通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)-3.2甚高頻地空通信及對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)的改進(jìn)

1、3.3.4 甚高頻地空通信及對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)的改進(jìn)話音通信的缺陷:速度慢，易出錯(cuò)，多信宿的限制,業(yè)務(wù)種類(lèi)受限制。 VHF空地?cái)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)一、現(xiàn)行VHF空地?cái)?shù)據(jù)通信系統(tǒng) (一)發(fā)展 1、70年代初，美國(guó)ARINC公司開(kāi)發(fā)的VHF空地?cái)?shù)據(jù)鏈，稱為飛機(jī)通信、尋址與報(bào)告系統(tǒng)(ACARS)； 2、加拿大航空公司1982年開(kāi)始在一架B767200上安裝了具有數(shù)據(jù)通信的航空電子設(shè)備，隨后開(kāi)發(fā)本國(guó)的VHF空地?cái)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)； 3、國(guó)際航空電信協(xié)會(huì)(SITA)于1984年?duì)I運(yùn)與ACARS類(lèi)似的系統(tǒng)，稱為AIRCOM。 4、日本在1989年建立AVICOM JAPAN公司，可在海岸線200NM以內(nèi)提供數(shù)據(jù)通信。(二)AC

2、ARS系統(tǒng)組成 機(jī)載設(shè)備 VHF遠(yuǎn)端地面站(RGS) 中央交換系統(tǒng) 地面數(shù)據(jù)通信網(wǎng) 用戶(ATC、AOC)(三)我國(guó)VHF地空數(shù)據(jù)通信網(wǎng)1、組成 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） 各用戶子系統(tǒng) 機(jī)載航空電子設(shè)備甚高頻數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的空中節(jié)點(diǎn) 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RGS站，并接收地面網(wǎng)中通過(guò)RGS站轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的信息機(jī)載設(shè)備主要是飛機(jī)尋址及報(bào)告系統(tǒng)ACARS ，可以選的設(shè)備有FANS-1、CNS-12和Collins等。網(wǎng)絡(luò)管理與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(核心)組成： 前端處理器（BEP） 數(shù)據(jù)鏈管理子系統(tǒng)（DL

3、MS） 通信管理子系統(tǒng)（CMS-400） 日志處理系統(tǒng)（JPS） 網(wǎng)絡(luò)集線器路由器（HUBROUTER） NMDPS的功能：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)RF信道的分配，以及NMDPS組件和BGS運(yùn)行時(shí)間的控制。 遙控地面站（RGS）組成： VHF通信、收發(fā)信機(jī)、GPS授時(shí)單元、數(shù)據(jù)

4、控制與接口單元(空地鏈路的調(diào)制解調(diào)器、收發(fā)信機(jī)控制器、管理處理器和通信控制器)功用： 連接飛機(jī)與NMDPS的橋梁，具有對(duì)空通信和對(duì)地通信的收、發(fā)能力和調(diào)制解調(diào)功能。用戶子系統(tǒng)分類(lèi)： 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) 面向管理部門(mén)的管理信息系統(tǒng)2、系統(tǒng)的信息流程下行信息-飛機(jī)信息 飛機(jī) RGS NMDPS 用戶上行信息-地面信息 用戶 NMDPS RGS 飛機(jī)應(yīng)答信息應(yīng)答信息3、我國(guó)VHF地空數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的發(fā)展一期工程已于1998年7月正式竣工完成，建成25個(gè)遠(yuǎn)端地面站（RGS）和一個(gè)網(wǎng)控中心（NMDPS），覆蓋了我國(guó)東部地區(qū)的主要高空航路并向國(guó)外航空公司提供服務(wù)。二期工程在

