未來空中航行系統FANS的推行研究

戴斐

摘 要：隨著我國航空業快速發展，帶來東部飛行區流量飽和通信資源緊張，西部飛行區大面積無人區，地空通信設備保障不足等問題，現有的監視通信技術效率低，需要采用數據鏈技術提升空管工作效率。針對國外歐美兩大數據鏈的發展方向進行研究，結合我國數據鏈的發展情況，提出FANS推行研究重點和路線。

關鍵詞：FANS LINK2000 ACARS

中圖分類號：V355 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）04（b）-0103-03

我國航空運輸總周轉量已位居世界第二位，東部飛行繁忙地區流量日漸飽和，有限地空通信頻率資源和飛行量的矛盾日益突出；西部地區飛行航行大多在高原和荒漠地區，陸基監視通信設施保障嚴重不足，迫切需要新一代空中交通管理系統提升管制服務安全、效率和空域利用率，以及降低管制人員工作負荷。

未來空中航行系統（Future Air Navigation System）通過空地數據鏈系統為空中交通管理（ATC）提供數字化管制服務，是ATC發展的重要戰略要素，能夠大幅減少管制員與飛行員的通信時間，改善管制服務頻率擁堵狀況，優化由于天氣原因和航路擁擠導致飛行計劃航路變更的管制復雜性，增加機組對于航路階段管制服務請求的靈活性和適應性。

1 FANS系統基本情況

歐洲EUROCONTROL和美國FAA從上世紀90年代啟動FANS技術研究，至今已確定了FANS技術發展路線圖，主要分為4個階段。

（1）預FANS階段：基于傳統的ATC管理方式，采用ACARS、傳統導航、應答機和語音通信，實現基本的ADS-C功能。

（2）FANS 1A/1A+：通過利用衛星以及ACARS數據鏈實現洋區和偏遠地區提供更新率較低的數據通信服務，緩解了傳統無法通過語音通信或雷達監視而依賴于慣性導航、程序指揮的問題，一定程度上縮短了飛行間隔提高了效率。

（3）FAN 2B：通過地面或衛星通信系統采用LINK200+數據鏈，將管制指令發送到機載計算機，從硬件角度對設備進行了升級，機載設備以及數據鏈技術支持更高級的數據鏈通信。

（4）FAN 3C：通過更新更高效的數據鏈通信技術提高空域效率、減少安全錯漏。

2 國外發展情況

EUROCONTROL和FAA除了在洋區和荒漠地區等飛行流量較少的空域開展FANS1/A技術的ATC服務外，在歐洲和美國飛行流量密集空域開展FANS2/B和FANS1/A+技術研究，現已驗證時效性低的管制戰略指令。

歐洲從2012年啟動陸地飛行流量密集空域基于FANS2/B的CPDLC（Controller Pilot data Link Communications，管制員飛行員數據鏈通信）服務，采用Link2000+技術實現歐洲全部大陸空域的數字化管制服務，減少高空巡航空域中空管話音通信的75%的工作載荷。現階段基于CPDLC執行管制服務包括麥克風檢查、SSR代碼變更、通話確認、頻率變更、直飛航路點、飛行高度變更等。

美國已在2016年完成56個塔臺基于FANS 1/A+的DCL（起飛前放行服務）系統部署。鑒于顯著的管制服務效率、安全和經濟回報，FAA加速完成了1700架航空器DCL服務應用驗證工作。

現階段美國和歐洲采用不同技術主要基于兩個原因：

（1）歐洲起步較早，歐盟境內基于Link2000+組成的地空數據鏈網絡已較為成熟，具備了推進到FANS 2B的條件；

（2）美國起步較晚，考慮到未來在最終要實現FANS 3C，為避免在FANS 2B階段耗費大量資金和時間，美國通過對機載計算機軟件進行升級，優化ACARS數據鏈在功能上基本能夠與FANS 2B一致，僅在效能上有所區別。

圖1所示為FANS 1/A+和2B的效能區別，“爬升到[level]”+“THEN”+“保持[level]”這樣一段管制指令，通過Link2000+數據鏈實現的FANS2B在機載計算機中可以直接顯示成一條CPDLC指令，而基于ACARS數據鏈的FANS 1/A+必須分開三段顯示，在效能上FANS 1/A+略遜于FANS 2B。

3 FANS推行路線和重點

根據我國ASBU中對FANS技術發展規劃：

組塊0階段（2018年前）充分利用現有ACARS和ATN OSI地空數據通信技術基于“全球數據鏈運行文件（GOLD）”發展FANS CPDLC和ADS-C管制服務；

