中國民航VHF數據鏈應用及發展

林樹

摘 要： 為了初步了解民航數據鏈，以及民航數據鏈在我們國家的使用情況和后續的發展，對目前民航數據鏈的應用做了研究。主要研究民航ACARS數據鏈的地空通信鏈路的組成，上下行傳輸的消息內容，以及主要功能和應用。在此基礎上，結合國際上民航數據鏈的推廣和應用，在ICAO的使用標準要求下，對民航數據鏈在中國的發展進行了對比和分析。通過研究，得出目前我國主要應用的是ACARS數據鏈，在此基礎上，逐步推廣VDL?2和ATN的建設。

關鍵詞： 民航VHF數據鏈； ACARS； VDL?2； VDL?3； VDL?4

中圖分類號： TN971.1?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）16?0074?03

Application and development of civil aviation VHF data link in China

LIN Shu

（No. 10 Research Institute， CETC， Chengdu 610036， China）

Abstract： In order to get a preliminary understand of civil aviation data link， its application status and development trend in China， the application of aviation data link was studied， especially the composition， contents of upper?downlink transmission， main function and application of ground to air communication link of civil aviation ACARS data link. On this basis， in combination with the promotion and application of international aviation data link， the development of aviation data link in China is compared and analyzed according to the request of ICAO standards. With the above research， the conclusion is that the main application of civil aviation data link in China is ACARS data link. The construction of VDL?2 and ATN will be gradually promoted on this basis.

Keywords： civil aviation VHF data link； ACARS； VDL?2； VDL?3； VDL?4

0 引 言

民航數據鏈是民航空地數據通信的通稱，該系統能夠通過地空數據通信服務提供商的通信網絡建立飛機與地面的連接。目前可以使用甚高頻（VHF），衛星（SATCOM），高頻（HF）的方式進行飛機與地面間的數據傳輸。ACARS數據鏈在民航上1978年正式投入使用。借助于ACARS數據鏈，能將飛機上的相關數據自動或人工下傳到地面計算機網絡，使飛機成為地面控制、指揮與管理系統的一部分[1?2]。

目前ACARS數據鏈在全球應用范圍廣泛，全球一共有2 000余個地面站，其中國內的地面站有200余個，目前商業運行的主流飛機，均具備ACARS數據鏈功能。VHF空地通信系統的技術特性在國際民航公約附件10第I卷中做了詳細規定。其頻率范圍為117.975～137 MHz（實際指配范圍為118～136.975 MHz），信道間隔為25 kHz，總信道為760個。中國地區VHF數據通信基頻頻率為131.450 MHz，除基頻外還有127.275 MHz，133.025 MHz和126.475 MHz備用工作頻率點。

1 民航數據鏈組成

ACARS地空數據通信系統（飛機通信、尋址與報告系統）分為三大部分，即機載地空數據通信設備，地空數據通信地面網絡和地空數據通信系統信息地面處理系統。

（1） 機載地空數據通信設備主要包括：通信管理組件；多功能控制與顯示組件或其他顯示設備；VHF/HF/衛星收發信機（電臺）；打印機。

（2） 地空數據通信地面網絡主要包括：VHF地面站（HF地球站/衛星地面接收站）；網絡運行控制中心。

（3） 地面處理系統主要包括：航空公司數據通信應用系統，包括飛行運行監控系統，飛機維修與遠程狀態監控與故障終端系統，地面服務與支持系統等；空中交通管制與服務應用系統，包括飛機起飛前放行系統（PDC），數字式自動化終端區信息服務系統（D?ATIS），飛行員?管制員數據鏈通信系統（CPDLC）等；公眾服務應用系統。

地空數據通信系統組成如圖1所示。

圖1 地空數據通信系統組成

目前機載數據鏈設備硬件主要為Honeywell，Rockwell Collins，Teledyne等廠商提供的產品。

2 民航數據鏈應用

作為目前世界上使用廣泛的地空數據通信技術，地空數據通信為航空公司、空中交通管制與服務單位、機場等單位和部門的日常運行管理起到積極的輔助作用，已成為進行飛機運行管理的重要手段之一[3]。ACARS數據鏈分為上行消息傳輸和下行消息傳輸，傳輸流程如圖2所示。

