民航地空通信系统的运用

李永珍

（中国民用航空西南地区空中交通管理局云南分局 云南省昆明市 650200）

随着中国民航业的快速发展，通信业务量逐年增加，传统的民航管制通信一般选择的是HF、VHF，然而其有着明显的缺陷，通信频道较为拥挤，信号在传输的过程中容易受到干扰，通信的可靠性无法保证。地空数据通信系统在传输速率、抗干扰、可靠性等方面具有明显的优势。目前，地空通信中的ACARS 技术在空中交通服务通信中发挥着重要的作用，其是将无线网络通信技术、应用协议作为基础，以VHF、HF、SSR 等为传输媒介，确保航空飞行器、地面管理系统能够真正达成数据信息的交换，将飞机、空管、地面人员真正联系起来。

1 民航地空通信的发展现状

民航的通信系统主要分为地空通信系统和平面（地地）通信系统。民航地空通信就是要保证飞行员、地面管制人员能够一直保持稳定的通信状态，这是因为飞机在空中飞行必须要符合规定的航路航线。机动车在地面行驶的过程中，可通过交通标线、信号灯等来对其进行指挥、监督，但是空中无法进行相同的设置，若想保证飞行更为安全，地面管制人员则要通过管制指令对飞行中的飞机的航路、高度等进行严格控制。中国民航现已建成了较为完善的地空通信体系，其中甚高频数据通信处于主体地位，而高频语音、卫星通讯等能够起到辅助作用，这就使得地空通信保障能力得到提高。为了保证高频无线电能够在更大范围内传输，当下正深入展开ACARS 通讯系统的建设，在RGS 站的密集程度达到要求后，信号就可真正实现大范围覆盖[1]。

2 地空数据链

所谓地空数据链，简单来说就是确保飞机、地面系统能够实现数据传输的技术，对此技术加以利用可以确保飞机位置、发动机数据、管制指令之类的数据顺利传输，其选用的传输媒介包括VHF、HF、SSR 等，而飞机在不同位置可自主进行选择，确保数据传输媒介是最为有效的，而且可以将成本投入控制在合理范围内[2]。从VHF 数据链来说，在可靠性、延迟性、传输速率等方面具有的优势是较高的，而且资金投入较少，使用较为便捷，扩展也是较为简单的，所以在进行地空数据链通信时，此种方法的应用是较为普遍的。众所周知，地空数据链系统是建立在ACARS 系统之上的，不同飞机的ACARS 地址呈现出唯一性。

3 地空数据链的传输类型

3.1 VHF数据链

对民航专用频道加以利用，可以实现数据传输目的，其可靠性非常高，可以在短时间内实现信息传输，而且延迟很小，和卫星数据链进行比较可知，所要投入的资金能够控制在合理的范围内，通过其能够保证地空数据链通信切实达成。当然，其有着自身的不足，最为显著的是视距传输，而且覆盖范围并不大，若想保证全程覆盖能够实现，则要将多点布台做到位。VHF 数据链其组成结构包括了远端地面站、交换网络、数据处理系统、用户子系统、机载数据收发设备。

3.2 HF数据链

众所周知，HF 数据链最为显著的特点就是可以保证超视距传输切实达成，覆盖范围相对较大，但是其也有明显的不足，那就是可靠性达不到要求，而且在信息传输的过程中，延迟也是现实存在的。

3.3 二次监视雷达（SSR）的S模式数据链

S 模式是使用离散寻址询问的一种数据链技术，其对ATCRBS具有的功能予以保留，除此以外，它能够用更好的链路预算来探测飞机，并且能够得到有助于识别飞机的数据。对两者模式予以比较后发现，区别是明显的，最大的不同是请求响应的具体方法存在差异，ATCRBS 采用的是广播技术，也就是地面雷达将询问信号发出之后，飞机进行接收，这样就能够直接应答。

