第2章 通信系統(tǒng)

新航行系統(tǒng)導(dǎo)論IntroductiontoCNS/ATM倪育德

中國民航大學(xué)

第2章通信系統(tǒng)2.1概述2.3新空地通信系統(tǒng)IntroductiontoCNS/ATM2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)2.1概述航空固定業(yè)務(wù)通信系統(tǒng)（平面通信）

航空移動業(yè)務(wù)通信系統(tǒng)（空地通信）

一、航空通信系統(tǒng)分類航空固定業(yè)務(wù)（AFS）是指在固定地點(diǎn)之間的電信業(yè)務(wù)，在我國被稱為航空平面通信業(yè)務(wù)。由航空固定電信網(wǎng)（AFTN）來完成，并逐步向CNS/ATM所倡導(dǎo)的航空電信網(wǎng)（ATN）過渡。航空移動業(yè)務(wù)指航空器電臺與航空地面對空電臺之間或航空器電臺之間的無線電通信業(yè)務(wù)，在我國被稱為航空地空通信業(yè)務(wù)。包括甚高頻（VHF）通信、高頻（HF）通信和航空移動衛(wèi)星業(yè)務(wù)（AMSS）CNS/ATM系統(tǒng)中的“C”，主要是指空地通信系統(tǒng)中國民航大學(xué)CAUC2.1概述空中交通服務(wù)（ATS）通信航務(wù)管理通信（AOC）二、航空空地通信系統(tǒng)分類（1）空中交通管制部門與飛機(jī)之間的通信，包括：放行許可，放行證實(shí)，管制移交，管制移交證實(shí)，飛行動態(tài)，自動相關(guān)監(jiān)視（ADS），航行通告，天氣報告，航路最低安全高度告警，飛行計劃申請與修訂，地面管制，塔臺管制，離場管制，進(jìn)近管制，航路管制，飛行員位置報告，終端自動情報服務(wù)及其他飛行服務(wù)業(yè)務(wù)。飛機(jī)運(yùn)營部門與飛機(jī)之間的通信，包括：氣象情況，飛行計劃數(shù)據(jù)，飛行員/調(diào)度員通信，飛行情報，維修情況，公司場面管理與放行，登機(jī)門指派，飛機(jī)配重，除冰，飛行中緊急情況，機(jī)體及電子設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)，醫(yī)藥申請，改航情報，滑行，起飛與著陸情報，發(fā)動機(jī)監(jiān)測數(shù)據(jù)，位置情況，起飛、延誤情報等。中國民航大學(xué)CAUC2.1概述航空行政管理通信（AAC）航空旅客通信（APC）二、航空空地通信系統(tǒng)分類（2）飛機(jī)運(yùn)營部門與飛機(jī)之間的通信，包括：設(shè)備與貨物清單，旅客旅游安排，席位分配，行李包裹查詢等?？罩新每团c地面之間的通信，包括機(jī)組人員的私人通信，有話音、數(shù)據(jù)、傳真等。安全通信

ATS通信

AOC非安全通信

AAC

APC中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)所謂現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)，是指那些在ICAO制定并通過CNS/ATM方案之前已有的空地通信系統(tǒng)。一、現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)構(gòu)成（1）甚高頻（VHF）空地通信系統(tǒng)，主要是話音通信。高頻（HF）空地通信系統(tǒng)，主要是話音通信。VHF數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，指飛機(jī)通信選址報告系統(tǒng)（ACARS）。中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)一、現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)構(gòu)成（2）中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)二、現(xiàn)行高頻空地通信系統(tǒng)（1）圖片說明：這是澳大利亞悉尼的一個HF地面站，圖中高聳的是HF天線架，HF天線設(shè)在天線架頂端。中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)二、現(xiàn)行高頻空地通信系統(tǒng)（2）1.HF通信概述高頻（HF）通信是一種廉價的遠(yuǎn)距離通信手段，曾被廣泛應(yīng)用于政府、外交、氣象和軍事等專業(yè)部門。對于民用航空，在上世紀(jì)九十年代之前，超視距航空通信的唯一手段是HF通信。目前民航的HF通信主要用于兩種情況，一是作為衛(wèi)星通信的補(bǔ)充和備份系統(tǒng)，二是作為國家領(lǐng)導(dǎo)人出訪時的遠(yuǎn)程保密通信系統(tǒng)。目前民航的HF通信以話音通信為主。中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)二、現(xiàn)行高頻空地通信系統(tǒng)（3）2.HF通信系統(tǒng)組成中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)二、現(xiàn)行高頻空地通信系統(tǒng)（4）3.HF通信系統(tǒng)主要技術(shù)特征調(diào)制方式：單邊帶（SSB）調(diào)制航空移動通信用的HF頻帶是2.8MHz~22MHz，頻道間隔為1kHz，一般的HF通信系統(tǒng)具有200個航空信道和195個海用信道。發(fā)射功率：150W（峰包）左右服務(wù)范圍：100～2000nm