在飛機飛行過程中，不同的階段均要使用民航數據鏈系統。不同階段使用情況見圖3所示。

由于數據傳輸本身的特性以及其在飛機運行控制與服務，飛機狀態監控與故障診斷，飛機管制與服務等方面應用時表現出的極大優越性。

具體優越性如下：

（1） 減少了由于話音通信產生的語義誤解，信息表達費時的情況，大大提高了飛行員，管制員的工作效率，減輕了飛行員，管制員的工作負荷；

（2） 減輕了頻率資源緊張的情況，為進行更大規模的飛行服務提供了可利用的技術基礎；

（3） 提高了航空公司機務維修部門對飛機故障分析與診斷的能力，減輕了對外站機務維修部門的依賴性，對進行航材的預準備，減少飛行延誤具有積極意義；

（4） 減少了航空公司地面服務部門對人員的需求，節省了人力資源，降低了航空公司對車輛購置、車輛維修、油料、辦公場地等條件的依賴性，為航空公司運行節省了成本。

圖2 ACARS數據鏈上、下行消息傳輸示意圖

圖3 數據鏈系統在飛機飛行過程中的應用

3 民航數據鏈的發展

ACARS模式數據鏈在全球建有多個站點，該數據鏈的特點是使用相對簡單，發展較早，使用廣泛，但傳輸速率較慢，只有2.4 Kb/s。隨著世界范圍內民航業務的迅速增長，原有的航空通信體系結構已經不能滿足目前民航通信發展的需要。為此，國際民航組織（ICAO）提出在全球建立一個新航行系統即新的通信、導航、監視和空中交通管理系統（CNS/ATM）來改善和提高現有的航空通信、導航、監視和空中交通管理能力。而作為支持該系統的基礎設施，將建立一個適用新航行系統的航空服務和航空管制的專用網絡—航空電信網（ATN）。為解決地?空的數據傳輸業務增長而帶來的高通信速度要求和高帶寬要求問題， ICAO要求民航通信從航空電報專用網絡（ATFN）向ATN過渡。甚高頻數據鏈（VDL）通信是ATN空?地通信子網的主要實現方式，世界上的各航空大國也一直在基于此開展研究[4]。

新航行系統是一個先進技術為載體的全球通信、導航、監視和空中管理系統。ATN作為新航行系統的重要組成部分，是關系到空管、系統發展的重要基礎設施。歐洲和美國計劃在2015年之前部署完成VDL?2數據鏈。我國作為ICAO的成員國，在實施新航行系統的過程中，必須遵循ATN的建設規范，目前我國也在展開部署的前期工作。1997年，國際民航組織完成ATN技術標準的制定工作，發布了相關技術標準ATN SARPs（ICAO Doc 9705），后續并對ATN技術進行了不斷的補充和完善。在地?空通信領域，VDL?2技術跟蹤與研究也是ATN系統實施中的一個重要環節。目前VDL ?2是新發展的數據鏈中技術最為成熟的，已在美國、歐洲和日本進行了應用。在2011年，美國國內已經建成300多個VDL ?2地面站點并投入使用。而且設備基本可以實現由ACARS的平滑升級，減少了建設資金的投入。VDL ?3是美國聯邦航空局（FAA）提出的下一代甚高頻地空數據鏈通信系統，其最大的特點是同時支持語音和數據的傳輸，美國和日本一直在開展VDL?3的相關研究。VDL?4是瑞典推出的一種甚高頻數據鏈，對于空空通信和ADS?B的支持是其最大優勢。VDL?4是歐洲準備將來采用的甚高頻地空數據鏈通信系統。VDL數據模式應用對比情況見表1所示。我國作為ICAO的參與國家，在參加ICAO相關會議的同時，我國同時與國外VDL?2設備生產廠商，如美國ARINC、Collins公司等進行技術交流，獲取目前地空數據通信系統向ATN 系統的過渡方案與建議，以及北美、歐洲等地區實施VDL?2系統的經驗。

在2004年，國內開始了VDL?2數據鏈的研究工作。目前我國在VDL?2數據鏈建設上也取得了一定的進步，目前國內已經建立了超過10個地面站點，能夠支持VDL?2數據鏈的應用，目前已經初步完成了系統的建設、測試和試驗等相關工作[5?8]。