3.4 卫星通信数据链

数据通信服务是由提供商负责的，虽然地区存在差异，但是服务大致相同，最大的区别就是网络覆盖范围有所不同[3]。通过卫星数据传输可以保证远距离传输的目标切实达成。

4 地空数据链的类别及特性

4.1 ACARS的特性

当前的国际民航采用的是ACARS 系统，其工作方式呈现为半双工，和地空无线电话通信是相似的。为了确保数据通信稳定，要对双向无线信道加以利用，通信协议则为CSMA，其传输速率能够达到2400bps。从ACARS 信息组来看，每个均能够支持220 个字节，如果信息较长的话，要利用通信处理器来进行分割，并将每个数据段转变为电位，依次发出。在将电文发出之后，一定要保证收到证实之后方可发出下一份电文。这个系统能够和当下使用的语音系统实现兼容，这就使得安装、运行更为简单，成本投入也会降低很多。另外来说，对ACARS 系统、AIRNC622 规程予以结合的话，可以保证数据集成目标切实达成。这里需要指出的是，通过ACARS 系统是无法确保飞行安全优先等级方面的需要真正达成，然而在现阶段，其已经拥有一些等级功能。

4.2 国际航空电信网/甚高频数字链路（ATN/VDL）的特性

航空电信网（ATN）是将开放式系统互联结构作为基础，而且是面对比特的协议，当中最为重要的设备为路由器，通过其能够实现开放式系统的互联，也就是确保地面子网络、飞机子网络切实相连，进而对ATN 编址方法加以应用，使得用户信息传输这个目标能够顺利达成。从ATN 路由器来看，规程协议是不可忽视的，主要包括以下几个部分：一是面向连接的四级传输协议；二是网络连接协议CLNP；三是终端系统到中介系统路由协议ES-IS；四是域间路由协议IDRP[4]。

5 数据链系统在中国民航的应用

5.1 飞机起飞前放行服务

对于机场塔台来说，管制席位的工作是非常重要的，对地空数据通信技术加以有效应用能够保证飞机放行服务更为高效。当然，机载的软件、硬件必须要能够支持，和语音放行进行比较可知，其具有的优势是明显的，可以保证放行数据精准传输，速度能够达到秒级，另外来说，申请-回复这种运行方式和ED-85A 标准也是相符的。传输的信息除地面塔台的管制指令外，还包括数字通波传输的气象信息。

5.2 数字式自动化终端区信息服务

对地空数据通信方式加以充分利用，能够保证ATIS 信息服务更具实效性，和语音放行相比较，其可以保证放行数据精准传输，速度秒级响应，管制人员、飞行机组所要承担的压力自然就会明显减轻[5]。

5.3 管制员飞行员数据链通信（CPDLC）与自动相关监视

通过CPDLC 能够保证地空数据通信目的切实达成，其和语音模式是相似的，放行标准、请求标准相同，利用其可以使得管制员、飞行员间能够实现信息交互，管制移交、下行放行等方面的功能也可实现。在进行双向数据通信时，对地空数据链加以利用就能够确保管制命令、应答目的顺利达成，而且管制命令也可做到反复阅读。当然，CPDLC对数据链的依赖程度是较高的，VHF则属于视距通信，而要实现大洋空域、偏远地区的通信，则要对SATCOM、HF 加以利用。CPDLC 的运用能够保证地空通信更加的可靠，语义误解之类的弊端也能够切实消除。在大洋区域、沙漠、高山、极区等地面通信设备难以建设的区域,其用途更加广阔。