電波傳播方式：天波中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)二、現(xiàn)行高頻空地通信系統(tǒng)（5）4.HF話音通信系統(tǒng)的信號及其頻譜對于單音調(diào)制信號u(t)=Amcosmt，載波信號為u(t)=cosct，則SSB信號為：中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)二、現(xiàn)行高頻空地通信系統(tǒng)（6）5.HF通信特點(diǎn)通信距離很遠(yuǎn)HF信道一向被認(rèn)為是性能惡劣的變參信道，導(dǎo)致HF通信很不穩(wěn)定，通信質(zhì)量差。1992年10月，ICAO在第29屆大會批準(zhǔn)的CNS/ATM實(shí)施方案中，曾把HF空地通信列入淘汰的通信方式。盡管HF話音通信不可能包含在CNS/ATM中，但由于近年來HF數(shù)據(jù)通信技術(shù)的突破性進(jìn)展，采用了自適應(yīng)選頻技術(shù)，可靠性大為提高，因此，1999年11月4日ICAO對“附件10”進(jìn)行的第74次修訂中，HF數(shù)據(jù)鏈的SARPs已正式納入“附件10”之中，至此，高頻數(shù)據(jù)鏈（HFDL）已成為新空地通信系統(tǒng)中的一名正式成員。中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)三、現(xiàn)行甚高頻空地通信系統(tǒng)（1）圖片說明：NARCO公司生產(chǎn)的機(jī)載VHF電臺中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)三、現(xiàn)行甚高頻空地通信系統(tǒng)（2）1.VHF通信概述甚高頻（VHF）地空通信是一種優(yōu)秀的通信方式，它是現(xiàn)行ATM中應(yīng)用最廣泛的空地通信方式，能提供快捷、便宜而可靠的空地視線范圍內(nèi)的通信。在我國VHF通信覆蓋了絕大部分國內(nèi)航線，且其技術(shù)也相當(dāng)成熟。在CNS/ATM中，VHF通信也是非常重要的一種通信方式，只是在現(xiàn)有VHF通信方式基礎(chǔ)上，補(bǔ)充、完善、增強(qiáng)了數(shù)據(jù)通信能力，從而使VHF空地通信的能力得到極大提高。目前民航的VHF通信以話音通信為主。

工作方式是單信道半雙工，機(jī)載電臺和地面臺均有PTT（Puch-To-Talk）開關(guān)，按下時處于發(fā)射狀態(tài)，可以說話，松開時則處于接收狀態(tài)。中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)三、現(xiàn)行甚高頻空地通信系統(tǒng)（3）2.VHF通信系統(tǒng)組成中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)三、現(xiàn)行甚高頻空地通信系統(tǒng)（4）3.VHF通信系統(tǒng)主要技術(shù)特征調(diào)制方式：雙邊帶調(diào)幅（DSB-AM）頻率范圍為117.975～137MHz，頻道間隔為25kHz，共有760個頻道。地面VHF臺的發(fā)射功率為25W或50W，機(jī)載發(fā)射功率為25W或50W。服務(wù)范圍：對一架高度為36000ft的飛機(jī)，最大通信距離約200nm。電波傳播方式：視距傳播中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)三、現(xiàn)行甚高頻空地通信系統(tǒng)（5）

設(shè)話音信號為f(t)，載波的角頻率為0，調(diào)幅信號sAM(t)可以表示為：sAM(t)=[A+f(t)]cos(ct)4.VHF話音通信系統(tǒng)的信號及其頻譜（1）中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)三、現(xiàn)行甚高頻空地通信系統(tǒng)（6）4.VHF話音通信系統(tǒng)的信號及其頻譜（2）SAM(j)=F[sAM(t)]中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)三、現(xiàn)行甚高頻空地通信系統(tǒng)（7）5.VHF話音通信缺點(diǎn)速度慢。利用話音傳送200個字符約需30～40秒鐘，占用信道時間較長。目前在空中交通繁忙地區(qū)，VHF頻率資源已顯得緊張，話音通信限制了VHF頻率資源利用率的提高。易出錯。話音通信主要在機(jī)組人員和管制員及航務(wù)管理人員間進(jìn)行，長時間的飛行和講話都易使人疲勞，加上各國、各地口音不一致，可能引起聽不懂、聽不清或說錯、抄錯的情況。多信宿的限制。有些通信內(nèi)容要先由話務(wù)員收下來，然后人工轉(zhuǎn)發(fā)給多個用戶，進(jìn)一步增加了出錯的可能，并且延長了通信時間。業(yè)務(wù)種類受限。某些計算機(jī)數(shù)據(jù)不便由人口述，飛機(jī)上要利用地面數(shù)據(jù)庫信息也不便由話音通信來實(shí)現(xiàn)。中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)四、現(xiàn)行VHF空地數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)－ACARS（1）ACARS－飛機(jī)通信尋址報告系統(tǒng)