組塊1階段（2023年前）應用基于ATNBaseline2（ATN OSI向ATNIPS過渡）的FANS CPDLC和ADS-C管制服務；

組塊2階段（2028年前）完成完整航路階段FANS業務應用，實現在大陸地區、洋區和偏遠地區基于地空數據鏈通信技術的FANS管制服務；

組塊3階段（2028年后）應用基于ATNBaseline2（ATNIPS）的4D航跡應用，基于地空數據鏈的FANS應用將作為管制運行的主要方式，現有管制語音通信將用于緊急情況。

目前我國航路管制服務還依賴空管話音指揮，只有L888航路、洋區和荒漠地區采用的FANS1/A管制服務；在密集航路空域尚未開展任何FANS技術管制服務的研究。基于對國外發展情況的研究以及我國情況，對于FANS的技術推進應分步驟實施：

3.1 中國東、南海洋區飛行空域的FANS1/A技術評估驗證

在東、南海洋區空域推廣基于FANS1/A技術的管制服務，以提高空中交通效率，具體優化指標如表1所示。目前支持50/50間隔的飛行情報區包括：中國L888、美國Oakland、新西蘭Auckland、日本福岡、塔希提島、孟加拉灣、布里斯班、北大西洋等。

ACARS地面站或衛星均可作為FANS1/A技術的空地數據鏈通信手段。從經濟角度考慮，基于ACARS地面站的通信成本較衛星通信更低，通信延遲更小。

ACARS地面站部署基本覆蓋我國高空空域主要航路，在這些空域可基于ACARS地面站覆蓋進行FANS1/A服務，而洋區空域需要基于衛星通信實現FANS1/A服務。在運行規范方面，可結合實際空域航路規劃和航班流量，參照L888航路運行規范和經驗執行。

3.2 中國飛行流量密集空域的FANS技術研究

對于密集航路區域開展FANS1/A+和FANS2/B技術研究，基于空地數據鏈VDLM2基站。2017年底中國民航VDLM2基站基本覆蓋東中部地區主要航路區域（6600米以上），開展陸地密集航路空域的FANS1/A+和FANS2/B技術研究的硬件基礎較為成熟。

3.2.1 FANS2/B技術研究

按照EUROCONTROL發布的要求，2018年任何飛往歐洲高空空域（FL285以上）的航空器均要全面升級支持Link2000+服務能力，我國飛歐洲航班需要盡快升級支持Link2000+技術要求，飛行員需要盡快進行Link2000+運行規范培訓和演練。

FANS2/B管制服務驗證平臺建設如圖2所示，基于VDLM2基站開展機載能力驗證和運行規范演練培訓管制服務驗證。所涉及到的系統有：VDLM2地面基站、空/地和地/地路由器、數據鏈前端處理服務器（DL-FEP）、飛行數據處理單元。其中VDLM2地面基站按照功能模塊分解包括VDLM2地面電臺、VDLM2接口模塊、VDLM2地面基站軟件模塊、以及配套系統如GPS等。空/地和地/地路由器主要涉及ATN/OSI的傳輸層TP4協議，隸屬于ATN中的中間系統（IS），可參見標準DOC9705、DOC9880。

3.2.2 FANS1/A+技術研究

參考FANS1/A+技術對地面ACARS基站向VDLM2基站升級，提升空地數據鏈通信傳輸質量和速度，滿足陸地航路空域的FANS管制服務。

FANS1/A+技術最大的優勢在于，符合FANS1/A技術標準的機載設備和地面管制工作站系統，可以通過軟件協議升級實現對于FANS1/A+技術標準的適配。我國航空公司基本雙通道航空器均支持FANS1/A服務能力，我國主要區管中心的自動化系統均具備FANS1/A管制服務能力，通過研發FANS協議融合服務單元，實現ED-122/DO-306向ED-154/DO-305協議的無縫轉換，使區管中心自動化系統適應FANS1/A+技術標準，系統結構如圖3所示。

4 結語

雖然我國FANS系統的發展落后于歐美，但通過吸取發達國家發展中遇到的問題和經驗，經嚴謹測試和合理規劃發掘出更適合我國FANS推進步驟，逐步推進數據鏈通信由場面到終端區，進而覆蓋全階段航班運行服務，最終FANS系統將會實現不通過語音通信實現更多先進未來航行系統能力，例如起飛、到達、近進和巡航階段先進間隔管理，成對航跡先進間隔管理，數字化滑行引導等。

參考文獻

[1] FAA.TCAS OPERATIONAL PERFORMANCE ASSESSMENT[EB/OL].www.tcasreport.com/.

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[4] Eurocontrol.CPDLC[EB/OL].https：//www.eurocontrol.int/faqs/cpdlc.