主頁(yè)（http://www.130131.com）：空地通信系統(tǒng)在新航行系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　隨著民用航空業(yè)的快速發(fā)展，空中交通流量大幅度增長(zhǎng)，對(duì)航空通信提出了越來(lái)越高的要求。作為適應(yīng)和滿足新通信應(yīng)用需求的解決方案，新的通信、導(dǎo)航、監(jiān)視和空中交通管理系統(tǒng)（CNS/ATM）及其基礎(chǔ)設(shè)施航空電信網(wǎng)（ATN），一直以來(lái)也在不斷的開(kāi)發(fā)、測(cè)試和實(shí)踐當(dāng)中。甚高頻數(shù)據(jù)鏈通信是ATN空地通信子網(wǎng)的主要實(shí)現(xiàn)方式，是新航行系統(tǒng)中空中交通服務(wù)（ATS）和航務(wù)管理（AOC）的基本工具。而現(xiàn)行的ACARS（飛機(jī)通信尋址報(bào)告系統(tǒng)）作為一個(gè)過(guò)度系統(tǒng)，將在ATN建成之后升級(jí)，以適應(yīng)CNS/ATM的體制。所以，了解不同數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的功能特點(diǎn)和發(fā)展?fàn)顩r，將有利于向新航行系統(tǒng)的過(guò)渡實(shí)施。 
中國(guó)論文網(wǎng) http://www.xzbu.com/1/view-5123260.htm
　　1.現(xiàn)行空地通信網(wǎng)狀態(tài)及其局限性 
　　現(xiàn)行的空地通信網(wǎng)是由甚高頻（VHF）空地通信系統(tǒng)，高頻（HF）空地通信系統(tǒng)和VHF數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)即飛機(jī)通信選址報(bào)告系統(tǒng)（ACARS）組成的。其中甚高頻（VHF）空地通信系統(tǒng)和高頻（HF）空地通信系統(tǒng)主要用于話音通信。 
　　現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。 
　　圖1 
　　甚高頻（VHF）空地通信是一種優(yōu)秀的通信方式，它是現(xiàn)行ATM中應(yīng)用的最廣泛的空地通信方式。目前民航的VHF通信以話音通信為主，但是存在許多局限和不足。話音傳信速度慢，占用信道時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)，容易出錯(cuò)，口音不一致可能導(dǎo)致聽(tīng)不懂、聽(tīng)錯(cuò)等。另外，還存在多信宿的限制以及業(yè)務(wù)種類(lèi)限制。 
　　高頻（HF）通信時(shí)一種廉價(jià)的遠(yuǎn)距離通信手段，被廣泛用于政府、外交、氣象和軍事等專(zhuān)業(yè)部門(mén)。高頻通信在民航方面也主要用于話音通信。但是高頻電臺(tái)傳播信號(hào)是利用電離層反射，容易受到干擾，性能較差。 
　　利用空地?cái)?shù)據(jù)通信可以克服話音通信的缺點(diǎn)。自從20世紀(jì)80年代后期，美國(guó)開(kāi)始使用ARINC公司的飛機(jī)通信、尋址和報(bào)告系統(tǒng)（ACARS）以來(lái)，世界各國(guó)民用航空普遍利用空地?cái)?shù)據(jù)鏈進(jìn)行通信，但是隨著民航業(yè)的快速發(fā)展，尤其是飛機(jī)數(shù)量與飛行量的不斷增加，空地?cái)?shù)據(jù)通信量也迅速增加，當(dāng)前國(guó)外部分區(qū)域的ACARS系統(tǒng)已達(dá)到飽和狀態(tài)。我國(guó)也由民航數(shù)據(jù)通信公司引進(jìn)了ARINC的ACARS系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋了國(guó)內(nèi)大部分主要航路。然而與新技術(shù)相比，目前的ACARS數(shù)據(jù)鏈還存在著缺陷。首先，調(diào)幅調(diào)制方式?jīng)Q定了頻率利用率相對(duì)較低，并且容易受射頻干擾。其次，ACARS數(shù)據(jù)鏈作為面向字符的系統(tǒng)不如面向比特的通信技術(shù)靈活，與預(yù)定用于航空電信網(wǎng)（ATN）的開(kāi)放系統(tǒng)互連（OSI）方式不兼容。另外，如果要使話音和數(shù)據(jù)鏈同時(shí)工作，現(xiàn)行系統(tǒng)需要兩套航空電子設(shè)備，同時(shí)用兩個(gè)射頻載波工作 。 