表1 民航數據鏈技術指標對比

目前國內ATN網絡建設方案分為三個階段：

（1） 第一階段：國際通信出口ATN升級擴容及路由測試。實施北京國際通信出口ATN升級擴容及路由測試。主要工作為升級北京通信中心內的國際通信接口設備，使之符合ATN 技術規范要求，并進行ATN國際路由測試。

（2） 第二階段：ATN骨干網建設。根據ATN網絡的設計理論依據、國際經驗和國內空管運行管理體制以及目前AFTN網絡流量現狀，國內ATN骨干網絡應由總局空管局、北京、上海、廣州、沈陽、西安、成都、烏魯木齊8個節點組成。另外一項重要內容是開展地空網絡和應用建設的準備工作，進行VDL?2網絡的建設、測試與試驗工作，包括建設VDL?2網絡運行管理系統，進行中國民航網關集群系統與VDL?2網絡的接入與服務驗證，研發與測試基于VDL?2網絡的運行，同時兼容ACARS網絡的網關系統與地面應用與服務系統。

（3） 第三階段：ATN地面網和應用全面實施。ATN地面網絡和應用將擴展到全國范圍。基于ATN的AMHS應用將全面替代目前的AFTN轉報系統，其他基于ATN的地面應用也將逐步投入運行。此階段包括AOA（ACARS over AVLC）系統的建設，AOA的實現允許在CPS 和飛行器之間通過VDL?2空/地網絡傳遞ACARS信息。ACARS信息被封裝在AVLC框架內并通過空/地數據鏈層的連接傳遞[9?10]。AOA結構示意圖見圖4。

圖4 AOA系統結構示意圖

4 結 語

結合國內的現在和國際上民航系統的發展，我國選用的民航數據鏈是在現有的ACARS數據鏈基站的基礎上，逐步推廣VDL? 2數據鏈。在現有的基礎上，采用AOA架構來進行過度使用。伴隨著航空資源的緊張和對飛機空管要求、維護要求、航空公司更好的服務要求，民航數據鏈應用將會進一步擴大。伴隨著中國國內經濟的發展，將會有更多的飛機投入運營，民航數據鏈通信將會得到更大的發展。

參考文獻

[1] 郭靜.中國民航地空數據鏈的建設、發展與應用[J].中國民用航空，2006（3）：64?66.

[2] 中國民用航空飛行標準司.AC?121?FS?2008?16R1 航空運營人使用地空數據通信系統的標準與指南[S].北京：中國標準出版社，2008.

[3] 金德琨，敬忠良.民用飛機航空電子系統[M].上海：上海交通大學出版社，2011.

[4] 徐文輝.ACARS實現技術研究[J].航空電子技術，1995（2）：25?28.

[5] 陳巖，董淑福，蔣磊.甚高頻數據鏈技術及其應用[J].科技信息，2008（10）：395?397.

[6] 畢心安，張軍.VHF地空數據網在中國[J].國際航空，1995（12）：35?36.

[7] 杜葵清.民航地?空數據鏈淺述[J].空中交通管理，2002（6）：29?30.

[8] ARINC. ARINC characteristic 750?4 VHF data radio [S]. USA： ARINC， 2004.

[9] ARINC. ARINC specification 619?2 ACARS protocols for avionic end systems [S]. USA： ARINC， 2005.

[10] ARINC. ARINC specification 618?6 Air/ground character?oriented protocol specification [S]. USA： ARINC， 2006.

