地空数据链应用及技术

《地空数据链应用及技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地空数据链应用及技术（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、地空数据链应用及技术在国际民航新的通信、导航、监视和空中交通管理（CNS/ATM）的技术方案中， 运作的基础是建立一个新型的航空电信网（ATN）。其中一项重要的发展重点是开发地空 数据链的技术和应用。本文根据国际民航在这方面的研究，拟从总体上介绍在民用航空领域， 今后地空数据链的应用和技术情况。一、数据链的应用在新CNS/ATM的实施中，地空和空空数据链业务将支持通信、导航和监视应用的 各个领域。总的说来，管制员与飞行员的交互通信将由管制员与飞行员直接链路通信（CP DLC）来支持；地面信息和导航信息的获取由地空广播数据链来支持；地面和机载的监视 能力由自动相关监视支持；通信网络的管理由数据链

2、初始能力支持。1. CPDLC提供空中交通管制（ATC）服务的地空数据通信。它进行地空之间交 换符合空中交通管制程序措词的放行、情报、请求等电报。这些电报包括有关飞行高度指配、 通过限制通知、偏离航路告警、航路改变和放行、速度指配、通信频率指配、飞行员各种请 求，以及自由格式电文的发布和接收。2. D-FIS（数字化飞行信息服务）是一种地空间的数据链广播应用。它允许飞行 员经过数据链路向地面计算机系统请求并接收FIS信息。D-FIS支持多种服务，他们 包括：ATIS（终端自动信息广播服务）、机场气象报告服务、终端气象服务、风切变咨 询服务、航行通告服务、跑道视程服务、机场预报服务、重要气象信息

3、服务以及临时地图服 务（PRECIPITATIONMAP SERVICE）等。这种通信从飞机起始，D -FIS可以应用到飞行的全过程。预期飞机在终端区或进近、起飞阶段交互通信率比较高。 其对传输时延的要求不是太大的问题，而对完整性要求比较高。3. ADS C（自动相关监视一约定式）也称为ADS-A（寻址式）。两者都是使 用与ATN相兼容的子网络的数据链信道支持双向数据链通信服务，其工作方式与ADS- B （广播式）不同。ADS-C基于使用从飞机获取的四维的位置信息，通过ATN数据链， 按照ATS单位与飞机双方同意的约定来进行通信，从而经过地面计算机系统的处理，在显 示系统上显示飞机航迹。ADS

4、-C可以应用到地面的飞机和飞行的全过程。ADS-C一 般用于无法实施雷达监视的海洋和内陆边远地区，或者作为一个大范围的雷达监视系统的低 成本的备用方式oADS-C现在定义为在尚不能满足在繁忙空域中使用飞行间隔标准的监 视系统。ICAO认为，ADS C支持监视业务是通过ATN来完成的，所以是通信需 求的组成部分。4. 导航应用。导航系统使用数据链服务的主要应用是通过GNSS （全球卫星导航系 统）增强系统对GNSS定位信息的修正来改善机载GNSS接收机提供的飞机位置的精确 性。GNSS增强系统的修正数据将被周期性地通过一个或者多个数据链广播给飞机。增强 系统同时改善GNSS服务的完整性、可用性和

5、连续性。这个应用将需要非常高质量的数据 链服务，特别是在飞机精密进近阶段。因此，传输时延是一个非常重要的指标。增强系统可 以通过广域（卫星）或本地（已知位置的地面台）组成。在导航系统应用中一些可能影响运 行需求的因素有：增强系统地面台站对精密进近需求的保持能力、有关在海洋空域的最低间 隔标准和不同空域对需要的导航性能（RNP）的不同要求。5. 监视应用。今后在繁忙空域监视的应用主要有：机载防撞系统（ACAS）、监视 增强系统、ADS B、飞行信息服务（TIS）或飞行信息广播服务（TIS-B）ACAS是机载防撞系统。它现在由二次雷达应答机来支持。目前ICAO附件十规定， 有能力的应答机支持空对空

