通用航空器加裝ATG空地寬帶通信機載系統及其小型化研究

摘要：中國民用航空飛行學院一直致力于民航空地無線寬帶通信技術的驗證及應用。本文對CE525飛機和新舟600飛機兩種機型加裝ATG系統及其小型化進行研究，為通用航空器加改裝及航電產品研發提供有益的參考。

關鍵詞：通用航空;空地無線寬帶;ATG加裝;小型化

中圖分類號：TN919.3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）07-0113-02

1 簡介

民航空地無線寬帶通信技術（以下簡稱ATG，Air to Ground）已經日趨成熟。ATG系統使用沿飛行航路或指定空域架設的地面基站與航空器之間收發無線電信號，提供連續不斷的寬帶數據通信服務，打破了空中信息孤島。ATG系統最早于2012年在中國民用航空飛行學院（以下簡稱中飛院）CE525飛機上完成適航取證并試驗運行。本文介紹并分析了在中飛院兩種機型上加裝ATG系統的案例和設計，提出了通航航電產品研發需要充分考慮加裝和小型化的實際要求，為通用航空器加裝ATG系統和航電產品研發提供有益參考。

2 加裝ATG系統案例分析

ATG技術目前在運輸航空和通用航空均有應用。大型航空器上采用的完整構型是：ATG收發機及機架，機載服務器及機架，機載無線AP，雙LTE下天線、GPS天線等。在通航小型航空器上加裝時采用簡單構型，包括ATG收發機及機架、單LTE天線即可。HA100RN系列ATG收發機提供了GPS、LTE、WIFI天線接口，以及ARINC429數據接口、以太網口和RS232串口等豐富接口。

2.1 CE525飛機加裝ATG

CE525飛機客艙空間緊湊，使用ATG收發機的直連WIFI即可覆蓋，系統設計如圖1所示。加裝中特意將ATG收發機安裝在緊靠座艙后部原UAT收發機位置處，將原UAT下天線的接口從UAT收發機上脫開，就近接入ATG收發機。同時對UAT收發機進行編程，將配置從雙天線改成單天線即可正常工作。ATG連接GPS天線，是通過分路器接入UAT系統的現有GPS天線上。

該加裝設計的特點是，合理利用了現有機載天線資源，避免在增壓艙上施工來加裝新的天線，在未實施ATG運行時可以恢復回原構型。此外，2020年之后學院將不再運行UAT ADS-B系統（按局方要求統一改裝到1090ES ADS-B系統），屆時下天線和GPS天線均可以固定分配給ATG系統使用。

2.2 新舟600飛機加裝ATG

為探索解決馬航MH370失聯所揭示的運輸機連續實時監控問題，中飛院提出在新舟600飛機上基于ATG技術進行實時狀態監控系統研究，目前已經初步完成功能聯試和加裝設計。新舟600飛機是超過三十座的支線運輸機，需要安裝無線AP以提供艙內WIFI覆蓋，其加裝設計如圖2所示。完整構型有利于新舟600飛機作為ATG應用展示平臺發揮全部性能。

進行加裝設計時遇到一個問題，由于ATG收發機和服務器均為尺寸較大的6MCU設備，無法裝入新舟600飛機駕駛艙電子設備架。并且考慮到安裝空間和結構強度受限，也無法安裝到座椅上方行李架和地板下設備艙中。為此筆者提出兩種思路，一種是將ATG設備裝在前艙行李間內，可以解決安裝空間的問題，但缺點是需要特制安裝臺，同時也占用了行李間的儲物空間。另一種思路，是結合2020年停用并拆除UAT系統的契機，騰出電子設備架上的原UAT位置來安裝ATG收發機。設想如果ATG系統各組件的重量、體積均能減小一半，那么確定安裝位置和開展后續設計就會容易許多。

3 小型化系統需求

上述案例中加裝ATG系統所遇到的設備較大而確定安裝位置較難的問題，需要航電廠商在設計之初就要針對性考慮系統組件的小型化問題。作為比較和借鑒，下面列出了Garmin公司的幾種UAT ADS-B產品進行比較，如表1所示。

從表中可以看到，早期的GDL90型UAT已經是小型化設備，但Garmin公司之后推出的新型號產品還在盡量縮減體積和重量，且產品功能還在增加。當前ATG系統優先考慮保證運輸航使用中的通信性能和電磁兼容性，所以尺寸和重量都偏大，還有進一步小型化改進的空間。

除了設備本身需要小型化設計外，加改裝工作還會遇到安裝、結構、供電、重量平衡等各方面問題，建議國內航電廠商也應提前將有利于加改裝設計和實施的要求融入設計環節，以降低最終產品的加裝難度，提升航電產品競爭力。

4 結語

目前在空地寬帶通信技術研究方面，衛星寬帶通信技術和ATG技術呈現一定競爭態勢，也有研究提出可以融合兩種通信技術來兼顧航空器在遠洋和陸地運行的應用場景。但是筆者認為，ATG技術在通航領域更有發展優勢，有以下分析：（1）小型化的ATG加裝成本和服務費用更低，形成規模會更快。（2）我國通航運行均位于大陸地區，地面基站配套較好解決。（3）ATG的帶寬還會隨著移動通信技術的演進而大幅度提升，更能滿足將來通航用戶對于運行大數據和智能應用的需求。（4）美國通過推行NextGen體系保持全球航電產品領導地位，我國基于ATG技術是有可能研發出可替代、更具競爭力的航電系統。

綜上所述，ATG技術在通用航空領域擁有非常好的發展前景，也有中飛院在通用航空器加裝方面取得的經驗，下一步很有必要繼續優化研發適用于通用航空器加裝的ATG機載系統，為我國通航提升新航行技術應用水平打好基礎。

參考文獻

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