在飛機飛行過程中，不同的階段均要使用民航數據鏈系統。不同階段使用情況見圖3所示。

由于數據傳輸本身的特性以及其在飛機運行控制與服務，飛機狀態監控與故障診斷，飛機管制與服務等方面應用時表現出的極大優越性。

具體優越性如下：

（1） 減少了由于話音通信產生的語義誤解，信息表達費時的情況，大大提高了飛行員，管制員的工作效率，減輕了飛行員，管制員的工作負荷；

（2） 減輕了頻率資源緊張的情況，為進行更大規模的飛行服務提供了可利用的技術基礎；

（3） 提高了航空公司機務維修部門對飛機故障分析與診斷的能力，減輕了對外站機務維修部門的依賴性，對進行航材的預準備，減少飛行延誤具有積極意義；

（4） 減少了航空公司地面服務部門對人員的需求，節省了人力資源，降低了航空公司對車輛購置、車輛維修、油料、辦公場地等條件的依賴性，為航空公司運行節省了成本。

圖2 ACARS數據鏈上、下行消息傳輸示意圖

圖3 數據鏈系統在飛機飛行過程中的應用

3 民航數據鏈的發展

ACARS模式數據鏈在全球建有多個站點，該數據鏈的特點是使用相對簡單，發展較早，使用廣泛，但傳輸速率較慢，只有2.4 Kb/s。隨著世界范圍內民航業務的迅速增長，原有的航空通信體系結構已經不能滿足目前民航通信發展的需要。為此，國際民航組織（ICAO）提出在全球建立一個新航行系統即新的通信、導航、監視和空中交通管理系統（CNS/ATM）來改善和提高現有的航空通信、導航、監視和空中交通管理能力。而作為支持該系統的基礎設施，將建立一個適用新航行系統的航空服務和航空管制的專用網絡—航空電信網（ATN）。為解決地?空的數據傳輸業務增長而帶來的高通信速度要求和高帶寬要求問題， ICAO要求民航通信從航空電報專用網絡（ATFN）向ATN過渡。甚高頻數據鏈（VDL）通信是ATN空?地通信子網的主要實現方式，世界上的各航空大國也一直在基于此開展研究[4]。

新航行系統是一個先進技術為載體的全球通信、導航、監視和空中管理系統。ATN作為新航行系統的重要組成部分，是關系到空管、系統發展的重要基礎設施。歐洲和美國計劃在2015年之前部署完成VDL?2數據鏈。我國作為ICAO的成員國，在實施新航行系統的過程中，必須遵循ATN的建設規范，目前我國也在展開部署的前期工作。1997年，國際民航組織完成ATN技術標準的制定工作，發布了相關技術標準ATN SARPs（ICAO Doc 9705），后續并對ATN技術進行了不斷的補充和完善。在地?空通信領域，VDL?2技術跟蹤與研究也是ATN系統實施中的一個重要環節。目前VDL ?2是新發展的數據鏈中技術最為成熟的，已在美國、歐洲和日本進行了應用。在2011年，美國國內已經建成300多個VDL ?2地面站點并投入使用。而且設備基本可以實現由ACARS的平滑升級，減少了建設資金的投入。VDL ?3是美國聯邦航空局（FAA）提出的下一代甚高頻地空數據鏈通信系統，其最大的特點是同時支持語音和數據的傳輸，美國和日本一直在開展VDL?3的相關研究。VDL?4是瑞典推出的一種甚高頻數據鏈，對于空空通信和ADS?B的支持是其最大優勢。VDL?4是歐洲準備將來采用的甚高頻地空數據鏈通信系統。VDL數據模式應用對比情況見表1所示。我國作為ICAO的參與國家，在參加ICAO相關會議的同時，我國同時與國外VDL?2設備生產廠商，如美國ARINC、Collins公司等進行技術交流，獲取目前地空數據通信系統向ATN 系統的過渡方案與建議，以及北美、歐洲等地區實施VDL?2系統的經驗。

在2004年，國內開始了VDL?2數據鏈的研究工作。目前我國在VDL?2數據鏈建設上也取得了一定的進步，目前國內已經建立了超過10個地面站點，能夠支持VDL?2數據鏈的應用，目前已經初步完成了系統的建設、測試和試驗等相關工作[5?8]。

表1 民航數據鏈技術指標對比

目前國內ATN網絡建設方案分為三個階段：

（1） 第一階段：國際通信出口ATN升級擴容及路由測試。實施北京國際通信出口ATN升級擴容及路由測試。主要工作為升級北京通信中心內的國際通信接口設備，使之符合ATN 技術規范要求，并進行ATN國際路由測試。

（2） 第二階段：ATN骨干網建設。根據ATN網絡的設計理論依據、國際經驗和國內空管運行管理體制以及目前AFTN網絡流量現狀，國內ATN骨干網絡應由總局空管局、北京、上海、廣州、沈陽、西安、成都、烏魯木齊8個節點組成。另外一項重要內容是開展地空網絡和應用建設的準備工作，進行VDL?2網絡的建設、測試與試驗工作，包括建設VDL?2網絡運行管理系統，進行中國民航網關集群系統與VDL?2網絡的接入與服務驗證，研發與測試基于VDL?2網絡的運行，同時兼容ACARS網絡的網關系統與地面應用與服務系統。

