民航地空通信系統(tǒng)的運用

李永珍

（中國民用航空西南地區(qū)空中交通管理局云南分局 云南省昆明市 650200）

隨著中國民航業(yè)的快速發(fā)展，通信業(yè)務量逐年增加，傳統(tǒng)的民航管制通信一般選擇的是HF、VHF，然而其有著明顯的缺陷，通信頻道較為擁擠，信號在傳輸?shù)倪^程中容易受到干擾，通信的可靠性無法保證。地空數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在傳輸速率、抗干擾、可靠性等方面具有明顯的優(yōu)勢。目前，地空通信中的ACARS 技術在空中交通服務通信中發(fā)揮著重要的作用，其是將無線網(wǎng)絡通信技術、應用協(xié)議作為基礎，以VHF、HF、SSR 等為傳輸媒介，確保航空飛行器、地面管理系統(tǒng)能夠真正達成數(shù)據(jù)信息的交換，將飛機、空管、地面人員真正聯(lián)系起來。

1 民航地空通信的發(fā)展現(xiàn)狀

民航的通信系統(tǒng)主要分為地空通信系統(tǒng)和平面（地地）通信系統(tǒng)。民航地空通信就是要保證飛行員、地面管制人員能夠一直保持穩(wěn)定的通信狀態(tài)，這是因為飛機在空中飛行必須要符合規(guī)定的航路航線。機動車在地面行駛的過程中，可通過交通標線、信號燈等來對其進行指揮、監(jiān)督，但是空中無法進行相同的設置，若想保證飛行更為安全，地面管制人員則要通過管制指令對飛行中的飛機的航路、高度等進行嚴格控制。中國民航現(xiàn)已建成了較為完善的地空通信體系，其中甚高頻數(shù)據(jù)通信處于主體地位，而高頻語音、衛(wèi)星通訊等能夠起到輔助作用，這就使得地空通信保障能力得到提高。為了保證高頻無線電能夠在更大范圍內(nèi)傳輸，當下正深入展開ACARS 通訊系統(tǒng)的建設，在RGS 站的密集程度達到要求后，信號就可真正實現(xiàn)大范圍覆蓋[1]。

2 地空數(shù)據(jù)鏈

所謂地空數(shù)據(jù)鏈，簡單來說就是確保飛機、地面系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g，對此技術加以利用可以確保飛機位置、發(fā)動機數(shù)據(jù)、管制指令之類的數(shù)據(jù)順利傳輸，其選用的傳輸媒介包括VHF、HF、SSR 等，而飛機在不同位置可自主進行選擇，確保數(shù)據(jù)傳輸媒介是最為有效的，而且可以將成本投入控制在合理范圍內(nèi)[2]。從VHF 數(shù)據(jù)鏈來說，在可靠性、延遲性、傳輸速率等方面具有的優(yōu)勢是較高的，而且資金投入較少，使用較為便捷，擴展也是較為簡單的，所以在進行地空數(shù)據(jù)鏈通信時，此種方法的應用是較為普遍的。眾所周知，地空數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)是建立在ACARS 系統(tǒng)之上的，不同飛機的ACARS 地址呈現(xiàn)出唯一性。

3 地空數(shù)據(jù)鏈的傳輸類型

3.1 VHF數(shù)據(jù)鏈

對民航專用頻道加以利用，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸目的，其可靠性非常高，可以在短時間內(nèi)實現(xiàn)信息傳輸，而且延遲很小，和衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈進行比較可知，所要投入的資金能夠控制在合理的范圍內(nèi)，通過其能夠保證地空數(shù)據(jù)鏈通信切實達成。當然，其有著自身的不足，最為顯著的是視距傳輸，而且覆蓋范圍并不大，若想保證全程覆蓋能夠?qū)崿F(xiàn)，則要將多點布臺做到位。VHF 數(shù)據(jù)鏈其組成結(jié)構包括了遠端地面站、交換網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、用戶子系統(tǒng)、機載數(shù)據(jù)收發(fā)設備。

3.2 HF數(shù)據(jù)鏈

眾所周知，HF 數(shù)據(jù)鏈最為顯著的特點就是可以保證超視距傳輸切實達成，覆蓋范圍相對較大，但是其也有明顯的不足，那就是可靠性達不到要求，而且在信息傳輸?shù)倪^程中，延遲也是現(xiàn)實存在的。

3.3 二次監(jiān)視雷達（SSR）的S模式數(shù)據(jù)鏈

S 模式是使用離散尋址詢問的一種數(shù)據(jù)鏈技術，其對ATCRBS具有的功能予以保留，除此以外，它能夠用更好的鏈路預算來探測飛機，并且能夠得到有助于識別飛機的數(shù)據(jù)。對兩者模式予以比較后發(fā)現(xiàn)，區(qū)別是明顯的，最大的不同是請求響應的具體方法存在差異，ATCRBS 采用的是廣播技術，也就是地面雷達將詢問信號發(fā)出之后，飛機進行接收，這樣就能夠直接應答。

