口数据的转换。DTU 连接成功后，列表会体现相应的 DTU 信息， 包括电话号码、源 IP 地址和设备连接状态等，另外也对转发数据的 状况（转入和转出的数据流量）进行了有效监控。最终实现对指点 标设备运行数据的实时监控。