5、“九五”期間進(jìn)行：主要建設(shè)55個(gè)RGS和網(wǎng)控中心通信系統(tǒng)擴(kuò)容，覆蓋了除西部部分航路以外的所有高空航線和主要機(jī)場(chǎng)，并與國(guó)際上ARINC網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)。4、中國(guó)民航甚高頻地空數(shù)據(jù)鏈的應(yīng)用(1)甚高頻地空數(shù)據(jù)鏈對(duì)空中交通管制的應(yīng)用自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS）系統(tǒng) 飛行員與管制員直接通信（CPDLC） 飛行放行許可（PDC） 海洋放行許可（OC） 數(shù)字自動(dòng)終端信息服務(wù)應(yīng)用（D-ATIS）廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B） 通信、導(dǎo)航、監(jiān)視空中交通管理（CNSATM） (2)甚高頻地空數(shù)據(jù)鏈在航空公司的應(yīng)用 飛行運(yùn)行動(dòng)態(tài)地圖顯示處理ACMS信息處理系統(tǒng)(意義)系統(tǒng)的建立使基地控制中心能夠?qū)崟r(shí)掌握飛機(jī)故障情況，索取

6、FMC歷史故障記錄，進(jìn)行故障分析，決定故障處理方法，及時(shí)聯(lián)系外站排故； 自動(dòng)化的監(jiān)控系統(tǒng)省略了大量人工記錄參數(shù)和輸入計(jì)算機(jī)的過(guò)程，極大地提高了工作效率；自動(dòng)化機(jī)載數(shù)據(jù)系統(tǒng)能夠提供大量參數(shù)，通過(guò)空地?cái)?shù)據(jù)通訊傳送到地面監(jiān)控系統(tǒng)，這是傳統(tǒng)的手工記錄參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控的方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。這些參數(shù)將為飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷提供依據(jù)。二、未來(lái)VHF空地通信系統(tǒng)(一)對(duì)整個(gè)未來(lái)VHF空地通信系統(tǒng)的要求 (1)不降低安全性，力求改進(jìn)安全性； (2)能同時(shí)提供話音通信和數(shù)據(jù)鏈； (3)力求降低機(jī)載無(wú)線電設(shè)備的成本； (4)地面基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)力求增加容量和功能，同時(shí)有可接受的成本和復(fù)雜性： (5)應(yīng)具有簡(jiǎn)單的人-機(jī)接口，話音

7、通信應(yīng)能模仿現(xiàn)行的PTT方式； (6)空-地通信應(yīng)為地速高至850節(jié)(kt)的飛機(jī)服務(wù)，空-空通信應(yīng)為相對(duì)速度高至1200kt的飛機(jī)服務(wù)。 (7)地面臺(tái)應(yīng)能與200海里(NM)內(nèi)的飛機(jī)通信；(8)應(yīng)在考慮頻譜效率的同時(shí)支持區(qū)域覆蓋的要求，而且不增加飛行員和管制員的工作負(fù)擔(dān)，也不降低通信可靠性； (9)應(yīng)有能力在VHF頻帶內(nèi)同時(shí)對(duì)幾個(gè)ATS空域提供服務(wù)；(10)應(yīng)盡量減少Stuck Microphone效應(yīng)引起的電路阻塞；(11)應(yīng)具有測(cè)向功能，在選定區(qū)域內(nèi)能確定高于2000英尺、裝有VHF收發(fā)信機(jī)的飛機(jī)位置；(12)應(yīng)采取安全措施，防止未經(jīng)授權(quán)的用戶利用話音和數(shù)據(jù)鏈 ；(13)應(yīng)提供比現(xiàn)行系統(tǒng)

8、更強(qiáng)的防射頻干擾能力；(14)應(yīng)具有自動(dòng)通信功能以減輕用戶工作負(fù)荷；(15)應(yīng)便于從現(xiàn)行系統(tǒng)分階段過(guò)渡到新系統(tǒng)； (16)可以和現(xiàn)行系統(tǒng)共存；(17)增加控制信道爭(zhēng)用的機(jī)制(例如先來(lái)先服務(wù)，或者通過(guò)信令將信道讓給優(yōu)先等級(jí)高和用戶；(18)應(yīng)具備自動(dòng)管理電路功能，亦可人工操縱；(19)應(yīng)具有對(duì)單架飛機(jī)和一組飛機(jī)尋址的功能，不一定要應(yīng)答；(20)話音服務(wù)可用性為0.99999，數(shù)據(jù)服務(wù)可用性為0.999；(21)應(yīng)支持地空話音與數(shù)據(jù)鏈廣播(例如用于自動(dòng)終端情報(bào)服務(wù)(ATIS)，自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)(AWOS)和自動(dòng)場(chǎng)面觀測(cè)系統(tǒng)(ASOS)。(二)未來(lái)VHF空地通信系統(tǒng)的特性全數(shù)字化同一設(shè)備可同時(shí)提供話