（AircraftCommunicationAddressingandReportingSystem）中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)四、現(xiàn)行VHF空地數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)－ACARS（2）1.ACARS系統(tǒng)概述（1）上世紀(jì)七十年代初，美國ARINC公司開發(fā)了一種VHF空地數(shù)據(jù)鏈，稱為飛機(jī)通信尋址報告系統(tǒng)（ACARS），并于1978年投入使用。目前美國已有數(shù)千架飛機(jī)配備了此系統(tǒng)，并在美國實(shí)現(xiàn)了ACARS地面站、ARINC航空電信網(wǎng)的覆蓋。加拿大航空公司（AirCanada）1982年開始先在一架波音767－200上安裝了具有數(shù)據(jù)通信的航空電子設(shè)備，隨后自主開發(fā)了其本國交通繁忙地區(qū)的VHF空地數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。國際航空電信協(xié)會（SITA）于1984年開始運(yùn)營一個與ACARS類似的系統(tǒng)，稱為AIRCOM，其主要服務(wù)區(qū)是歐洲和遠(yuǎn)東，后又向中東和非洲擴(kuò)展其業(yè)務(wù)。中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)四、現(xiàn)行VHF空地數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)－ACARS（3）1.ACARS系統(tǒng)概述（2）歐洲已基本上全部覆蓋，澳大利亞和東南亞也建立了許多遠(yuǎn)端地面站（RGS）。日本在1989年建立了AVICOMJAPAN公司，可在其海岸線200海里以內(nèi)提供AIRCOM/ACARS方式的航務(wù)管理和航空行政管理數(shù)據(jù)通信。1995年中國民航開始建設(shè)自己的VHF空地數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，包括一個網(wǎng)絡(luò)管理數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（NMDPS）和120個RGS。該系統(tǒng)可以覆蓋全國主要航路，并與ACARS/AIRCOM系統(tǒng)兼容。上述VHF數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的功用和采用的技術(shù)大同小異，且都發(fā)源于ACARS。中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)四、現(xiàn)行VHF空地數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)－ACARS（4）2.ACARS系統(tǒng)組成（1）機(jī)載ACARS設(shè)備VHF無線電網(wǎng)絡(luò)ACARS控制中心航空公司、ATM部門信息中心中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)四、現(xiàn)行VHF空地數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)－ACARS（5）2.ACARS系統(tǒng)組成（2）機(jī)載ACARS設(shè)備由控制顯示組件（CDU）、管理組件（MU）、VHF3號收發(fā)機(jī)和打印機(jī)組成。

能夠收、發(fā)各類數(shù)據(jù)，并通過CDU顯示閱讀或由打印機(jī)打印出來。中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)四、現(xiàn)行VHF空地數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)－ACARS（6）2.ACARS系統(tǒng)組成（3）VHF無線電網(wǎng)絡(luò)由世界某些區(qū)域分布的ACARSVHF無線電地面臺（遠(yuǎn)端地面站RGS）組成。每個地面站可與其周圍一定空域內(nèi)的飛機(jī)進(jìn)行ACARS數(shù)據(jù)交換，并通過地面通信網(wǎng)絡(luò)與ACARS控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸交換。在有VHF數(shù)據(jù)鏈覆蓋的陸地區(qū)域使用VHF數(shù)據(jù)鏈，而當(dāng)飛機(jī)飛行在海洋上的空域時，與地面的通信采用的是衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈。國際上主要的數(shù)據(jù)鏈服務(wù)提供商有ARINC（美國）、SITA（歐洲）及ADCC（中國）。目前，已有90多個國外航空公司和多家國內(nèi)航空公司使用中國民航VHF地空數(shù)據(jù)網(wǎng)。中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)四、現(xiàn)行VHF空地數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)－ACARS（7）2.ACARS系統(tǒng)組成（4）ACARS控制中心ACARS控制中心通過地面通信網(wǎng)絡(luò)與各ACARSRGS站、各航空公司信息中心和ATC中心相聯(lián)系，它通過代碼尋址，把航空公司和它相應(yīng)的飛機(jī)聯(lián)系起來，進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息雙向交換。由公司內(nèi)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成。它通過地面通信網(wǎng)絡(luò)接收來自ACARS控制中心的飛機(jī)數(shù)據(jù)和信息，送到航空公司的相應(yīng)部門；同時，也收集各部門的詢問信息傳送到ACARS控制中心，轉(zhuǎn)達(dá)給相應(yīng)飛機(jī)。航空公司、ATM部門信息中心中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)四、現(xiàn)行VHF空地數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)－ACARS（8）3.ACARS系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)調(diào)制形式：MSK-AM頻道間隔：25kHz傳輸速率：2400bps