3.4 衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)鏈

數(shù)據(jù)通信服務是由提供商負責的，雖然地區(qū)存在差異，但是服務大致相同，最大的區(qū)別就是網(wǎng)絡覆蓋范圍有所不同[3]。通過衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸可以保證遠距離傳輸?shù)哪繕饲袑嵾_成。

4 地空數(shù)據(jù)鏈的類別及特性

4.1 ACARS的特性

當前的國際民航采用的是ACARS 系統(tǒng)，其工作方式呈現(xiàn)為半雙工，和地空無線電話通信是相似的。為了確保數(shù)據(jù)通信穩(wěn)定，要對雙向無線信道加以利用，通信協(xié)議則為CSMA，其傳輸速率能夠達到2400bps。從ACARS 信息組來看，每個均能夠支持220 個字節(jié)，如果信息較長的話，要利用通信處理器來進行分割，并將每個數(shù)據(jù)段轉(zhuǎn)變?yōu)殡娢唬来伟l(fā)出。在將電文發(fā)出之后，一定要保證收到證實之后方可發(fā)出下一份電文。這個系統(tǒng)能夠和當下使用的語音系統(tǒng)實現(xiàn)兼容，這就使得安裝、運行更為簡單，成本投入也會降低很多。另外來說，對ACARS 系統(tǒng)、AIRNC622 規(guī)程予以結(jié)合的話，可以保證數(shù)據(jù)集成目標切實達成。這里需要指出的是，通過ACARS 系統(tǒng)是無法確保飛行安全優(yōu)先等級方面的需要真正達成，然而在現(xiàn)階段，其已經(jīng)擁有一些等級功能。

4.2 國際航空電信網(wǎng)/甚高頻數(shù)字鏈路（ATN/VDL）的特性

航空電信網(wǎng)（ATN）是將開放式系統(tǒng)互聯(lián)結(jié)構作為基礎，而且是面對比特的協(xié)議，當中最為重要的設備為路由器，通過其能夠?qū)崿F(xiàn)開放式系統(tǒng)的互聯(lián)，也就是確保地面子網(wǎng)絡、飛機子網(wǎng)絡切實相連，進而對ATN 編址方法加以應用，使得用戶信息傳輸這個目標能夠順利達成。從ATN 路由器來看，規(guī)程協(xié)議是不可忽視的，主要包括以下幾個部分：一是面向連接的四級傳輸協(xié)議；二是網(wǎng)絡連接協(xié)議CLNP；三是終端系統(tǒng)到中介系統(tǒng)路由協(xié)議ES-IS；四是域間路由協(xié)議IDRP[4]。

5 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)在中國民航的應用

5.1 飛機起飛前放行服務

對于機場塔臺來說，管制席位的工作是非常重要的，對地空數(shù)據(jù)通信技術加以有效應用能夠保證飛機放行服務更為高效。當然，機載的軟件、硬件必須要能夠支持，和語音放行進行比較可知，其具有的優(yōu)勢是明顯的，可以保證放行數(shù)據(jù)精準傳輸，速度能夠達到秒級，另外來說，申請-回復這種運行方式和ED-85A 標準也是相符的。傳輸?shù)男畔⒊孛嫠_的管制指令外，還包括數(shù)字通波傳輸?shù)臍庀笮畔ⅰ?/p>

5.2 數(shù)字式自動化終端區(qū)信息服務

對地空數(shù)據(jù)通信方式加以充分利用，能夠保證ATIS 信息服務更具實效性，和語音放行相比較，其可以保證放行數(shù)據(jù)精準傳輸，速度秒級響應，管制人員、飛行機組所要承擔的壓力自然就會明顯減輕[5]。

5.3 管制員飛行員數(shù)據(jù)鏈通信（CPDLC）與自動相關監(jiān)視

通過CPDLC 能夠保證地空數(shù)據(jù)通信目的切實達成，其和語音模式是相似的，放行標準、請求標準相同，利用其可以使得管制員、飛行員間能夠?qū)崿F(xiàn)信息交互，管制移交、下行放行等方面的功能也可實現(xiàn)。在進行雙向數(shù)據(jù)通信時，對地空數(shù)據(jù)鏈加以利用就能夠確保管制命令、應答目的順利達成，而且管制命令也可做到反復閱讀。當然，CPDLC對數(shù)據(jù)鏈的依賴程度是較高的，VHF則屬于視距通信，而要實現(xiàn)大洋空域、偏遠地區(qū)的通信，則要對SATCOM、HF 加以利用。CPDLC 的運用能夠保證地空通信更加的可靠，語義誤解之類的弊端也能夠切實消除。在大洋區(qū)域、沙漠、高山、極區(qū)等地面通信設備難以建設的區(qū)域,其用途更加廣闊。

