北京终端管制中心语音通信系统音频设备的技术改造 |
| 2012-08-09 10:57 作者：陈巧雅 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网8月9日消息 《硅谷》杂志2012年第13期刊文称，介绍北京终端管制中心进口语音通信系统的音频设备使用背景，分析语音通信系统双分离式耳机导致PTT长划原因。在研究设备电气性能的基础上，提出语音通信系统音频设备的技术改造方案。技改方案的实验结果表明，方案安全、有效，且不影响原配设备的继续使用。通过改造后的系统，解决长期困扰的PTT长划问题，消除安全隐患，大大降低设备使用成本。
2007年，北京终端管制中心引进语音通信系统的同时，也引进了一套应急系统，作为语音通信系统的应急配套。两套系统均为奥地利FREQUENTIS公司提供的。语音通信系统型号为3020X5.0，应急系统为RSQ。为了方便管制员使用，主系统和应急系统共用一套音频设备----耳机及耳机/手机接入面板（PIPS）。即不论使用主系统还是启用应急系统，管制员不需要更换耳机。PIPS上有两个插孔，一个为OP（OPERATOR），一个为CO（COACH）。主用语音通信系统时，CO和OP插孔均可启控语音通信系统。通常情况下，CO插孔用于主任管制员，OP插孔用于助理管制员。当主系统故障，启用应急RSQ系统时，OP插孔启控应急RSQ，CO插孔则不能启控RSQ。两套系统引进时，随系统配置的耳机为一款一体式耳机（头戴耳机与键控PTT为一体），既可用于CO插孔（启控语音通信主系统），也可用于OP插孔（启控应急RSQ系统）。后来管制部门提出，出于卫生考虑，需要管制员人手配置一个耳机。因此我们申购了大量的分离式耳机，键控手柄与头戴耳机分离。键控手柄可以公用，耳机则由管制员自己管理。这种分离式耳机作为语音通信系统的主配耳机，用于PIPS的CO插孔。而OP插孔继续使用原一体式耳机。随着使用时间的推移，当初配置的一体式耳机故障件逐渐增多，备件逐渐减少。出于卫生考虑，我们计划不再购置一体式耳机，希望用分离式耳机替代故障的一体式耳机。但在替换故障的一体式耳机过程中，我们发现，PIPS的OP插孔改用分离式耳机后会造成语音通信主系统的频率长发射（也称PTT长划）。也就是说，耳机插孔面板PIPS上的两个插孔不能同时使用分离式耳机，只能是一个用分离式耳机，一个用一体式耳机，混合使用。作为管制运行必须的耗材，我们必须同时具备大量一体式耳机和分离式耳机的备件保障，很不经济。另外，由于OP插孔只能启控RSQ系统，在从语音通信主系统切换到RSQ应急系统时，管制员必须从分离式耳机切换到一体式耳机，既也不方便，也需要一定的时间，无法保证管制员在紧急情况下快速切换到应急系统，存在一定的安全隐患。
1技术改造
1.1技术改造思路
为了找出解决上述音频设备应用上出现的疑难问题的方法，我们做了大量的测试工作。首先在管制席位上分别测试了OP、CO耳机插孔插入一体式、分离式耳机的各种交叉组合使用情况，结果如下：
1）在不启用RSQ系统席位面板EMOD时，OP、CO插孔不论是插入一体式还是分离式耳机，均能启控CPOS；但一旦启用EMOD后，CO只能启控语音通信系统管制席位CPOS，OP只能启控EMOD；
2）OP、CO插孔均插入一体式耳机时，OP、CO插孔能正常工作；
3）OP、CO之一插孔单独插入一体式或者分离式耳机时，OP、CO插孔均能正常工作；
4）OP、CO插孔均插入分离式耳机时，语音通信系统管制席位CPOS出现长划。
为了解决分离式耳机不能替代一体式耳机的问题，使耳机的使用更加经济和高效，更好地服务管制，我们仔细研究了管制员与机组进行语音通信的设备环境、相关设备的技术资料。按照自底向上、因果倒推的思维方式进行分析，再通过席位测试加以验证，这就是我们解决这个问题的总体思路。
1.2技术分析
本案例中，基于通信设备的地—空语音通信链路为：耳机一耳机插孔面板PIPS一应急系统席位操作面板EMOD一语音通信系统管制席位面板CPOS。
导致PTT长划的因素有多种。一是耳机（手机等音频设备）PTT按键长时间按下，不能弹起复位；二是耳机（手机等音频设备）键控电子控制部分、PIPS、EMOD、COPS等设备故障，产生了PTT信号；三是发射机故障导致长划；四是机载设备故障导致长划，通常我们称之机组长划。本文研究的案例中长划的触发是PIPS插入另一个分离式耳机，也就是CO、OP插孔均插入分离式耳机。很显然排除了因素一、三和四。我们研究的重点集中在因素二。
通过研究EMOD连接头定义、CPOS信号电平参数等有关资料，我们最后得出结论：EMOD、CPOS只是对来自耳机的发射语音信号TX和PTT信号进行传导，不产生PTT信号，也不参与对PTT信号的处理。
耳机插孔面板PIPS的信号输入输出接口ST1为26针DB头，PTT信号的传输针脚为PIN3、PIN4。用万用表测量，ST1的PIN3、PIN4与OP耳机LEMO插头的PIN3、PIN4直接连通，PIN12、PIN13与CO耳机LEMO插头的PIN3、PIN4直接连通。