工作方式：單信道，半雙工RF頻率：歐洲：主用頻率131.725MHz，第二頻率131.525MHz

美國、加拿大：主用頻率131.550MHz，第二頻率130.025MHz

中國大陸、香港：頻率為131.450MHz泰國：主用頻率131.450MHz，第二頻率131.550MHz

馬來西亞、菲律賓：頻率為131.450MHz世界范圍內(nèi)的主用頻率：131.550MHz中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)四、現(xiàn)行VHF空地數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)－ACARS（9）4.機(jī)載ACARS系統(tǒng)（1）

ACARS管理組件（MU）控制顯示組件（CDU）ACARS程序開關(guān)組件中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)四、現(xiàn)行VHF空地數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)－ACARS（10）4.機(jī)載ACARS系統(tǒng)（2）

ACARS管理組件（MU）

接收和監(jiān)控來自VHFRGS站的上行輸入信號，保證信息的正確性并解碼。對下行信息格式化，監(jiān)控和保證下行數(shù)據(jù)的正確性?？刂乒ぷ鞣绞?，控制數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，給出確認(rèn)/非確認(rèn)應(yīng)答信號。對VHF進(jìn)行調(diào)諧和控制。有指令時將數(shù)據(jù)送到打印機(jī)。監(jiān)控系統(tǒng)的工作情況。

MU組件只處理帶有飛機(jī)注冊碼的上行數(shù)據(jù)，在所有下行報上都附帶上這個飛機(jī)的注冊碼，以識別是這架飛機(jī)發(fā)送的報文。中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)四、現(xiàn)行VHF空地數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)－ACARS（11）4.機(jī)載ACARS系統(tǒng)（3）

控制顯示組件（CDU）用于控制ACARS的工作和信息顯示用于設(shè)置飛機(jī)的識別碼和注冊碼。每個組件有24個開關(guān)，通常在飛機(jī)交付之前設(shè)定。共有3個程序開關(guān)組件，其中兩個設(shè)置注冊碼，一個設(shè)置飛機(jī)識別碼。程序開關(guān)組件

中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)四、現(xiàn)行VHF空地數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)－ACARS（12）5.ACARSVHF無線電網(wǎng)絡(luò)

ACARS的遠(yuǎn)端地面站（RGS）在VHF數(shù)據(jù)通信中均作為一個圖像終端，與裝有VHF數(shù)據(jù)通信設(shè)備的飛機(jī)進(jìn)行視距射頻通信。

