姜莉洋，黄顺利，徐 阳

（民航新疆空中交通管理局阿克苏站，新疆 阿克苏 843000）

阿克苏空管站现有自动气象观测系统作为保障航空正常运行的重要气象设备发挥着至关重要的作用，主要对外提供跑道三端的风向、风速、温度、湿度、气压、雨量、云高、能见度、跑道视程、天气现象等重要气象要素数据，其通信方式使用有线传输。

为确保自动气象观测系统的稳定运行，不间断为用户提供各类气象要素数据，避免施工等不安全因素造成有线数据中断无法提供气象要素数据的现象，同时满足《民用航空自动气象观测系统技术规范》（AP-117-TM-2018-03R1）要求，可为自动气象观测系统增加无线通信传输方式，实现有线数据为主用，无线数据为备用，且二者自动切换的功能，为航空安全运行提供可靠保障。

本文结合空管站实际情况，综合考虑信号质量、实施复杂程度、预算费用等因素，确定了本站自动气象观测系统实施无线通信传输的技术方案，总结了实施中出现的问题及解决方法。

1 自动气象观测系统无线通信传输功能的实现方式

经与部分机场、空管单位沟通，实现无线通信传输功能的方式有多种，硬件实现方式主要可分为无线网桥和4G传输两种方式，软件实现方式主要可分为修改配置文件和安装线路监控软件两种方式。

1.1 硬件实现方式

无线网桥[1]方式实现无线数据通信是指用无线网桥来连接分别位于不同建筑物中两个固定的网络，它可在两个网络之间搭起通信的桥梁。自动气象观测系统便可在传感器端和服务器端分别搭建无线网桥，相对定向放置，并保证二者之间可视，以实现自观数据的无线通信传输。

1.1.2 利用4G传输实现无线数据通信

4G传输方式实现无线数据通信是指利用运营商4G网络实现自动气象观测系统的无线数据通信。此通信方式不受传输距离限制，但需确保设备所在区域4G信号良好，同时在传感器端和服务器端分别安装4G传输收发模块，便可实现自观数据的无线通信传输。

1.2 软件实现方式

（1）通过修改自动气象观测系统底层配置，将无线通信传输引接的传感器数据作为虚拟传感器引入自动气象观测系统，以实现有线数据、无线数据的互备。

（2）通过线路监控软件使用UDP协议不同端口号接收有线和无线两路数据，将有线和无线两路数据进行无缝切换，最终将其中一路数据推送至自动气象观测系统。

2 自动气象观测系统无线通信传输设计方案考虑因素

结合现状，考虑以下六方面因素，并综合分析两种硬件实现方式的优缺点，制定最优技术方案。

2.1 信号质量

使用5.8 GHz频段的无线网桥搭建的无线局域网络，相比2.4 GHz频段的无线局域网络具有更高的传输速率，传输距离更远，抗干扰性更强[2]，稳定性更好。而4G传输方式的传输速率依赖于运营商，需运营商4G信号覆盖，其传输信号的实时性、准确性、稳定性均低于无线网桥方式。

2.2 传感器端实现方式

使用无线网桥方式，需在跑道旁传感器端安装通信机箱引接各路传感器数据，再将各路传感器信号转换为网络信号引接至无线网桥。目前跑道三端传感器数据均有数据汇聚点，通信机箱可安装在三端自动气象站风杆上，因而三端均需要传感器数据汇聚点至自动气象站的通信线缆。目前，三端传感器数据汇聚点至自动气象站均有空余线芯，无线通信传输可利用目前的空余线芯进行信号引接，供电取自本端自动气象站，不需单独铺设通信及供电线缆，不涉及场内土建工程，且信号引接为并接，安装时不影响自动气象观测系统正常运行，无须不停航施工。但若无空余线芯能正常使用，则需考虑部分土建工程及不停航施工等因素。

[17]Five years on,Wenzhou is still trying to clean up the mess.（2016-06-11）

使用4G传输方式，因4G传输模块较小，可考虑直接放置在每个传感器设备机箱中，也可在三端传感器信号汇聚箱中安装4G传输模块，将各路传感器信号分别转换为4G信号，供电取自各传感器设备机箱或信号汇聚箱，无须单独铺设通信及供电线缆，不涉及场内土建工程，且信号引接为并接，安装时不影响自动气象观测系统正常运行，无须不停航施工。

2.3 服务器端实现方式

使用无线网桥方式需在服务器端选择一个与传感器端可视的地理位置，安装基座搭建接收杆，将跑道三端对应的接收端无线网桥安装在接收杆上，汇聚三端传感器的无线网络信号后将无线网络信号转换为有线网络信号引入自动气象观测系统网络。

使用4G传输方式需在服务器端机房内安装4G收发传输单元，接收各路传感器4G信号并转换为RS-485信号，将RS-485信号接入串口服务器，在串口服务器中将RS-485信号转换为有线网络信号引入自动气象观测系统网络。

2.4 改扩建搬迁方式

因阿克苏空管站正在实施二期改扩建相关工程，后期需将自动气象观测系统服务器端整体搬迁。

若采用无线网桥传输方式，需考虑无线网桥的作用距离是否满足后期搬迁需求，有两种方案可解决。（1）由于无线网桥作用距离可选，可根据实际距离选择合适的无线网桥。结合阿克苏机场现状，可考虑选用10km作用距离无线网桥，待后期搬迁时选择接收端附近与跑道三端可视的地理位置安装无线网桥，连同服务器端一起搬迁。（2）可考虑通过增加中继的方式实现远距离传输。