5.4 自动相关监视的运用

使用ADS 模式后，在数据链的帮助下，飞机就能够将位置之类的信息自动传输至ATC，雷达显示屏就能够清晰呈现出来，有些区域暂时并未能够覆盖，通过其就能够达成监视目标。对自动相关监视予以细化，主要包括非相关监视、相关监视，前者是要通过地面来对飞机位置进行准确测算，简单来说就是利用语音报告、雷达监视等手段来对飞机方位、距离予以监视；后者则是飞机自主对位置予以确定，相关信息则要传输至ATC。话音位置报告属于非相关监视系统，通过机载导航设备能够提供具体的位置，机组只需要利用无线电话就能够实现传输。ADS 则是通过飞机、地面站端来对位置报告进行发送、接收。目前我国民航已经在航路、航线、机场终端区广泛布局了广播式自动相关ADS-B 系统。

5.5 当前所使用的地空数据通信系统——ACARS

在1970年，ACARS 诞生，并得到应用，在对数据进行收发时采用的方法是对无线电进行模拟，速率能够达到2400bps，调制方式选择的是MSK，由于其能够提供良好的数据服务，现在已经在空中交通管理与服务领域中得到应用。ACARS 系统主要包括了机载系统、地空数据网络、地面系统，在这当中，机载系统是较为复杂的，组成部分较多，管理组件、显示组件、甚高频电台、高频电台等均是不可缺少的。地空数据通信网络则包括了远端地面站、网络运行控制等。地面应用系统的组成除了航空公司自有的应用系统、控制交通管制系统外，公众服务系统也在其内[6]。

6 未来展望

6.1 下一代地空数据通信系统——VDLMode2

在现阶段，VDL 设计标准大致包括四种，即VDLMode1、VDLMode2、VDLMode3 和VDLMode4。众所周知，数据链系统本就属于通信子网，而从VDL 标准来看，能够对物理层、链路层、网络层遵循的标准予以定义，物理层、链路层在分层方面是大致相同的，数据链技术发展的过程中，要将ACARS 网络具有的兼容性大幅提升，确保其能够和ATN 网络结合起来。从当前正在使用的ACARS 进行比较可知，VDLMode2 拥有的性能是更为全面的，接口能够真正实现通用，整个应用会变得更加简便，和规范要求是相符的。对ICAO 标准予以应用后能够保证全球兼容目标切实达成，传输速率的提高呈现出数量级，由原先的2400bps 增加至31500bps。传输层协议是直接面向连接的，其可靠性能够有大幅提高，传输延迟则可大幅缩减，由原先的5s 降至3.5s。对飞行的每个阶段均能够起到影响，具体来说，在滑行阶段能够完成链路测试、时间校验，了解乘客、油料等方面的信息，完成机场分析，并确定飞行计划；在起飞阶段，主要的功能是起飞、放行；在离港阶段可以提供发动机状态、飞行计划、天气等方面的报告；在飞行阶段，则能够提供位置、天气等方面的报告，对降落时间进行预测，并可主动完成数据维护等；在进港阶段，可对到达时间进行预估，舱门请求、特别请求等能够得以实现；在降落阶段，可获得落地信息；在滑行阶段，可以准确进入到跑道中，并提供燃油、乘客等信息[7]。

6.2 (Aeronautical Telecommunication Network)航空电信网ATN

航空电信网络的发展速度是较快的，从新航行系统来看，ATN是不可忽视的组成部分，从上世纪80年代起，相关的研究工作就已展开，到本世纪初取得了良好的成果，并正式予以实施。ATN 属于底层通信网络，也就是对相关子网予以集成出来，进而保证数据传输能够实现统一。此种民航专用网络在安全机制方面是具有优势的，无缝通信目的可以切实达成，即使局部出现故障的话，产生的影响并不大，而且通信子网也可顺利连接起来，这样就可保证整体性明显提高[8]。

7 结语

由上可知，我们国家的民航业呈现出较快的发展趋势，这就为民航通信行业奠定了坚实的基础。从当下空管信息业务的实际情况来看，IP 化传输已经成为将来主要的发展方向，随着地面网络能够实现全覆盖，传输带宽持续扩大后，数据通信系统必然能够在民航业中扮演更为重要的角色，其应用前景会更为广泛。