9、音和數(shù)據(jù)鏈通信在同一射頻信道上可同時(shí)通話與通數(shù)據(jù)具有呼叫排隊(duì)功能緊急電文優(yōu)先(三)對(duì)現(xiàn)行VHF空地通信系統(tǒng)的改進(jìn)1、近期改進(jìn)改進(jìn)頻率指配準(zhǔn)則：20dB改為14dB；利用其他設(shè)備的頻率作VHF廣播，節(jié)省部分廣播信道；減少緊急頻率121.5MHz的保護(hù)頻帶；充分利用136137MHz；充分利用25kHz信道；為自動(dòng)情報(bào)服務(wù)系統(tǒng)ATIS/自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)AWOS/自動(dòng)場(chǎng)面觀測(cè)系統(tǒng)ASOS預(yù)留特殊頻率 降低地面發(fā)射機(jī)的功率，10W；多用對(duì)空數(shù)據(jù)鏈，少用話音通信；減少對(duì)多臺(tái)共址時(shí)的頻率限制。2、長(zhǎng)期改進(jìn)(1)系統(tǒng)1 話音：12.5kHz雙邊帶調(diào)幅 數(shù)據(jù)：25kHz載波偵聽(tīng)多址訪問(wèn)(CSMA)(2)系統(tǒng)2

10、 話音：8.33kHz雙邊帶調(diào)幅 數(shù)據(jù)：25kHz載波偵聽(tīng)多址訪問(wèn)(CSMA)(3)系統(tǒng)3 話音：5kHz等效調(diào)幅 數(shù)據(jù)：25kHz載波偵聽(tīng)多址訪問(wèn)(CSMA)歐洲國(guó)家認(rèn)可 (4)系統(tǒng)4 話音：5kHz數(shù)字話音 數(shù)據(jù)：25kHz載波偵聽(tīng)多址訪問(wèn)(CSMA)(5)系統(tǒng)5 話音：5kHz數(shù)字話音 數(shù)據(jù)：5kHz載波偵聽(tīng)多址訪問(wèn)(CSMA)(6)系統(tǒng)6 話音/數(shù)據(jù)共用射頻信道， 25kHz時(shí)分多址(TDMA)(7)系統(tǒng)7 話音/數(shù)據(jù)共用射頻信道，25kHz分布式預(yù)約多址美國(guó)極力推薦3、幾種未來(lái)的VDL方案(1)VDL方式1：信道帶寬：25KHz調(diào)制方式：AMMSK(調(diào)幅-最窄移頻)信道速率：2400

11、bit/s分組數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率要求達(dá)到106，可用性應(yīng)達(dá)到99.9% 通信方式：?jiǎn)晤l半雙工航路中的各遠(yuǎn)端站可指配同一頻率，終端區(qū)地面站使用的頻率視信道負(fù)荷而定 用途：不適用于適時(shí)應(yīng)急狀況使用，故不適用ATC(2)VDL方式2：信道帶寬：25KHz調(diào)制方式：差分8相相移鍵控(D8PSK)信道速率：31.5Kbit/s通信方式：?jiǎn)晤l半雙工用途：不提供優(yōu)先權(quán)功能,高負(fù)載時(shí),信息時(shí)延增,或者引起鏈路中斷,故不適用于適時(shí)應(yīng)急狀況使用(3)VDL方式3：信道帶寬：25KHz調(diào)制方式：差分8相相移鍵控(D8PSK)，介質(zhì)訪問(wèn)用TDMA信道速率：31.5kbit/s通信方式：?jiǎn)晤l半雙工分組數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率為107，可用性