（3） 第三階段：ATN地面網和應用全面實施。ATN地面網絡和應用將擴展到全國范圍。基于ATN的AMHS應用將全面替代目前的AFTN轉報系統，其他基于ATN的地面應用也將逐步投入運行。此階段包括AOA（ACARS over AVLC）系統的建設，AOA的實現允許在CPS 和飛行器之間通過VDL?2空/地網絡傳遞ACARS信息。ACARS信息被封裝在AVLC框架內并通過空/地數據鏈層的連接傳遞[9?10]。AOA結構示意圖見圖4。

圖4 AOA系統結構示意圖

4 結 語

結合國內的現在和國際上民航系統的發展，我國選用的民航數據鏈是在現有的ACARS數據鏈基站的基礎上，逐步推廣VDL? 2數據鏈。在現有的基礎上，采用AOA架構來進行過度使用。伴隨著航空資源的緊張和對飛機空管要求、維護要求、航空公司更好的服務要求，民航數據鏈應用將會進一步擴大。伴隨著中國國內經濟的發展，將會有更多的飛機投入運營，民航數據鏈通信將會得到更大的發展。

參考文獻

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[10] ARINC. ARINC specification 618?6 Air/ground character?oriented protocol specification [S]. USA： ARINC， 2006.

在飛機飛行過程中，不同的階段均要使用民航數據鏈系統。不同階段使用情況見圖3所示。

由于數據傳輸本身的特性以及其在飛機運行控制與服務，飛機狀態監控與故障診斷，飛機管制與服務等方面應用時表現出的極大優越性。

具體優越性如下：

（1） 減少了由于話音通信產生的語義誤解，信息表達費時的情況，大大提高了飛行員，管制員的工作效率，減輕了飛行員，管制員的工作負荷；

（2） 減輕了頻率資源緊張的情況，為進行更大規模的飛行服務提供了可利用的技術基礎；

（3） 提高了航空公司機務維修部門對飛機故障分析與診斷的能力，減輕了對外站機務維修部門的依賴性，對進行航材的預準備，減少飛行延誤具有積極意義；

（4） 減少了航空公司地面服務部門對人員的需求，節省了人力資源，降低了航空公司對車輛購置、車輛維修、油料、辦公場地等條件的依賴性，為航空公司運行節省了成本。

圖2 ACARS數據鏈上、下行消息傳輸示意圖

圖3 數據鏈系統在飛機飛行過程中的應用

3 民航數據鏈的發展

ACARS模式數據鏈在全球建有多個站點，該數據鏈的特點是使用相對簡單，發展較早，使用廣泛，但傳輸速率較慢，只有2.4 Kb/s。隨著世界范圍內民航業務的迅速增長，原有的航空通信體系結構已經不能滿足目前民航通信發展的需要。為此，國際民航組織（ICAO）提出在全球建立一個新航行系統即新的通信、導航、監視和空中交通管理系統（CNS/ATM）來改善和提高現有的航空通信、導航、監視和空中交通管理能力。而作為支持該系統的基礎設施，將建立一個適用新航行系統的航空服務和航空管制的專用網絡—航空電信網（ATN）。為解決地?空的數據傳輸業務增長而帶來的高通信速度要求和高帶寬要求問題， ICAO要求民航通信從航空電報專用網絡（ATFN）向ATN過渡。甚高頻數據鏈（VDL）通信是ATN空?地通信子網的主要實現方式，世界上的各航空大國也一直在基于此開展研究[4]。