　　鑒于現(xiàn)行空地通信網(wǎng)的種種限制及缺點(diǎn)，新航行系統(tǒng)中的空地通信系統(tǒng)的具有良好的發(fā)展前景。 
　　2.新航行系統(tǒng)中的空地通信系統(tǒng) 
　　ICAO鑒于21世紀(jì)全世界所有地區(qū)民航客流量和空中交通將有巨大的增長(zhǎng)，而現(xiàn)有的民用航空通信、導(dǎo)航、監(jiān)視和空中交通管理系統(tǒng)存在著明顯的缺陷和局限性，為了適應(yīng)21世紀(jì)全球民用航空的需求和滿足新的要求，在1983年提出了新航行系統(tǒng)的概念，并且經(jīng)過(guò)論證，得出了新航行系統(tǒng)的具體實(shí)施措施。 
　　CNS/ATM對(duì)于通信系統(tǒng)實(shí)施的關(guān)鍵問(wèn)題是地面與空中數(shù)據(jù)的雙向傳輸。其傳輸途徑包括： 
　　（1）保留并發(fā)展甚高頻（VHF）空地通信系統(tǒng)，用作語(yǔ)音和數(shù)據(jù)鏈通信，主要用于高交通密度的陸地和終端區(qū)域。 
　�。�2）引進(jìn)航空衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)通信（AMSS），主要用于海洋和邊遠(yuǎn)陸地飛行使用。 
　�。�3）高頻（HF）空地通信系統(tǒng)，對(duì)于邊遠(yuǎn)陸地，衛(wèi)星通信不能覆蓋的地方，將保留并發(fā)展HF通信。 
　�。�4）二次雷達(dá)S模式（SSR S）數(shù)據(jù)鏈通信，在空中交通高密度空域和終端區(qū)供空中交通服務(wù)（ATS）使用； 
　　（5）建立航空電信網(wǎng)（ATN），將地面數(shù)據(jù)和空地?cái)?shù)據(jù)通信融為一體，將上述各種子網(wǎng)交聯(lián)后，在相應(yīng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)交換。 
　　下面本文主要對(duì)VHF空地?cái)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)做詳細(xì)的介紹。 
　　VHF空地?cái)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)（又稱(chēng)VHF空地?cái)?shù)據(jù)鏈）由機(jī)載航空電子設(shè)備、遙控地面站（RGS）、地面數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（NMDPS）、和各用戶子系統(tǒng)構(gòu)成。 
　�。�1）機(jī)載航空電子設(shè)備（Avionic System）是甚高頻（VHF）數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的空中節(jié)點(diǎn)，其主要功能是將機(jī)載系統(tǒng)采集的各種飛行參數(shù)信息通過(guò)空地?cái)?shù)據(jù)鏈路發(fā)到地面的遙控地面站（RGS）站，并接收地面網(wǎng)中通過(guò)RGS站轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的信息。 
　�。�2）遙控地面站（RGS）是甚高頻（VHF）數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的地面節(jié)點(diǎn)，用于飛機(jī)與地面數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的連接，并可實(shí)現(xiàn)地面數(shù)據(jù)通信網(wǎng)節(jié)點(diǎn)問(wèn)數(shù)據(jù)通信。RGS站通過(guò)VHF接收機(jī)接收來(lái)自飛機(jī)的數(shù)據(jù)，信道間隔25KHz，采用單信道半雙工工作方式，數(shù)據(jù)傳輸速率為2400bit/s，用MSK調(diào)制方式發(fā)射或接收數(shù)據(jù)。RGS站對(duì)于下行信息的處理，解調(diào)出來(lái)的數(shù)據(jù)將存貯在緩存器中，直到獲得網(wǎng)絡(luò)管理中數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（NMDPS）取消數(shù)據(jù)的命令，才釋放存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)。 