12、達(dá)到99.999% 用途：需地面站提供定時(shí)基準(zhǔn)，用于地面站覆蓋區(qū)(4)VDL方式4(瑞典開(kāi)發(fā))：信道帶寬：25KHz,只用做數(shù)據(jù)通信調(diào)制方式：差分8相相移鍵控(D8PSK)，介質(zhì)訪問(wèn)用TDMA信道速率：目前19.2 kbit/s ，將來(lái)可用31.5kbit/s利用GNSS系統(tǒng)定時(shí),全球建立2個(gè)信令通道，無(wú)需地面站作主站要求：需要精確的定時(shí)系統(tǒng)，目前采用GPS定時(shí)，要求必須有一個(gè)備用定時(shí)源 HF數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一、HF數(shù)據(jù)鏈通信的發(fā)展 90年代初，加拿大、冰島、瑞典和美國(guó)研究了HF數(shù)據(jù)鏈用于海洋和邊遠(yuǎn)地區(qū)空地通信； 1993年，在北大西洋空域試用HF數(shù)據(jù)鏈通信。使用地面電臺(tái)：加拿大鈕芬彩虹電臺(tái)，冰島

13、電臺(tái)，瑞典斯德哥爾摩電臺(tái)；試驗(yàn)表明，HF和AMSS互補(bǔ)，具有雙星的AMSS系統(tǒng)可用性為98.9，加上HF數(shù)據(jù)鏈后，可用性達(dá)99.94 。二、HF數(shù)據(jù)鏈方案設(shè)想在全世界設(shè)1516個(gè)HF地面電臺(tái)，可管理2000架飛機(jī)，其中： 太平洋區(qū)域6個(gè)地面臺(tái)，管800多架飛機(jī)； 大西洋區(qū)域5個(gè)地面臺(tái)，管650多架飛機(jī)； 印度洋和亞非地區(qū)45個(gè)地面臺(tái)，管500多架飛機(jī)。共用4860個(gè)頻率組成的頻率庫(kù)，各地面臺(tái)管理36個(gè)頻率，進(jìn)行適時(shí)協(xié)調(diào)，可達(dá)很好的通信效果。三、HF數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)組成(一)機(jī)載分系統(tǒng)(二)地面分系統(tǒng)(三)地面通信分系統(tǒng)(四)管理分系統(tǒng)(一)機(jī)載分系統(tǒng)：組成： 1、HF數(shù)據(jù)無(wú)線電臺(tái)或HF無(wú)線電臺(tái)加HF

14、數(shù)據(jù)單元； 2、HF數(shù)據(jù)鏈控制單元； 3、HF天線耦合器； 4、HF天線功能： 負(fù)責(zé)在飛機(jī)上實(shí)施HF信號(hào)和HFDL協(xié)議，并給機(jī)載數(shù)據(jù)鏈設(shè)備提供一個(gè)接口。(二)地面站分系統(tǒng)：組成 1、HF發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和天線； 2、HFDL調(diào)制解調(diào)器； 3、HFDL地面站控制器； 4、網(wǎng)絡(luò)接口器件功能： 在地面處理HF信號(hào)和執(zhí)行HFDL協(xié)議，并為地面HFDL用戶提供帶HFDL系統(tǒng)的接口。 (三)地面通信分系統(tǒng)：功用： 使HFDL用戶和HFDL地面站以及HFDL系統(tǒng)的管理分系統(tǒng)互連。組成：(四)管理分系統(tǒng)：功能： 1、頻率管理； 2、告警管理； 3、配置管理； 4、遙控管理； 5、計(jì)費(fèi)。 航空電信網(wǎng)(ATN) 將航空界的機(jī)載計(jì)算機(jī)與地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接起來(lái)，可以隨時(shí)互通信息的通信網(wǎng)。航空電信網(wǎng)(ATN)包括： 1、機(jī)載電子設(shè)備通信子網(wǎng) 2、空-地通信子網(wǎng)(包括AMSS子網(wǎng)、VHF子網(wǎng)、HF子網(wǎng)、SSR S模式子網(wǎng)) 3、地面通信子網(wǎng)(包括ATS部門(mén)的數(shù)據(jù)通信子網(wǎng)和AOC部門(mén)的數(shù)據(jù)通信子網(wǎng))信源發(fā)信機(jī)信道收信機(jī)收信者文字、圖片、音樂(lè)、語(yǔ)言 數(shù)據(jù)、活動(dòng)圖象等有線信道和無(wú)線信道返回返回返回返回TDMA： 每120ms