RGS的覆蓋范圍為370km左右。

RGS站包括VHF天線、收發(fā)信機(jī)和一個微機(jī)化的數(shù)據(jù)控制接口單元（DCIU）。DCIU包括空地鏈路的調(diào)制解調(diào)器（MODEM）、收發(fā)信機(jī)控制器、管理處理器和通信控制器。中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)四、現(xiàn)行VHF空地數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)－ACARS（13）6.ACARS控制中心在數(shù)據(jù)鏈中，多個用戶要利用同一個RGS站以共享資源，為此，所有RGS站要與一個中央交換系統(tǒng)相連，即所有用戶與其飛機(jī)的數(shù)據(jù)通信都要通過一個數(shù)據(jù)處理器。中國民航的VHF空地數(shù)據(jù)通信處理系統(tǒng)的核心是網(wǎng)絡(luò)管理數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（NMDPS），它是一個專用的、具有開放結(jié)構(gòu)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可完成上行、下行各種數(shù)據(jù)的采集、處理和轉(zhuǎn)發(fā)，以及進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)控和服務(wù)。為了在RGS與NMDPS之間以及NMDPS與用戶終端之間傳送數(shù)據(jù)，中國民航由CAAC.X.25網(wǎng)組成分組交換網(wǎng)，并與ARINC、SITA網(wǎng)相連。中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)四、現(xiàn)行VHF空地數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)－ACARS（14）7.ACARS系統(tǒng)工作方式（1）DEMAND（請求）方式：當(dāng)機(jī)載ACARS系統(tǒng)的電源接通，或MU檢測到RF信道無人使用（空閑）時，系統(tǒng)就處于“請求”方式，機(jī)載VHF收發(fā)信機(jī)便向下發(fā)送數(shù)據(jù)。POLLED（等待）方式：當(dāng)?shù)孛媾_同時收到多架飛機(jī)的“請求”時，地面臺就命令這些飛機(jī)處于“等待”方式，然后地面臺周期地（約2s）輪流詢問每一架飛機(jī)。當(dāng)飛機(jī)接收到該詢問時，若飛機(jī)有信息需要發(fā)送，就自動向下發(fā)射信息；若飛機(jī)無信息可發(fā)，就給出一個簡單的響應(yīng)信號。詢問、應(yīng)答結(jié)束后，地面臺再發(fā)一個指令，使飛機(jī)回到“請求”方式或者1.5min后系統(tǒng)自動回到“請求”方式。VOX（話音）方式：“話音”方式工作時，ACARS系統(tǒng)不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)四、現(xiàn)行VHF空地數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)－ACARS（15）7.ACARS系統(tǒng)工作方式（2）中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)四、現(xiàn)行VHF空地數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)－ACARS（16）8.ACARS報文種類及基本結(jié)構(gòu)（1）面向航空公司應(yīng)用的飛機(jī)運(yùn)營管理（AOC）報文：OOOI報（OUT，OFF，ON，IN），故障報（CFD），發(fā)動機(jī)報（DFD）和位置報等

面向空中交通管制與服務(wù)的空管服務(wù)（ATS）報文：起飛前放行報（PDC）,自動化終端區(qū)信息服務(wù)報（ATIS），自動相關(guān)監(jiān)視報（ADS）、管制員－飛行員數(shù)據(jù)鏈通信（CPDLC）報等中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)四、現(xiàn)行VHF空地數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)－ACARS（17）8.ACARS報文種類及基本結(jié)構(gòu)（2）ARINC618中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)四、現(xiàn)行VHF空地數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)－ACARS（18）9.ACARS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與缺陷優(yōu)點(diǎn)提高了地空通信的準(zhǔn)確性，減輕了機(jī)組負(fù)擔(dān)

