CNSATM概念下的基于时间运行技术研究

郑智明等

摘 要：基于时间运行（Time-Based Operation，TiBO）技术为通信导航监视/空中交通管理（CNS/ATM）技术实现的基础。该文在CNS/ATM运行路线图的基础上，介绍了TiBO技术的概念，并对TiBO技术的实现进行了探究，提出了一种实现方案，并介绍了TiBO实现方案的运行流程图。同时，对TiBO技术的下一步发展基于航迹运行（Trajectory based Operations，TBO）进行了分析。TiBO技术的应用可以实现初始四维导航（Initial 4D， I4D），可以为民用航空提供更加准时、安全的航空运输、更高的飞行效率、更多的飞行容量以及更好的环境适应性。

关键词：CNS/ATM 基于时间运行 初始四维导航 民用航空

中图分类号：V355.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（a）-0111-02

ICAO基于对未来空中交通流量增长和应用需求的预测，提出CNS/ATM的概念，在飞机、空间和地面设施三个环境中利用由卫星和数字信息提供的先进通信（C）、导航（N）和监视（S）技术，以解决现行航行系统在未来航空运输中的安全、容量和效率不足问题。CNS/ATM是一个全球一体化的系统，也是空中平台和地面基础平台完整统一的系统。

目前CNS/ATM技术的研究主要由欧洲单一天空实施计划（SESAR）和FAA下一代航空运输系统（NextGen）开展。空客，波音以及一些主要的航电系统供应商（例如法国Thales和美国Honeywell）是主要的设备和系统研究及开发实体。根据SESAR和NextGen的开发计划，CNS/ATM实施的第一个步骤为TiBO。为实现TiBO需要同时具备广播式自动相关监视发送/接收（ADS-B OUT/IN）、所需到达时间（RTA）、数据链（DATALINK）、所需导航性能（RNP）等多项技术。

1 基于时间运行技术概述

根据SESAR的开发计划，CNS/ATM实施主要分为三个步骤：

步骤1，基于时间运行（Time based Operations，TiBO）；

步骤2，基于航迹运行（Trajectory based Operations，TBO）；

步骤3，基于性能运行（Performance based Operations，PBO）。

时间基运行（TiBO）是实现的第一步。在TiBO中，空中交通管制（ATC）规定一个航路点（通常为汇合点）作为目标窗口（TW），包括空间和时间。在汇合点，每一个到场飞机被分配一个约束时间，飞机被允许飞行最优的航迹到汇合点。数据链到2020年前是4D LINK，4D LINK提供航路和终端的初始4D航迹服务，滑行服务（D-TAXI），并支持飞行情报服务（D-OTIS）。

当前的测试系统称为i4D，目的是共享和同步机载和地面的航迹在目标到达时间（TTA）点上，以产生同步的空-地航迹。当前的飞行管理系统仅有单点RTA功能并主要用在进近流量管理。多点RTA是单点RTA的扩展，但多点RTA目前仍在开发阶段，主要的原因是当前的分布ATM网络不支持动态航迹协调。航迹基运行（TBO）是在TiBO基础上运行的第二步，目前都是波音、空客公司以及一些主要的航电系统供应商研究的重点。

2 基于时间运行技术实现探究

TiBO技术的实现需要综合多个系统和多项技术。该文主要针对TiBO技术在民用飞机上实现进行了探究，并提出了一种解决方案，包括以下几方面。

（1）需要在飞行管理系统（FMS）中增加4D导航功能，即增加RTA功能，用于设定到达某一个或者多个航路点的到达时间，以控制和定点到场以回避航路和终端交通拥挤；

（2）需要在飞行管理系统中增加4D航迹设计能力，需要考虑航路约束和气象条件；

（3）TiBO需要飞机和地面空中交通管理中心（ATFM）不断协商各个要求航路点的RTA以及4D航迹。需要综合考虑起飞前静态4D航迹协商过程要求和4D航迹协商精度要求；到场前4D协商要求和RTA协商精度要求；

（4）飞行管理系统和飞行控制系统应支持4D制导和控制功能；

（5）通信系统应具备4D航迹、RTA、飞行管理系统风速、温度等数据的上下传能力。

图2说明了TiBO过程，表示多个到达时间约束的航路点。在TiBO过程中可能仅支持单点RTA。这种单点的RTA通常设置在最终的进近点。

（1）ATFM将航路信息通过通信系统上传到飞机上；

（2）飞行机组将航路信息加载到飞行管理系统中，并且更新飞行管理系统的温度和风速等数据；

（3）ATFM从离场空中交通服务系统（ATSU）接收下传的飞机4D航迹，其它ATSU接收飞行情报（FIS-B）和流量信息（TIS-B）并建立ATFM计算的4D航迹和约束航路点RTA；

（4）ATFM发送计算的4D航迹和RTA到离场管理系统（DMAN），DMAN上行发送这些数据到飞机飞行管理系统；

（5）飞机飞行管理系统根据飞机的性能验证AFTM计算的D航迹和RTA约束航路点的可飞性，如同意，发送确认到DMAN；

（6）DMAN通知ATFM，ATFM发送经过协商确认的4D航迹和RTA指令给飞机。

AMAN代表进场管理系统，AMAN与飞机的协商过程同DMAN类同。

3 基于时间运行的下一步发展方向

TiBO的下一步发展方向将为TBO。TBO技术实现上将对机上系统提出更高的要求，如以下几点。

（1）飞行管理系统需要考虑多点RTA （RTA依然通过协商建立）；

（2）TBO功能需要空空数据链支持；

（3）TBO运行要求航迹基间隔保持功能；

（4）4D航迹设计和4D航迹预测要求需要同时考虑航迹预测精度，航路约束，气象条件和动态的交通流量信息；动态4D航迹协商过程需要同时考虑航迹协商精度，协商所需时间和结束条件。

4 结语

TiBO技术作为CNS/ATM技术实现的基础，也是近期新研飞机必须要考虑实现的技术。国内飞机制造商在CNS/ATM领域尚处于薄弱的环节，因此预先对TiBO技术进行研究，可以为TiBO在新研飞机的实现奠定理论基础。

参考文献

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