　�。�3）網(wǎng)絡(luò)管理與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（NMDPS）是VHF空地?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)的中心，它采用以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的TCP / IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。NMDPS作為VHF空地?cái)?shù)據(jù)通信網(wǎng)的核心，它的功能主要是： 
　　對(duì)航空公司地面用戶經(jīng)過(guò)RGS到達(dá)飛行器上的信息進(jìn)行交換，完成數(shù)據(jù)信息的尋址、路由選擇及一系列的處理； 
　　對(duì)飛行器發(fā)射的報(bào)文，經(jīng)過(guò)RGS到達(dá)航空公司地面用戶所在地的信息進(jìn)行交換尋址和傳輸； 
　　記錄發(fā)送和接收的信息，此信息可實(shí)時(shí)查閱，同時(shí)可下載到公告欄里，以供分析等； 
　　提供系統(tǒng)管理功能，包括狀態(tài)對(duì)RGS的控制和監(jiān)測(cè)，整個(gè)子系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控、配置、管理，實(shí)施對(duì)射頻（RF）信道的分配，以及NMDPS組件和BGS運(yùn)行時(shí)間的控制； 
　　另外，還可以靈活地根據(jù)管理者的需求增加許多功能，包括航空公司的各種管理應(yīng)用、空中交通管理的應(yīng)用。民航運(yùn)行保障管理的應(yīng)用和該子系統(tǒng)自身管理的完善。 　�。�4）用戶子系統(tǒng)可按應(yīng)用對(duì)象分為面向航空公司的飛行管理系統(tǒng)，面向空管部門(mén)的空管信息系統(tǒng)和面向管理部門(mén)的管理信息系統(tǒng)。通過(guò)用戶子系統(tǒng)的終端，空管中心的地面管制員。航空公司的簽派員可以直接看到與之相關(guān)的飛機(jī)數(shù)據(jù)報(bào)文，包括飛機(jī)識(shí)別信息、航班號(hào)、飛機(jī)四維信息（經(jīng)度、緯度、高度和時(shí)間）以及起飛和降落報(bào)告等。 
　　目前已有四種甚高頻（VHF）數(shù)據(jù)鏈方案寫(xiě)入了附件10，他們分別命名為：方式1（ VDL 1），方式2（VDL 2}，方式3 （VDL 3），方式4（VDL 4）。 
　　（1）VDL 1是從現(xiàn)有ACARS 和其他VHF數(shù)據(jù)通信方式向VHF數(shù)據(jù)鏈方式過(guò)渡的中間步驟。 
　　（2）VDL 2是ICAO航空移動(dòng)通信專(zhuān)家組（AMCP）在1997年指定的空地?cái)?shù)據(jù)鏈方式，有許多國(guó)家參與了開(kāi)發(fā)和建設(shè)。目前，歐洲各國(guó)是VDL2的主要支持者和實(shí)施者。他們從2001年開(kāi)始對(duì)使用VDL2數(shù)據(jù)鏈的可行性進(jìn)行試驗(yàn)，一個(gè)基于VDL2的ATN網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目Link2000+正在建設(shè)當(dāng)中。日本也在實(shí)施VDL2數(shù)據(jù)鏈建設(shè)，已建了2個(gè)地面站，并計(jì)劃在2004年再建8個(gè)。 
　　（3）VDL 3是美國(guó)FAA大力推行的數(shù)據(jù)鏈方案。FAA計(jì)劃逐步替換美國(guó)現(xiàn)有的46000個(gè)地面VHF電臺(tái)和UHF電臺(tái)。 
