机场AWOS数据通信应用探讨

机场AWOS数据通信应用探讨

沈钟伟

中国民用航空华东地区空中交通管理局，上海，200335

摘要：随着国内经济的高速发展，机场航班量及旅客吞吐量屡创新高，这对民航保障部门带来了严峻的考验。民航空管气象部门采用的气象实况要素收集设备不断改进升级，从最初的人工观测设备到现在的自动气象观测系统，从采集原理到数据通信，都有了很大的发展。本文以自动气象观测系统中设备通信传输为着重点，进行相关应用的探讨。

关键字：自动气象观测系统；数据通信；通信配置；

引言

自动气象观测系统（AWOS），是指能自动观测处理和传输跑道视程、气压、云高云量、风速风向和温湿度等的一整套气象要素信息的自动测量设备，并将计算处理后的数据提供给气象观测和管制等部门使用，以保证飞行安全。民航业务运行单位对气象数据的时效性和准确性要求很高，一旦气象设备出现故障，作为气象设备维护人员，就要及时解决。在实际工作中，很大一部分故障发生在通信结点上。因此，只有掌握其根本的数据通信原理，才能更高效准确地解决数据传输上的故障。

通信传输方式

通信传输方式主要分为有线和无线。在自动气象观测系统中主要应用有线传输的方式，包括调制解调信号、RS-232、RS-485和网络信号等，根据各自不同的特性，应用在不同的场合。

1.1调制解调信号

调制解调信号，即我们常说的modem信号。调制就是用基带信号去控制载波信号的某个或几个参量的变化，将信息荷载在其上形成已调信号传输，而解调是调制的反过程，通过具体的方法从已调信号的参量变化中将恢复原始的基带信号。在民航AWOS系统中，它的使用是很普遍的，例如传感器采集到的数据传输至航管楼机房设备的核心单元。大部分自动气象观测设备外场采集单元到室内服务器也是采用的该方法。AWOS的室外设备中，调制解调模块是DMX501或外置调制解调器DXL421，对应室内通信单元MCU111中的是内置调制解调模块DMX501或外置的DXL421。

1.2RS-232

RS-232是电子工业协会(ElectronicIn-dustriesAssociation，EIA)所制定的异步传输标准接口。通常RS-232接口以9个引脚(DB-9)或是25个引脚(DB-25)的型态出现。串口是计算机上一种非常通用的设备通信协议，对于一般的通信，仅需要收、发、地三根线就可以满足需要。串口通信的概念非常简单，串口按位(bit)发送和接收字节。尽管比按字节(byte)的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但是不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配。通常我们外场维护就是使用维护线将笔记本的串口与设备维护口相连，采用RS-232方式进行传输，MCU111中，也是将DMX501解调后的数据使用RS-232的方式送入端口服务器TS16。

1.3RS-485

RS-485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准，该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号。RS-485采用了差分信号负逻辑，+2V～+6V表示“0”，-6V～-2V表示“1”。RS-485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，现在多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓朴结构在同一总线上最多可以挂接32个结点。很多情况下，连接RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来。LT31大气透射仪发射和接收端间的通信，跑道灯光级数及风传感器输出就是使用该通信方式。

1.4网络信号。

网络传输是指用一系列的线路（光纤，双绞线等）经过电路的调整变化依据网络传输协议来进行通信的过程。网络传输更加普遍，主要协议有TCP/IP和UDP。TCP/IP通常是被成为互联协议，因此在互联网络中使用较为普遍，例如自动气象观测系统室内各工作站和服务器之间就是使用这种方式进行数据传输。

162常用通信设备配置及安装

自动气象观测系统中，主要通信设备由调制解调器、串口服务器等实现着信号传输方式的转换和远距离传输。

2.1DMX501/DXL421

DMX501和DXL421是专为气象设备数据传输提供的专线调制解调器，用于外场设备数据远距离传输至航管楼。DMX501是内置调制解调模块，而DXL421是外置调制解调器，两者功能在AWOS应用中相同。DXL421可以用DIL开关和跳线来设置主被叫、波特率等，可用于连接外场气象设备到专线或2线或4线点对点或多点应用。电源为5-30VDC宽电压，其内部有过电压，短路和反向连接的保护电路。将DXL421调制解调器安装到DIN导轨上，确保连接在DIN导轨和接地点之间是良好接地的。

2.2DigiPortServerTS16

TS16是一款16端口终端服务器，可为多个串行设备提供简单，经济高效的EIA-232/422/485串行至以太网连接，用于外场气象设备数据传输方式的转换。对TS16的设置，在IE浏览器中输入TS16的地址(192.168.1.XXX)，打开网页后能看到TS16的配置页面。在左边一列看到有configuration(配置)、applications(应用)、management(管理)和administration(管理员)四个选项。配置串行端口，选择serialports，可以看到各个端口的描述和配置；选择需要配置的端口，然后可以看到UDP这一项，主要配置UDP的发送地址和端口；选择BasicSerialSettings(基本串行设置)，修改描述，以及波特率、数据位、停止位、校验码等。在Backup/Restore（备份/恢复）中，可备份和上传TS16的配置文件。

2.3MCU111

室内通信单元MCU111中包含MCB111模块（含DMX501）和TS16。MCU111具有多达16个调制解调器通信模块位置（DMX501）。DMX501将外场传感器进来的modem信号转换成为RS-232信号。端口服务器TS16是将RS-232转换成UDP传输方式。因此MCU111是外场设备与服务器间进行通信的桥梁。它有信号线和电源指示灯，以太网接口和四个串口端口。COM1—COM4可连接QNH、AFTN线、场监雷达等业务。

2.4MOXASerialDeviceServer

MOXANPort5200系列的串口设备联网服务器是将RS-232或RS-422/485串口设备转换成网络信号，方便连接网络上的任何串口设备。正确连接后，在IE浏览器中输入192.168.127.254，打开页面后可配置串口服务器IP等。

通信链路

自动气象观测系统一般的通信链路为：外场气象传感器设备输出的信号是RS-232或RS-485，在本地经调制解调器转换为modem信号后，经有线线路传输至航管楼机房，再由调制解调器转换成RS-232信号送至TS16或经MCU111转换为网络信号，最后传至CDU进行数据处理后，经交换机至有线线路将气象数据传输至塔台、观测、预报等用户终端。如下图：

图1

总结

自动气象观测系统的数据通信相对简单，都是常见的传输模式。当然，在实际工作过程中，根据本地机场的需求，在传输链路中需要增加某些环节，例如电信号转光纤线路传输、光环网传输等，其中还有各种协议之间的转换。然而万变不离其宗，基本的通信原理还是相通的。因此，气象设备维护人员只要掌握了这些基本的通信原理，理清了通信线路，那么自动气象观测系统的数据通信问题便可以迎刃而解，从而快速处理通信故障，给用户提供及时有效的气象信息，保障空管业务的安全稳定运行。

19参考文献：

[1]Vaisala.LeasedLineModemDXL421USER'SGUIDE.M210636EN-B.Feb2005.

[2]Vaisala.MidasCommunicationUnitMCU111USER'SGUIDE.M210521EN-B.Oct2005.

[3]毛京丽.数据通信原理[M].北京:北京邮电出版社,2011.