主頁（http://www.by236.com）：空地通信系統在新航行系統中的應用

　　隨著民用航空業的快速發展，空中交通流量大幅度增長，對航空通信提出了越來越高的要求。作為適應和滿足新通信應用需求的解決方案，新的通信、導航、監視和空中交通管理系統（CNS/ATM）及其基礎設施航空電信網（ATN），一直以來也在不斷的開發、測試和實踐當中。甚高頻數據鏈通信是ATN空地通信子網的主要實現方式，是新航行系統中空中交通服務（ATS）和航務管理（AOC）的基本工具。而現行的ACARS（飛機通信尋址報告系統）作為一個過度系統，將在ATN建成之后升級，以適應CNS/ATM的體制。所以，了解不同數據鏈技術的功能特點和發展狀況，將有利于向新航行系統的過渡實施。 
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　　1.現行空地通信網狀態及其局限性 
　　現行的空地通信網是由甚高頻（VHF）空地通信系統，高頻（HF）空地通信系統和VHF數據通信系統即飛機通信選址報告系統（ACARS）組成的。其中甚高頻（VHF）空地通信系統和高頻（HF）空地通信系統主要用于話音通信。 
　　現行空地通信系統構成如圖1所示。 
　　圖1 
　　甚高頻（VHF）空地通信是一種優秀的通信方式，它是現行ATM中應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，占用信道時間較長，同時，容易出錯，口音不一致可能導致聽不懂、聽錯等。另外，還存在多信宿的限制以及業務種類限制。 
　　高頻（HF）通信時一種廉價的遠距離通信手段，被廣泛用于政府、外交、氣象和軍事等專業部門。高頻通信在民航方面也主要用于話音通信。但是高頻電臺傳播信號是利用電離層反射，容易受到干擾，性能較差。 
　　利用空地數據通信可以克服話音通信的缺點。自從20世紀80年代后期，美國開始使用ARINC公司的飛機通信、尋址和報告系統（ACARS）以來，世界各國民用航空普遍利用空地數據鏈進行通信，但是隨著民航業的快速發展，尤其是飛機數量與飛行量的不斷增加，空地數據通信量也迅速增加，當前國外部分區域的ACARS系統已達到飽和狀態。我國也由民航數據通信公司引進了ARINC的ACARS系統，網絡覆蓋了國內大部分主要航路。然而與新技術相比，目前的ACARS數據鏈還存在著缺陷。首先，調幅調制方式決定了頻率利用率相對較低，并且容易受射頻干擾。其次，ACARS數據鏈作為面向字符的系統不如面向比特的通信技術靈活，與預定用于航空電信網（ATN）的開放系統互連（OSI）方式不兼容。另外，如果要使話音和數據鏈同時工作，現行系統需要兩套航空電子設備，同時用兩個射頻載波工作 。 
　　鑒于現行空地通信網的種種限制及缺點，新航行系統中的空地通信系統的具有良好的發展前景。 
　　2.新航行系統中的空地通信系統 
　　ICAO鑒于21世紀全世界所有地區民航客流量和空中交通將有巨大的增長，而現有的民用航空通信、導航、監視和空中交通管理系統存在著明顯的缺陷和局限性，為了適應21世紀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的概念，并且經過論證，得出了新航行系統的具體實施措施。 
　　CNS/ATM對于通信系統實施的關鍵問題是地面與空中數據的雙向傳輸。其傳輸途徑包括： 
　　（1）保留并發展甚高頻（VHF）空地通信系統，用作語音和數據鏈通信，主要用于高交通密度的陸地和終端區域。 
　　（2）引進航空衛星移動業務通信（AMSS），主要用于海洋和邊遠陸地飛行使用。 
　　（3）高頻（HF）空地通信系統，對于邊遠陸地，衛星通信不能覆蓋的地方，將保留并發展HF通信。 
　　（4）二次雷達S模式（SSR S）數據鏈通信，在空中交通高密度空域和終端區供空中交通服務（ATS）使用； 
　　（5）建立航空電信網（ATN），將地面數據和空地數據通信融為一體，將上述各種子網交聯后，在相應的計算機系統之間進行高速的數據交換。 
　　下面本文主要對VHF空地數據通信系統做詳細的介紹。 
　　VHF空地數據通信系統（又稱VHF空地數據鏈）由機載航空電子設備、遙控地面站（RGS）、地面數據通信網、網絡管理與數據處理系統（NMDPS）、和各用戶子系統構成。 
　　（1）機載航空電子設備（Avionic System）是甚高頻（VHF）數據通信系統的空中節點，其主要功能是將機載系統采集的各種飛行參數信息通過空地數據鏈路發到地面的遙控地面站（RGS）站，并接收地面網中通過RGS站轉發來的信息。 
　　（2）遙控地面站（RGS）是甚高頻（VHF）數據鏈系統的地面節點，用于飛機與地面數據通信網的連接，并可實現地面數據通信網節點問數據通信。RGS站通過VHF接收機接收來自飛機的數據，信道間隔25KHz，采用單信道半雙工工作方式，數據傳輸速率為2400bit/s，用MSK調制方式發射或接收數據。RGS站對于下行信息的處理，解調出來的數據將存貯在緩存器中，直到獲得網絡管理中數據處理系統（NMDPS）取消數據的命令，才釋放存儲器的數據。 