　�。�4）VDL 4是由瑞典提出的方案。其利用GNSS系統(tǒng)信息定時(shí)，采用面向比特協(xié)議，與ATN網(wǎng)完全兼容，還可提供超過(guò)ATN網(wǎng)性能的服務(wù)，如廣播和空空通信。 
　　在4種優(yōu)選甚高頻（VHF）數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)侄沃�，VDL1由于傳輸速率低，頻譜利用率差而沒(méi)有得到進(jìn)一步發(fā)展，VDL mode 2，3 ，4成為更受關(guān)注的實(shí)現(xiàn)方案。 
　　3.新航行系統(tǒng)中的空地通信系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用前景 
　　預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)商用運(yùn)輸飛機(jī)保有盤(pán)將達(dá)到2000架，而且通用飛機(jī)也會(huì)有很大發(fā)展。隨著飛機(jī)數(shù)量和飛行數(shù)量的增加，以及空地之間大量信息交換的需要，今后民航空地通信的信道需求將不斷增長(zhǎng)，并將越來(lái)越多地使用空地?cái)?shù)據(jù)鏈。 
　　對(duì)我國(guó)而言，如果采用多種數(shù)據(jù)鏈方式共存、逐步過(guò)渡的方案，將需要引進(jìn)不同的地面和機(jī)載系統(tǒng)。由于不同數(shù)據(jù)鏈技術(shù)彼此互不兼容，設(shè)備和軟件不能通用，因此只選用一種數(shù)據(jù)鏈方式，逐步過(guò)渡是一種經(jīng)濟(jì)的和易于操作的方案。中國(guó)目前航路話音通信多依賴(lài)HF電臺(tái)。傳統(tǒng)的單邊帶通信的話音效果較差，易受干擾。考慮到既能改善話音通信的質(zhì)量，同時(shí)滿足所有ATN數(shù)據(jù)傳輸需求，并且飛機(jī)設(shè)備配備方面成本相對(duì)較低，VDL3應(yīng)該是一個(gè)具有吸引力的方式。對(duì)于過(guò)渡的具體實(shí)施，可以考慮分區(qū)域逐步部署地而設(shè)施，使用多模式電臺(tái)，允許在一段時(shí)間內(nèi)與傳統(tǒng)通信方式共存，分階段實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈對(duì)所有航路和航站的覆蓋，直至完成向ATN的最終過(guò)渡。 
　　4.總結(jié) 
　　隨著數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的不斷完善及其在地-地、地-空系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用；隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的不斷應(yīng)用，新航行系統(tǒng)將逐步趨于完善，通信、導(dǎo)航、監(jiān)視將成為一個(gè)不可分割的整體。新航行系統(tǒng)將各種有效的手段融合在一起，對(duì)各個(gè)方面的信息進(jìn)行及時(shí)、有效的處理，為各用戶提供實(shí)時(shí)、可靠、全天候的服務(wù)，并最終實(shí)現(xiàn)全球一致的、連續(xù)的、無(wú)縫的空中交通管理。數(shù)據(jù)鏈在飛機(jī)、地面、地面之間傳輸各種實(shí)時(shí)、有效的信息，可以顯著地減輕飛行人員的工作負(fù)擔(dān)、減少信道擁擠和現(xiàn)行話音方式的字符通信錯(cuò)誤。更為精確的數(shù)據(jù)將使提高安全、減少延誤、增加空域和機(jī)場(chǎng)能力成為可能，適應(yīng)用戶優(yōu)選航路的能力將進(jìn)一步提高。 
　　總之，新航行系統(tǒng)的空地通信系統(tǒng)特別是甚高頻（VHF）空地通信系統(tǒng)將作為一種有效的通信手段越來(lái)越被人們所重視，它所起的作用也日益顯著，它必將為我國(guó)以及世界的空中交通管理事業(yè)發(fā)展起到極為積極的作用。 
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