資料和數(shù)據(jù)易于共享通信量大缺陷ACARS是面向字符的系統(tǒng)，相對于面向比特的通信技術(shù)，ACARS的效率不高，不靈活A(yù)CARS與CNS/ATM系統(tǒng)中面向比特技術(shù)的航空電信網(wǎng)（ATN）不兼容。ACARS作為一個過渡系統(tǒng)，將在ATN建成后升級，以適應(yīng)CNS/ATM的體制。中國民航大學(xué)CAUC2.2現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)五、現(xiàn)行空地通信系統(tǒng)的缺點(diǎn)與最新技術(shù)相比，現(xiàn)行話音和數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的頻譜利用率都不高；由于各種原因，例如多徑干擾和大氣擾動，易使通信質(zhì)量降低；調(diào)幅易受來自電力傳輸線的噪聲、調(diào)頻廣播電臺的互調(diào)干擾及其他各類發(fā)射機(jī)引起的RF干擾；現(xiàn)行的VHF空地數(shù)據(jù)鏈ACARS是面向字符的系統(tǒng)，效率不高，而且與用于ATN的開放系統(tǒng)互連（OSI）方式不兼容。中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)甚高頻（VHF）空地通信；所謂新空地通信系統(tǒng)，是指那些包含在ICAOCNS/ATM方案中的空地通信系統(tǒng)。一、新空地通信系統(tǒng)的構(gòu)成與特點(diǎn)（1）構(gòu)成航空衛(wèi)星移動業(yè)務(wù)（AMSS）通信；高頻（HF）空地通信；二次監(jiān)視雷達(dá)（SSR）的S模式數(shù)據(jù)鏈。新空地通信系統(tǒng)中的VHF、HF及AMSS通信都包括數(shù)據(jù)通信和話音通信，并且話音也是數(shù)字話音，ATS和AOC通信將以數(shù)據(jù)為主，話音通信將逐漸減少，最終達(dá)到只在必要時或緊急情況下使用話音通信?？盏財?shù)據(jù)鏈將是航空電信網(wǎng)（ATN）的一個子網(wǎng)。在空地通信子網(wǎng)內(nèi)，以上4種數(shù)據(jù)鏈可以交互操作。中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)應(yīng)用衛(wèi)星技術(shù)，從陸基通信系統(tǒng)逐步向星基通信系統(tǒng)過渡，早期階段先用星基系統(tǒng)作為陸基系統(tǒng)的補(bǔ)充，后期階段除少數(shù)陸基系統(tǒng)作為星基系統(tǒng)的備用外，大部分陸基系統(tǒng)將被淘汰；一、新空地通信系統(tǒng)的構(gòu)成與特點(diǎn)（2）特點(diǎn)開發(fā)數(shù)據(jù)鏈，實(shí)現(xiàn)空－地、地－地可靠的數(shù)據(jù)交換，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)空－空數(shù)據(jù)交換；系統(tǒng)的數(shù)字化、計算機(jī)處理及聯(lián)網(wǎng)。中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)二、高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（1）由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的限制，近期在極區(qū)內(nèi)高頻通信仍然占主要地位。1.高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)概述（1）高頻通信仍然存在的原因衛(wèi)星鏈路的費(fèi)用高昂，通信的可用性還不盡人意。近年來HF數(shù)據(jù)通信在技術(shù)上取得了突破性進(jìn)展，如采用了晝夜換頻、季節(jié)換頻、雙頻冗余、自適應(yīng)選頻接收和先進(jìn)的數(shù)字處理技術(shù)等，可靠性大為提高。中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)二、高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（2）1991年11月：航空公司電子工程委員會（AEEC）在西雅圖召開了一個高頻數(shù)據(jù)鏈（HFDL）專業(yè)組會，建議成立一個HFDL分委員會。1.高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)概述（2）高頻數(shù)據(jù)鏈標(biāo)準(zhǔn)的制定1992年5月：在慕尼黑HFDL分委員會正式成立，起草了HFDL系統(tǒng)的規(guī)范ARINC－753。以后又起草了HFDL協(xié)議ARINC－635和HFDL設(shè)計指導(dǎo)材料ARINC－634。1996年4月：美國航空無線電技術(shù)委員會（RTCA）分委員會SC－188成立了兩個工作組，WG－1負(fù)責(zé)制定HFDL的MASPS，WG－2負(fù)責(zé)制定HFDL的MOPS，并于1997年出版。1999年11月4日：ICAO對“附件10”進(jìn)行的第74次修訂中，HFDL的SARPs已正式納入“附件10”之中。中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)二、高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（3）機(jī)載系統(tǒng)1.高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)概述（3）高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的組成地面站地面網(wǎng)管中心中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)二、高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（4）1.高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)概述（4）高頻數(shù)據(jù)鏈性能指標(biāo)HFDL與原有的HF收發(fā)信機(jī)一樣，利用USB通信。在數(shù)據(jù)鏈通信方面，HFDL采用面向比特的ISO協(xié)議，符合ATN的要求，可作為高頻子網(wǎng)進(jìn)入ATN。對于機(jī)載HFDL系統(tǒng)，它在訪問地面站的頻率時，采用FDMA方式；而當(dāng)多架飛機(jī)在同一信道上與同一地面站建立通信聯(lián)系時，飛機(jī)與地面設(shè)備之間采用TDMA接入方式進(jìn)行通信，每個主幀為32s，有13個時隙，每個時隙根據(jù)隨機(jī)訪問或預(yù)約實(shí)現(xiàn)動態(tài)指配，減少信息碰撞，增加信息的通過量。HFDL傳輸?shù)拇a速率：300bps，600bps，1200bps，1800bps。中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)二、高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（5）2.機(jī)載系統(tǒng)（1）對原有的ARINC－719HF無線電收發(fā)信機(jī)進(jìn)行改造：增加一個高頻數(shù)據(jù)單元（HFDU），它包括編碼器和調(diào)制解調(diào)器，另外加一個天線耦合器，即天線調(diào)諧組件。HFDU與機(jī)載現(xiàn)有的通信管理單元（CMU）采用ARINC－429傳輸協(xié)議。采用新型的HF話音/數(shù)據(jù)收發(fā)信機(jī)HFDL機(jī)載系統(tǒng)可以采用以下兩種方法實(shí)現(xiàn)：中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)二、高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（6）2.機(jī)載系統(tǒng)（2）Honeywell公司的XK516D機(jī)載HF系統(tǒng)框圖，其中FK516/517為數(shù)字天線耦合器中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)二、高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（7）2.機(jī)載系統(tǒng)（3）機(jī)載高頻數(shù)據(jù)無線電（HFDR）系統(tǒng)與其他通信系統(tǒng)的集成連接情況，其中HFS900D為RockwellCollins公司的HFDR系統(tǒng)。中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)二、高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（8）3.地面站和網(wǎng)管中心（1）地面站組成：