　　（3）網絡管理與數據處理系統（NMDPS）是VHF空地數據網的中心，它采用以太網的拓撲結構，使用工業標準的TCP / IP網絡協議。NMDPS作為VHF空地數據通信網的核心，它的功能主要是： 
　　對航空公司地面用戶經過RGS到達飛行器上的信息進行交換，完成數據信息的尋址、路由選擇及一系列的處理； 
　　對飛行器發射的報文，經過RGS到達航空公司地面用戶所在地的信息進行交換尋址和傳輸； 
　　記錄發送和接收的信息，此信息可實時查閱，同時可下載到公告欄里，以供分析等； 
　　提供系統管理功能，包括狀態對RGS的控制和監測，整個子系統狀態的監控、配置、管理，實施對射頻（RF）信道的分配，以及NMDPS組件和BGS運行時間的控制； 
　　另外，還可以靈活地根據管理者的需求增加許多功能，包括航空公司的各種管理應用、空中交通管理的應用。民航運行保障管理的應用和該子系統自身管理的完善。 　　（4）用戶子系統可按應用對象分為面向航空公司的飛行管理系統，面向空管部門的空管信息系統和面向管理部門的管理信息系統。通過用戶子系統的終端，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的飛機數據報文，包括飛機識別信息、航班號、飛機四維信息（經度、緯度、高度和時間）以及起飛和降落報告等。 
　　目前已有四種甚高頻（VHF）數據鏈方案寫入了附件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是從現有ACARS 和其他VHF數據通信方式向VHF數據鏈方式過渡的中間步驟。 
　　（2）VDL 2是ICAO航空移動通信專家組（AMCP）在1997年指定的空地數據鏈方式，有許多國家參與了開發和建設。目前，歐洲各國是VDL2的主要支持者和實施者。他們從2001年開始對使用VDL2數據鏈的可行性進行試驗，一個基于VDL2的ATN網絡項目Link2000+正在建設當中。日本也在實施VDL2數據鏈建設，已建了2個地面站，并計劃在2004年再建8個。 
　　（3）VDL 3是美國FAA大力推行的數據鏈方案。FAA計劃逐步替換美國現有的46000個地面VHF電臺和UHF電臺。 
　　（4）VDL 4是由瑞典提出的方案。其利用GNSS系統信息定時，采用面向比特協議，與ATN網完全兼容，還可提供超過ATN網性能的服務，如廣播和空空通信。 
　　在4種優選甚高頻（VHF）數據鏈手段中，VDL1由于傳輸速率低，頻譜利用率差而沒有得到進一步發展，VDL mode 2，3 ，4成為更受關注的實現方案。 
　　3.新航行系統中的空地通信系統在我國的應用前景 
　　預計到2020年，我國商用運輸飛機保有盤將達到2000架，而且通用飛機也會有很大發展。隨著飛機數量和飛行數量的增加，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，并將越來越多地使用空地數據鏈。 
　　對我國而言，如果采用多種數據鏈方式共存、逐步過渡的方案，將需要引進不同的地面和機載系統。由于不同數據鏈技術彼此互不兼容，設備和軟件不能通用，因此只選用一種數據鏈方式，逐步過渡是一種經濟的和易于操作的方案。中國目前航路話音通信多依賴HF電臺。傳統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量，同時滿足所有ATN數據傳輸需求，并且飛機設備配備方面成本相對較低，VDL3應該是一個具有吸引力的方式。對于過渡的具體實施，可以考慮分區域逐步部署地而設施，使用多模式電臺，允許在一段時間內與傳統通信方式共存，分階段實現數據鏈對所有航路和航站的覆蓋，直至完成向ATN的最終過渡。 
　　4.總結 
　　隨著數據鏈技術的不斷完善及其在地-地、地-空系統的廣泛應用；隨著衛星通信技術的不斷應用，新航行系統將逐步趨于完善，通信、導航、監視將成為一個不可分割的整體。新航行系統將各種有效的手段融合在一起，對各個方面的信息進行及時、有效的處理，為各用戶提供實時、可靠、全天候的服務，并最終實現全球一致的、連續的、無縫的空中交通管理。數據鏈在飛機、地面、地面之間傳輸各種實時、有效的信息，可以顯著地減輕飛行人員的工作負擔、減少信道擁擠和現行話音方式的字符通信錯誤。更為精確的數據將使提高安全、減少延誤、增加空域和機場能力成為可能，適應用戶優選航路的能力將進一步提高。 
　　總之，新航行系統的空地通信系統特別是甚高頻（VHF）空地通信系統將作為一種有效的通信手段越來越被人們所重視，它所起的作用也日益顯著，它必將為我國以及世界的空中交通管理事業發展起到極為積極的作用。 
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