新航行系統是一個先進技術為載體的全球通信、導航、監視和空中管理系統。ATN作為新航行系統的重要組成部分，是關系到空管、系統發展的重要基礎設施。歐洲和美國計劃在2015年之前部署完成VDL?2數據鏈。我國作為ICAO的成員國，在實施新航行系統的過程中，必須遵循ATN的建設規范，目前我國也在展開部署的前期工作。1997年，國際民航組織完成ATN技術標準的制定工作，發布了相關技術標準ATN SARPs（ICAO Doc 9705），后續并對ATN技術進行了不斷的補充和完善。在地?空通信領域，VDL?2技術跟蹤與研究也是ATN系統實施中的一個重要環節。目前VDL ?2是新發展的數據鏈中技術最為成熟的，已在美國、歐洲和日本進行了應用。在2011年，美國國內已經建成300多個VDL ?2地面站點并投入使用。而且設備基本可以實現由ACARS的平滑升級，減少了建設資金的投入。VDL ?3是美國聯邦航空局（FAA）提出的下一代甚高頻地空數據鏈通信系統，其最大的特點是同時支持語音和數據的傳輸，美國和日本一直在開展VDL?3的相關研究。VDL?4是瑞典推出的一種甚高頻數據鏈，對于空空通信和ADS?B的支持是其最大優勢。VDL?4是歐洲準備將來采用的甚高頻地空數據鏈通信系統。VDL數據模式應用對比情況見表1所示。我國作為ICAO的參與國家，在參加ICAO相關會議的同時，我國同時與國外VDL?2設備生產廠商，如美國ARINC、Collins公司等進行技術交流，獲取目前地空數據通信系統向ATN 系統的過渡方案與建議，以及北美、歐洲等地區實施VDL?2系統的經驗。

在2004年，國內開始了VDL?2數據鏈的研究工作。目前我國在VDL?2數據鏈建設上也取得了一定的進步，目前國內已經建立了超過10個地面站點，能夠支持VDL?2數據鏈的應用，目前已經初步完成了系統的建設、測試和試驗等相關工作[5?8]。

表1 民航數據鏈技術指標對比

目前國內ATN網絡建設方案分為三個階段：

（1） 第一階段：國際通信出口ATN升級擴容及路由測試。實施北京國際通信出口ATN升級擴容及路由測試。主要工作為升級北京通信中心內的國際通信接口設備，使之符合ATN 技術規范要求，并進行ATN國際路由測試。

（2） 第二階段：ATN骨干網建設。根據ATN網絡的設計理論依據、國際經驗和國內空管運行管理體制以及目前AFTN網絡流量現狀，國內ATN骨干網絡應由總局空管局、北京、上海、廣州、沈陽、西安、成都、烏魯木齊8個節點組成。另外一項重要內容是開展地空網絡和應用建設的準備工作，進行VDL?2網絡的建設、測試與試驗工作，包括建設VDL?2網絡運行管理系統，進行中國民航網關集群系統與VDL?2網絡的接入與服務驗證，研發與測試基于VDL?2網絡的運行，同時兼容ACARS網絡的網關系統與地面應用與服務系統。

（3） 第三階段：ATN地面網和應用全面實施。ATN地面網絡和應用將擴展到全國范圍。基于ATN的AMHS應用將全面替代目前的AFTN轉報系統，其他基于ATN的地面應用也將逐步投入運行。此階段包括AOA（ACARS over AVLC）系統的建設，AOA的實現允許在CPS 和飛行器之間通過VDL?2空/地網絡傳遞ACARS信息。ACARS信息被封裝在AVLC框架內并通過空/地數據鏈層的連接傳遞[9?10]。AOA結構示意圖見圖4。

圖4 AOA系統結構示意圖

4 結 語

結合國內的現在和國際上民航系統的發展，我國選用的民航數據鏈是在現有的ACARS數據鏈基站的基礎上，逐步推廣VDL? 2數據鏈。在現有的基礎上，采用AOA架構來進行過度使用。伴隨著航空資源的緊張和對飛機空管要求、維護要求、航空公司更好的服務要求，民航數據鏈應用將會進一步擴大。伴隨著中國國內經濟的發展，將會有更多的飛機投入運營，民航數據鏈通信將會得到更大的發展。

參考文獻

[1] 郭靜.中國民航地空數據鏈的建設、發展與應用[J].中國民用航空，2006（3）：64?66.

[2] 中國民用航空飛行標準司.AC?121?FS?2008?16R1 航空運營人使用地空數據通信系統的標準與指南[S].北京：中國標準出版社，2008.

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[10] ARINC. ARINC specification 618?6 Air/ground character?oriented protocol specification [S]. USA： ARINC， 2006.