HF發(fā)射機(jī)HF接收機(jī)HF數(shù)據(jù)單元（HFDU）控制器（包括編碼器及調(diào)制解調(diào)器）中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)二、高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（9）3.地面站和網(wǎng)管中心（2）地面站分析飛機(jī)下行數(shù)據(jù)中的通信地址，將該飛機(jī)的報文通過地面通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的管制員工作站，管制員可以通過相反的路由將地面的指令發(fā)給飛機(jī)，直到在所使用的頻率上無法正常通信時，飛機(jī)與地面拆除特性鏈路，并由飛機(jī)重新搜索其他信道與地面進(jìn)行聯(lián)系。中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)二、高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（10）3.地面站和網(wǎng)管中心（3）地面網(wǎng)管中心用來對地面站進(jìn)行頻率管理，處理上行、下行數(shù)據(jù)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理和空地電文的路由轉(zhuǎn)換，它的地網(wǎng)與空中交通管理部門、航務(wù)管理部門和其他通信網(wǎng)相連，是該系統(tǒng)的核心部分。中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)二、高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（11）4.ARINC的全球高頻數(shù)據(jù)鏈（1）目前ARINC是全球唯一的航空HFDL服務(wù)提供商。GLOBALINK/HF服務(wù)是基于ACARS的，服務(wù)范圍包括南緯60以北的飛機(jī)通信覆蓋。GLOBALINK/HF服務(wù)是唯一支持北冰洋、遠(yuǎn)端地區(qū)操作和空管的地/空數(shù)據(jù)鏈服務(wù)。GLOBALINK/HF系統(tǒng)在全球共布設(shè)了14個HFDL地面站，可以基本覆蓋全球。上行數(shù)據(jù)在60s內(nèi)的傳輸成功率已達(dá)86%，端到端的使用可靠性已接近100%。ARINC已與全世界數(shù)百架飛機(jī)簽約，為其提供HFDL服務(wù)。許多航空公司都使用HFDL來替代AMSS或者作為AMSS的備份，并且將是否配置HFDL作為接收新飛機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)二、高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（12）4.ARINC的全球高頻數(shù)據(jù)鏈（2）中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)二、高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（13）5.HFDL系統(tǒng)使用的考慮相比于AMSS，HFDL的優(yōu)點(diǎn)是明顯的：HFDL系統(tǒng)是目前北極地區(qū)唯一提供數(shù)據(jù)鏈服務(wù)的系統(tǒng)HFDL機(jī)載系統(tǒng)簡單HFDL購買費(fèi)用相比于AES的要便宜得多，且使用費(fèi)用也便宜好多。HFDL的主要缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸速率低，不適合用作高速寬帶通信。中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)三、甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（1）民用航空數(shù)據(jù)鏈的研究始于20世紀(jì)70年代末，以美國ARINC公司研制的ACARS系統(tǒng)為代表。到2005年，美國已建立了754個ACARS遠(yuǎn)端地面站（RGS），覆蓋了美國本土所有航線。國際航空電信協(xié)會（SITA）在歐洲、亞洲、美洲和澳洲等地建立了732個RGS，構(gòu)成了全球覆蓋范圍最大的甚高頻空地數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)即SITA網(wǎng)。中國民航的甚高頻空地通信網(wǎng)始建于1995年，目前已建設(shè)了約80個RGS，具備提供除西部部分航路之外干線航路的地空VHF覆蓋能力，已成為世界第3大航空電信網(wǎng)絡(luò)。1.甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)概述（1）甚高頻數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展（1）中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)三、甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（2）泰國無線電公司（Aerothai）在泰國、新加坡、菲律賓、臺灣、韓國等地建立了65個RGS，成為東南亞地區(qū)重要的VHF數(shù)據(jù)鏈運(yùn)營商。自20世紀(jì)80年代末，人們陸續(xù)提出了一些滿足ISO的OSI/RM7層體系結(jié)構(gòu)的VDL系統(tǒng)。VDL模式1（VDL-1）1.甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)概述（2）甚高頻數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展（2）VDL-2VDL-3VDL-4中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)三、甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（3）VDL-1VDL-1是首先提出來的面向比特的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，它只是作為概念提出，并沒有進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的研究和開發(fā)。1.甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)概述（3）VDL-1～VDL-4簡介（1）信道帶寬：25kHz調(diào)制方式：AM-MSK信息傳輸率：2.4kbit/s采用面向比特協(xié)議，透明傳輸分組數(shù)據(jù)媒體訪問：CSMA（載波偵聽多址）飛機(jī)與地面通信時，仍采用單頻單工方式中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)三、甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（4）VDL-2VDL-2是20世紀(jì)80年代末開始研制的分布處理VHF數(shù)據(jù)鏈，已成為ICAO推薦的數(shù)據(jù)鏈標(biāo)準(zhǔn)之一，得到世界絕大部分國家的認(rèn)同。1.甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)概述（4）VDL-1～VDL-4簡介（2）信道帶寬：25kHz調(diào)制方式：D8PSK（差分8相相移鍵控）信息傳輸率：31.5kbit/s采用面向比特協(xié)議，透明傳輸分組數(shù)據(jù)媒體訪問：CSMA（載波偵聽多址）飛機(jī)與地面通信時，仍采用單頻單工方式中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)三、甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（5）VDL-3VDL-3是20世紀(jì)90年代中期開始研究的VHF數(shù)據(jù)鏈，它提供數(shù)據(jù)和話音兼容能力,利用GNSS提供的精密時基進(jìn)行時間同步，是一種全數(shù)字化系統(tǒng)，是數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的一場革命，美國、加拿大等國極力推崇VDL-3作為下一代數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)。1.甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)概述（5）VDL-1～VDL-4簡介（3）信道帶寬：25kHz調(diào)制方式：D8PSK（差分8相相移鍵控）信息傳輸率：31.5kbit/s采用面向比特協(xié)議，透明傳輸分組數(shù)據(jù)媒體訪問：TDMA（時分多址）上行鏈路與下行鏈路使用同一頻率話音系統(tǒng)的操作仍用PPT單工方式；數(shù)據(jù)通信用單信道單工方式中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)三、甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（6）VDL-4VDL-4是20世紀(jì)80年代末以瑞典為代表的歐洲國家提出的一種VHF數(shù)據(jù)鏈，采用S－TDMA數(shù)據(jù)協(xié)議，支持空地、空空一體化通信。但由于VDL-4存在一些懸而未決的技術(shù)及安裝該數(shù)據(jù)鏈可帶來的收益等問題而遭到美國的激烈反對，并且基于技術(shù)研究和成本考慮，空中客車和波音公司都決定不使用VDL-4，IATA、AEA、FAA、DFS、NATS、Eurocontrol、CANSO、ARINC、SITA及包括AAL、DAL、DLH和SAS在內(nèi)的眾多航空公司也都決定不使用VDL-4。最終在ICAO的附件10中，VDL-4的SARPs僅僅適用于監(jiān)視用途。