若采用4G传输方式，可将服务器端4G传输设备同自观服务器端整体搬迁至新机房，由于4G传输方式不受距离限制，只需覆盖4G信号，便可满足传输需求。

2.5 与气象雷达是否相互干扰

阿克苏空管站气象雷达使用频率为5.47 GHz，若自动气象观测系统无线通信使用4G传输方式，利用运营商4G网络，则不会产生干扰；若使用5.8 GHz无线网桥方式，二者频率较为接近，若无线网桥质量有瑕疵，有可能出现杂波干扰。为此本站开展了一个月的测试工作。

由于阿克苏机场自动气象观测系统跑道主降端无线网桥朝向气象雷达方向，故选用主降端进行测试。在跑道主降端自动气象站风杆上安装发射端无线网桥，在航管楼选择合适位置安装接收端无线网桥，二者之间可视，引接部分自观传感器数据通过无线网桥传输至航管楼。通过监测雷达回波和自观无线网桥传回的传感器数据，未发现回波干扰和传感器数据乱码的现象，故判断二者之间不存在干扰现象。

2.6 预算费用

无线网桥传输方式和4G传输方式整体预算费用相差不大。由于无线网桥传输方式是用公用频段的无线网桥搭建无线传输网络，后期不涉及费用问题。但使用4G传输方式，需每年缴纳运营商资费。

2.7 无线网桥方式和4G传输方式对比

综合无线网桥方式和4G传输方式的优缺点，应统筹考虑当地自动气象观测系统的现状，选用合理的通信方式实现自动气象观测系统的无线通信传输。两种传输方案对比见表1。

表1 无线网桥方式和4G传输方式对比

3 阿克苏空管站自动气象观测系统无线通信传输技术方案

结合运行现状及上述考虑因素，拟定了无线通信传输技术方案。采用5.8 GHz无线网桥（作用距离10km）的硬件方式和安装线路监控软件的软件方式实现自观系统无线通信传输。

因在跑道三端（主降、次降、MID）分别建有自观设备，可使用三对无线网桥分别将三端传感器的数据引入自动气象观测系统。传感器端，在自动气象站风杆上安装通信机箱和无线网桥，利用自观信号汇聚点至自动气象站线缆中的空余线芯，将各传感器的RS-485信号引接至通信机箱中，通过串口服务器将传感器的RS-485信号转换为网络信号引接至无线网桥。服务器端，选取可视位置架立接收杆安装三端传感器的接收端无线网桥，将三端传感器的数据通过无线网桥之间的无线通信链路传回至接收端，再将此无线网络信号转换为有线网络信号传输至自动气象观测系统网络。

同时在CDUA和CDUB服务器上安装线路监控软件，使用UDP协议不同端口号接收有线和无线两路数据，将有线和无线两路数据进行无缝切换，最终将其中一路数据推送至自动气象观测系统，实现有线数据主用，无线数据备用的运行模式。整体架构如图1所示。

图1 自动气象观测系统无线通信传输整体架构

4 设备安装中存在的问题及解决方案

4.1 传感器信号并接异常

本站自动气象观测系统跑道三端9套传感器数据均为RS-485信号输出，考虑两线制RS-485信号可使用并接方式实现信号一分二，故在跑道三端信号汇聚点进行信号并接。但使用五类双绞线并接信号失败，无法在信号线末端收到数据或乱码。

经排查测试，发现信号汇聚点线架使用时间较长存在老化现象，在信号并接过程中若线芯过细，则无法利用线架并接信号。最终选用线径较粗的六类双绞线成功并接信号，在信号线末端测试正常。

4.2 无线网桥接收到的传感器数据出现乱码

将自动气象观测系统三端传感器RS-485数据分别引入串口服务器，在转换为网络信号引入无线网络的过程中，发现天气现象传感器FD12P信号存在乱码。

在排查过程中发现若前端并接一路RS-485数据，通过RS-485转USB转换器连接至笔记本终端，同时监控串口数据和串口服务器转换之后的网络数据，发现并无乱码；若将并接信号的RS-485转USB转换器去掉则网络信号会出现乱码；测量天气现象传感器FD12P RS-485数据输出端口两线之间电压较低。故判断可能由于使用年限较久，数据输出端口两线电压较低，信号较弱，信号在传输线末端形成反射波，干扰原信号，故产生乱码现象。在测试中，利用RS-485转USB转换器并接信号接入笔记本电脑时相当于增加了信号末端终端电阻[3]，有效增强了信号强度。

由于串口服务器NP6450可调节终端电阻，最终通过增加串口服务器NP6450FD12P端口终端电阻的方式，有效消除了FD12P数据信号在传输过程中出现乱码的现象，实现了自动气象观测系统无线通信传输功能。

5 结束语

综合阿克苏空管站自动气象观测系统的整体架构及使用现状，考虑用户对气象要素数据的实时性、准确性、稳定性需求以及设备保障人员的后期维护工作，采用无线网桥方式实现无线通信传输更能满足运行需求，也为自动气象观测系统无线数据的稳定性提供可靠保障。同时采用安装线路监控软件的方式实现有线数据和无线数据的互备和自动切换，无需改变原有自动气象观测系统软件结构及配置，便于后期维护。

综合上述各方面考虑因素及实际安装过程中可能出现的问题，各地可根据实际情况选择合适的无线通信传输方式，制定切合实际的技术方案，实现自动气象观测系统无线通信传输功能，确保有线数据、无线数据互为备份，在有线数据中断时无缝切换至无线数据，提升民航气象服务质量，为空管安全、民航安全提供助力。