5.4 自動相關監(jiān)視的運用

使用ADS 模式后，在數(shù)據(jù)鏈的幫助下，飛機就能夠?qū)⑽恢弥惖男畔⒆詣觽鬏斨罙TC，雷達顯示屏就能夠清晰呈現(xiàn)出來，有些區(qū)域暫時并未能夠覆蓋，通過其就能夠達成監(jiān)視目標。對自動相關監(jiān)視予以細化，主要包括非相關監(jiān)視、相關監(jiān)視，前者是要通過地面來對飛機位置進行準確測算，簡單來說就是利用語音報告、雷達監(jiān)視等手段來對飛機方位、距離予以監(jiān)視；后者則是飛機自主對位置予以確定，相關信息則要傳輸至ATC。話音位置報告屬于非相關監(jiān)視系統(tǒng)，通過機載導航設備能夠提供具體的位置，機組只需要利用無線電話就能夠?qū)崿F(xiàn)傳輸。ADS 則是通過飛機、地面站端來對位置報告進行發(fā)送、接收。目前我國民航已經(jīng)在航路、航線、機場終端區(qū)廣泛布局了廣播式自動相關ADS-B 系統(tǒng)。

5.5 當前所使用的地空數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)——ACARS

在1970年，ACARS 誕生，并得到應用，在對數(shù)據(jù)進行收發(fā)時采用的方法是對無線電進行模擬，速率能夠達到2400bps，調(diào)制方式選擇的是MSK，由于其能夠提供良好的數(shù)據(jù)服務，現(xiàn)在已經(jīng)在空中交通管理與服務領域中得到應用。ACARS 系統(tǒng)主要包括了機載系統(tǒng)、地空數(shù)據(jù)網(wǎng)絡、地面系統(tǒng)，在這當中，機載系統(tǒng)是較為復雜的，組成部分較多，管理組件、顯示組件、甚高頻電臺、高頻電臺等均是不可缺少的。地空數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡則包括了遠端地面站、網(wǎng)絡運行控制等。地面應用系統(tǒng)的組成除了航空公司自有的應用系統(tǒng)、控制交通管制系統(tǒng)外，公眾服務系統(tǒng)也在其內(nèi)[6]。

6 未來展望

6.1 下一代地空數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)——VDLMode2

在現(xiàn)階段，VDL 設計標準大致包括四種，即VDLMode1、VDLMode2、VDLMode3 和VDLMode4。眾所周知，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)本就屬于通信子網(wǎng)，而從VDL 標準來看，能夠?qū)ξ锢韺印㈡溌穼印⒕W(wǎng)絡層遵循的標準予以定義，物理層、鏈路層在分層方面是大致相同的，數(shù)據(jù)鏈技術發(fā)展的過程中，要將ACARS 網(wǎng)絡具有的兼容性大幅提升，確保其能夠和ATN 網(wǎng)絡結(jié)合起來。從當前正在使用的ACARS 進行比較可知，VDLMode2 擁有的性能是更為全面的，接口能夠真正實現(xiàn)通用，整個應用會變得更加簡便，和規(guī)范要求是相符的。對ICAO 標準予以應用后能夠保證全球兼容目標切實達成，傳輸速率的提高呈現(xiàn)出數(shù)量級，由原先的2400bps 增加至31500bps。傳輸層協(xié)議是直接面向連接的，其可靠性能夠有大幅提高，傳輸延遲則可大幅縮減，由原先的5s 降至3.5s。對飛行的每個階段均能夠起到影響，具體來說，在滑行階段能夠完成鏈路測試、時間校驗，了解乘客、油料等方面的信息，完成機場分析，并確定飛行計劃；在起飛階段，主要的功能是起飛、放行；在離港階段可以提供發(fā)動機狀態(tài)、飛行計劃、天氣等方面的報告；在飛行階段，則能夠提供位置、天氣等方面的報告，對降落時間進行預測，并可主動完成數(shù)據(jù)維護等；在進港階段，可對到達時間進行預估，艙門請求、特別請求等能夠得以實現(xiàn)；在降落階段，可獲得落地信息；在滑行階段，可以準確進入到跑道中，并提供燃油、乘客等信息[7]。

6.2 (Aeronautical Telecommunication Network)航空電信網(wǎng)ATN

航空電信網(wǎng)絡的發(fā)展速度是較快的，從新航行系統(tǒng)來看，ATN是不可忽視的組成部分，從上世紀80年代起，相關的研究工作就已展開，到本世紀初取得了良好的成果，并正式予以實施。ATN 屬于底層通信網(wǎng)絡，也就是對相關子網(wǎng)予以集成出來，進而保證數(shù)據(jù)傳輸能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一。此種民航專用網(wǎng)絡在安全機制方面是具有優(yōu)勢的，無縫通信目的可以切實達成，即使局部出現(xiàn)故障的話，產(chǎn)生的影響并不大，而且通信子網(wǎng)也可順利連接起來，這樣就可保證整體性明顯提高[8]。

7 結(jié)語

由上可知，我們國家的民航業(yè)呈現(xiàn)出較快的發(fā)展趨勢，這就為民航通信行業(yè)奠定了堅實的基礎。從當下空管信息業(yè)務的實際情況來看，IP 化傳輸已經(jīng)成為將來主要的發(fā)展方向，隨著地面網(wǎng)絡能夠?qū)崿F(xiàn)全覆蓋，傳輸帶寬持續(xù)擴大后，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)必然能夠在民航業(yè)中扮演更為重要的角色，其應用前景會更為廣泛。