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(wù)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(hào)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(shì)。目前，地空通信中的ACARS 技術(shù)在空中交通服務(wù)通信中發(fā)揮著重要的作用，其是將無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、應(yīng)用協(xié)議作為基礎(chǔ)，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(dá)成數(shù)據(jù)信息的交換，將飛機(jī)、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?yàn)轱w機(jī)在空中飛行必須要符合規(guī)定的航路航線。機(jī)動(dòng)車在地面行駛的過程中，可通過交通標(biāo)線、信號(hào)燈等來對(duì)其進(jìn)行指揮、監(jiān)督，但是空中無法進(jìn)行相同的設(shè)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(duì)飛行中的飛機(jī)的航路、高度等進(jìn)行嚴(yán)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(dāng)下正深入展開ACARS 通訊系統(tǒng)的建設(shè)，在RGS 站的密集程度達(dá)到要求后，信號(hào)就可真正實(shí)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(jiǎn)單來說就是確保飛機(jī)、地面系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)，對(duì)此技術(shù)加以利用可以確保飛機(jī)位置、發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)在不同位置可自主進(jìn)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(shì)是較高的，而且資金投入較少，使用較為便捷，擴(kuò)展也是較為簡(jiǎn)單的，所以在進(jìn)行地空數(shù)據(jù)鏈通信時(shí)，此種方法的應(yīng)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(jī)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(duì)民航專用頻道加以利用，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸目的，其可靠性非常高，可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)信息傳輸，而且延遲很小，和衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈進(jìn)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(shí)達(dá)成。當(dāng)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(diǎn)布臺(tái)做到位。VHF 數(shù)據(jù)鏈其組成結(jié)構(gòu)包括了遠(yuǎn)端地面站、交換網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、用戶子系統(tǒng)、機(jī)載數(shù)據(jù)收發(fā)設(shè)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(diǎn)就是可以保證超視距傳輸切實(shí)達(dá)成，覆蓋范圍相對(duì)較大，但是其也有明顯的不足，那就是可靠性達(dá)不到要求，而且在信息傳輸?shù)倪^程中，延遲也是現(xiàn)實(shí)存在的。

3.3 二次監(jiān)視雷達(dá)（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(shù)，其對(duì)ATCRBS具有的功能予以保留，除此以外，它能夠用更好的鏈路預(yù)算來探測(cè)飛機(jī)，并且能夠得到有助于識(shí)別飛機(jī)的數(shù)據(jù)。對(duì)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(qǐng)求響應(yīng)的具體方法存在差異，ATCRBS 采用的是廣播技術(shù)，也就是地面雷達(dá)將詢問信號(hào)發(fā)出之后，飛機(jī)進(jìn)行接收，這樣就能夠直接應(yīng)答。

3.4 衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)鏈

數(shù)據(jù)通信服務(wù)是由提供商負(fù)責(zé)的，雖然地區(qū)存在差異，但是服務(wù)大致相同，最大的區(qū)別就是網(wǎng)絡(luò)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(yuǎn)距離傳輸?shù)哪繕?biāo)切實(shí)達(dá)成。

4 地空數(shù)據(jù)鏈的類別及特性

4.1 ACARS的特性

當(dāng)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(duì)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(dá)到2400bps。從ACARS 信息組來看，每個(gè)均能夠支持220 個(gè)字節(jié)，如果信息較長的話，要利用通信處理器來進(jìn)行分割，并將每個(gè)數(shù)據(jù)段轉(zhuǎn)變?yōu)殡娢?，依次發(fā)出。在將電文發(fā)出之后，一定要保證收到證實(shí)之后方可發(fā)出下一份電文。這個(gè)系統(tǒng)能夠和當(dāng)下使用的語音系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兼容，這就使得安裝、運(yùn)行更為簡(jiǎn)單，成本投入也會(huì)降低很多。另外來說，對(duì)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(biāo)切實(shí)達(dá)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(jí)方面的需要真正達(dá)成，然而在現(xiàn)階段，其已經(jīng)擁有一些等級(jí)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(gòu)作為基礎(chǔ)，而且是面對(duì)比特的協(xié)議，當(dāng)中最為重要的設(shè)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(luò)、飛機(jī)子網(wǎng)絡(luò)切實(shí)相連，進(jìn)而對(duì)ATN 編址方法加以應(yīng)用，使得用戶信息傳輸這個(gè)目標(biāo)能夠順利達(dá)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(gè)部分：一是面向連接的四級(jí)傳輸協(xié)議；二是網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用

5.1 飛機(jī)起飛前放行服務(wù)

對(duì)于機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)來說，管制席位的工作是非常重要的，對(duì)地空數(shù)據(jù)通信技術(shù)加以有效應(yīng)用能夠保證飛機(jī)放行服務(wù)更為高效。當(dāng)然，機(jī)載的軟件、硬件必須要能夠支持，和語音放行進(jìn)行比較可知，其具有的優(yōu)勢(shì)是明顯的，可以保證放行數(shù)據(jù)精準(zhǔn)傳輸，速度能夠達(dá)到秒級(jí)，另外來說，申請(qǐng)-回復(fù)這種運(yùn)行方式和ED-85A 標(biāo)準(zhǔn)也是相符的。傳輸?shù)男畔⒊孛嫠_(tái)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(dòng)化終端區(qū)信息服務(wù)