图1为分离式耳机基本原理框图。7、8为发射TX信号，3、4为PTT控制信号。其发射工作原理为：按下PTT按键，1和6接通，使得3、4接通，控制PTT继电器闭合，发射通路打开，音频信号通过7、8输送到PIPS的ST1对应7、8和16、17针脚。
按照自底向上、因果倒推的总体分析思路，CPOS上频率长划为果，其因就是在CO、OP插孔均插入分离式耳机。根据耳机发射工作原理分析，CO、OP
图1分离式耳机基本原理框图
插孔均插入分离式耳机，等同于在插入CO插孔的耳机键控手柄上按下了PTT按键，耳机LEMO插头的PIN3、PIN4接通，耳机控制电路上PTT继电器闭合，语音发射通路打开。
为什么插入两个分离式耳机，在没有按键PTT却导致了PTT继电器闭合呢？为了定量分析OP、CO插孔在均插入分离式耳机时，耳机控制电路的参数变化情况，我们做了以下测试：
1）加电测试PIPS、ST1的PTT针脚对地电压参数
2）OP插孔接一体式耳机，CO插孔接分离式耳机，分别按下耳机PTT按键，PIPS、ST1的PTT针脚对地电压参数变化情况
3）OP插孔接分离式式耳机，CO插孔接分离式耳机，分别按下耳机PTT按键，PIPS、ST1的PTT针脚对地电压参数变化情况
1.3长划原因
通过对测试结果的分析，我们给出了分离式和一体式耳机的控制电路等效电路图（图2）。插入耳机时，PIPS给耳机LEMO插头供电，3、10均有一定的电位。在分离式耳机中，9与4连接并接入耳机外壳屏蔽线，9和10之间存在一定的电位差，这个电位差也用于语音通信系统管制面板CPOS对是否插入音频设备进行检测。当PIPS的CO和OP插孔同时插入分离式耳机，U过低，与外壳之间的压差接近0V，而4与9短接后接外壳，V过低，等效PTT起控而长划。一体式耳机的9、10之间有大约75欧姆的电阻，因而9与10之间也存在电位差，CPOS也能检测出一体式耳机。但一体式耳机的4、9均与外壳隔离，另外一个耳机插口不论插入分离式还是一体式耳机均不会导致U接近零。
图2分离式、一体式耳机控制电路等效电路图
1.4技术改造方案
针对上述导致长划的根本原因，我们提出两种改造方案。其原理均为提升PTT高端电位即增大U，对耳机的收、发没有任何影响。
方案一：将分离式耳机LEMO插头第4针和9针断开，并在第9针和第10针之间加装约75欧姆电阻。该方案具体实施有一定难度，一是在成品的耳机插头各个针脚已焊接的情况下，加焊一个电阻，焊接空间很小，稍不注意容易破坏别的针脚连线。现有控制器备件56个，每个都要改造，工作量大。
方案二：在耳机插孔面板PIPS的MP1和MP2之间焊接一个电阻，同时将控制器中第4和第9针之间的连线断开。该方案需改造8个PIPS（RSQ系统共有8个席位），56个现有控制器备件。
方案一与方案二从原理上看实际是一样的。但方案二较方案一容易实现，可操作性强。我们采用了方案二进行改造。具体改造步骤为：
1）先用两个现有的PIPS备件进行改造，在MP1和MP2之间焊接电阻，做好标记。使用一体式耳机进行测试；
2）将部分分离式耳机控制器LEMO头的的4，9针之间断路，做好标记；
3）在夜间航班量少时用改造后的PIPS替换现用PIPS，用改造后的分离式耳机进行测试；
4）测试正常后，逐步改造其它带EMOD席位的PIPS，逐步更换现用的一体式耳机并登记为备件。
2实验与结论
2.1风险分析及应对措施
本次技术改造的难点在于设备厂商提供的资料有限，基本上是一些设备框图，没有具体的电路图，要进行性能参数定性定量分析很困难，因此对我们的分析结果要进行验证。另外，语音通信系统为民航空管通信主要设备和关键设备之一，我们要改造的系统又是在用系统。因此我们要对技术改造方案的实施进行风险分析，对预知和不可预见的风险要有应对措施：
1）为防止出现不可预测的问题，我们先改造两个席位，试运行两周，正常后，再继续改造其他席位；
2）在试运行中，改造后席位一旦出现故障，立即启用应急预案，转用备份管制席位；
3）更换PIPS在席位合并后进行，征得管制部门同意后实施。
2.2试用效果与结论
将改造后的音频设备接入语音通信系统，测试无线信道有关参数如下：
信道输出电平：-37dBm至0dBm，频率响应范围300Hz至3400Hz；
信道输入电平：-34dBm至+1dBm，频率响应范围300Hz至3400Hz；
阻抗：600Ω；
以上测试数据完全满足ITU-TG.712性能指标，符合系统参数要求。
两种方案已经过实验试用，实验结果证明：经两种方案改造后的控制器和PIPS均在席位上试用正常。
经过在席位试用，改造后的PIPS可正常使用原一体式耳机。
经过在席位试用，改造后的分离式耳机可在原PIPS（未改造）上正常使用。（原文载于《硅谷》杂志2012年第13期，硅谷网及《硅谷》杂志版权所有，未经允许禁止转载）
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