1.甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)概述（6）VDL-1～VDL-4簡介（4）中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)三、甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（7）機(jī)載電子設(shè)備

2.甚高頻數(shù)據(jù)鏈的基本組成和工作過程（1）基本組成（1）遠(yuǎn)端地面站（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）數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)各用戶子系統(tǒng)中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)三、甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（8）2.甚高頻數(shù)據(jù)鏈的基本組成和工作過程（2）基本組成（2）中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)三、甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（9）2.甚高頻數(shù)據(jù)鏈的基本組成和工作過程（3）工作過程機(jī)載電子設(shè)備采集飛機(jī)各種數(shù)據(jù)，如發(fā)動機(jī)的狀態(tài)、飛機(jī)位置數(shù)據(jù)、飛行員輸入的通信報文等，下傳至遠(yuǎn)端地面站（RGS）。所有的RGS在接收到飛機(jī)下發(fā)的數(shù)據(jù)后，都通過專用網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)控中心。網(wǎng)控中心的網(wǎng)絡(luò)管理與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（NMDPS）將這些數(shù)據(jù)處理入庫后，根據(jù)數(shù)據(jù)中的地址信息和自己的路由表，將報文通過專用網(wǎng)再傳送到目的用戶。用戶（如AOC、ATC部門）發(fā)送的數(shù)據(jù)則通過上述相反的路徑最后由RGS站上傳給飛機(jī)。中國民航大學(xué)CAUC2.3新空地通信系統(tǒng)