對(duì)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(wù)更具實(shí)效性，和語音放行相比較，其可以保證放行數(shù)據(jù)精準(zhǔn)傳輸，速度秒級(jí)響應(yīng)，管制人員、飛行機(jī)組所要承擔(dān)的壓力自然就會(huì)明顯減輕[5]。

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

通過CPDLC 能夠保證地空數(shù)據(jù)通信目的切實(shí)達(dá)成，其和語音模式是相似的，放行標(biāo)準(zhǔn)、請(qǐng)求標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信時(shí)，對(duì)地空數(shù)據(jù)鏈加以利用就能夠確保管制命令、應(yīng)答目的順利達(dá)成，而且管制命令也可做到反復(fù)閱讀。當(dāng)然，CPDLC對(duì)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(shí)現(xiàn)大洋空域、偏遠(yuǎn)地區(qū)的通信，則要對(duì)SATCOM、HF 加以利用。CPDLC 的運(yùn)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(shí)消除。在大洋區(qū)域、沙漠、高山、極區(qū)等地面通信設(shè)備難以建設(shè)的區(qū)域,其用途更加廣闊。

5.4 自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視的運(yùn)用

使用ADS 模式后，在數(shù)據(jù)鏈的幫助下，飛機(jī)就能夠?qū)⑽恢弥惖男畔⒆詣?dòng)傳輸至ATC，雷達(dá)顯示屏就能夠清晰呈現(xiàn)出來，有些區(qū)域暫時(shí)并未能夠覆蓋，通過其就能夠達(dá)成監(jiān)視目標(biāo)。對(duì)自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視予以細(xì)化，主要包括非相關(guān)監(jiān)視、相關(guān)監(jiān)視，前者是要通過地面來對(duì)飛機(jī)位置進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)算，簡(jiǎn)單來說就是利用語音報(bào)告、雷達(dá)監(jiān)視等手段來對(duì)飛機(jī)方位、距離予以監(jiān)視；后者則是飛機(jī)自主對(duì)位置予以確定，相關(guān)信息則要傳輸至ATC。話音位置報(bào)告屬于非相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)，通過機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備能夠提供具體的位置，機(jī)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(jī)、地面站端來對(duì)位置報(bào)告進(jìn)行發(fā)送、接收。目前我國民航已經(jīng)在航路、航線、機(jī)場(chǎng)終端區(qū)廣泛布局了廣播式自動(dòng)相關(guān)ADS-B 系統(tǒng)。

5.5 當(dāng)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(yīng)用，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收發(fā)時(shí)采用的方法是對(duì)無線電進(jìn)行模擬，速率能夠達(dá)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(wù)，現(xiàn)在已經(jīng)在空中交通管理與服務(wù)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。ACARS 系統(tǒng)主要包括了機(jī)載系統(tǒng)、地空數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、地面系統(tǒng)，在這當(dāng)中，機(jī)載系統(tǒng)是較為復(fù)雜的，組成部分較多，管理組件、顯示組件、甚高頻電臺(tái)、高頻電臺(tái)等均是不可缺少的。地空數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)則包括了遠(yuǎn)端地面站、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行控制等。地面應(yīng)用系統(tǒng)的組成除了航空公司自有的應(yīng)用系統(tǒng)、控制交通管制系統(tǒng)外，公眾服務(wù)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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)來看，能夠?qū)ξ锢韺?、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層遵循的標(biāo)準(zhǔn)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(shù)發(fā)展的過程中，要將ACARS 網(wǎng)絡(luò)具有的兼容性大幅提升，確保其能夠和ATN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來。從當(dāng)前正在使用的ACARS 進(jìn)行比較可知，VDLMode2 擁有的性能是更為全面的，接口能夠真正實(shí)現(xiàn)通用，整個(gè)應(yīng)用會(huì)變得更加簡(jiǎn)便，和規(guī)范要求是相符的。對(duì)ICAO 標(biāo)準(zhǔn)予以應(yīng)用后能夠保證全球兼容目標(biāo)切實(shí)達(dá)成，傳輸速率的提高呈現(xiàn)出數(shù)量級(jí)，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(duì)飛行的每個(gè)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(cè)試、時(shí)間校驗(yàn)，了解乘客、油料等方面的信息，完成機(jī)場(chǎng)分析，并確定飛行計(jì)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(dòng)機(jī)狀態(tài)、飛行計(jì)劃、天氣等方面的報(bào)告；在飛行階段，則能夠提供位置、天氣等方面的報(bào)告，對(duì)降落時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)，并可主動(dòng)完成數(shù)據(jù)維護(hù)等；在進(jìn)港階段，可對(duì)到達(dá)時(shí)間進(jìn)行預(yù)估，艙門請(qǐng)求、特別請(qǐng)求等能夠得以實(shí)現(xiàn)；在降落階段，可獲得落地信息；在滑行階段，可以準(zhǔn)確進(jìn)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(luò)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(jì)80年代起，相關(guān)的研究工作就已展開，到本世紀(jì)初取得了良好的成果，并正式予以實(shí)施。ATN 屬于底層通信網(wǎng)絡(luò)，也就是對(duì)相關(guān)子網(wǎng)予以集成出來，進(jìn)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(luò)在安全機(jī)制方面是具有優(yōu)勢(shì)的，無縫通信目的可以切實(shí)達(dá)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(shì)，這就為民航通信行業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。從當(dāng)下空管信息業(yè)務(wù)的實(shí)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(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)全覆蓋，傳輸帶寬持續(xù)擴(kuò)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(yīng)用前景會(huì)更為廣泛。