6、的监视和在A、C、S模式应答机混用的情况下的电报协调。空 对空，以及空对地的咨询电报同样用于探测告警。现用的ACAS与S模式二次雷达的扩展应答机（EXTENDED SQUITTER）合并使用，可以增强ACAS的功能。监视增强系统，是作为S模式二次雷达的特别应用而定义的。它不仅涉及S模式二次雷 达本身监视功能的实施（这种实施改善了现有的二次雷达设施的监视能力），而且可以由地 面台通过S模式二次雷达的地空数据链从飞机上下载的机载参数（DAPs）。监视增强系 统中，有2 5 6个数据缓存区可供地面系统用来定期地从机载设备中下载数据，用来改善航 迹计算和用作为其他地面系统或工具使用。从机上采集的参数主

7、要有：磁航向、速度、（I AS /TAS/马赫数）、转动角度、航迹三角率、垂直率、真航迹角地速、机上选发值 等。根据现在的规定，监视增强系统与S模式监视单元获取的机上下载特别参数组合在一起 来改进监视服务，这意味着监视增强系统很大程度上是S模式的特别应用。但是，除此之外 还有一种单独的应用，即仅仅从下载的参数中抽取一个固定范围的DAP值，供专门应用（非 监视功能），我们称为DAP应用SMGCS（场面活动控制系统）的应用提供对机场地 面飞机和车辆活动的监视。也可以为管制员提供航路监视和管制指导。这些监视应用是通过 本地范围的地空数据链来进行的。GATELINK （停机位数据链）这个预期的应用可能

8、需要很宽的带宽和近距离的通 信链路，实现地面计算机系统与停在登机门（停机坪）的飞机计算机系统有关数据的自动传 输。6. DLIC（数据链起始通信）。DLIC应用提供在飞机与地面系统之间建立通信 的能力。一但通信建立，数据链应用就自动提供。这个能力支持飞机向其他系统的登录和登 录信息的自动更新DLIC作为支持所有数据链应用的基础。二、地空数据链的技术随着技术开发和试验的成功，今后有可能作为与ATN完全兼容的子网络而实施的数据 链技术为：SSR MODE S （S模式二次雷达数据链）、VDL MODE- 1（甚高频 数字数据链模式1）、VDL MODE2、VDL MODE 3、VDL MODE-4

9、、HF DATALINK（高频数据链）、GEOS（卫星数据链）、MLS（微波着陆 系统数据链）和NAVAIDS DATALINK（导航数据链）。1. MODE S数据链。S模式二次雷达是下一代地基雷达监视系统，除去SSR A、 C模式的功能外，MODE S同时提供独立的监视能力。MODE S支持监视增强 系统的功能，以及完全的地空数据链交互通信，并且是完全与ATN兼容的子网络。MOD E S使用与飞机选择询问的技术进行通信，排除了A、C监视模式现存的一系列问题。M ODE S与A、C模式完全兼容，通过一套广播电报，这些电报提供飞机的位置、速度、 识别等改进ACAS性能。它支持现在使用1 0 3

10、 0 MHz/ 1 0 9 0 MHz的ACAS系 统，使用与MODE S相同的波形运行。2. VDL MODE 1是低速的、面向比特的数据传输系统，它工作在VHF频段， 调制方式为AM MSK，媒体访问使用CSMA（载波监测多址）方式。其物理层与现用 ACARS系统一致、速率为2 4 0 Obit /s：采用地面网管集中处理的方式。3. VDL MODE2类似MODE 1。但使用了更有效的差分8相相移键控（D 8PSK）调制方式，支持31.5Kb it/s速率。目前欧、美都在准备实施此种AT C数据链应用。4. VDL MODE 3是目前ICAO建议未来采用的VHF地空数据通信系统， 调制方

11、式为D8PSK，速率为31. 5kb it /so媒体访问使用时分多址（TDMA） 方式，每12 0ms为一帧，每帧4个30ms的时隙，每个时隙形成独立的双向地空电路， 上、下行链路使用同一频率。可以通电话，也可通数据。每个时隙又分为两个子信道，一个 管理子信道，一个通信子信道。这种模式不采用集中地面网管。数据通信采用面向比特协议 与ATN网完全兼容。5. VDL MODE-4是欧洲国家（瑞典）推出的一种VHF数据链，作为未来C NS/ATM技术的一个整体解决方案的建议。它以标准的2 5KHz带宽进行数字数据通 信。媒体访问方式是自组织的时分多址（STDMA）,基于OSI参考模式，支持GFS

12、的8.2kb it/s的调制速率和D8PSK的31.5kb it/s的调制速率。 信道被划分为固定时间长度的时隙。信道管理的一个重要的定义是超帧。采用GFSK 时，超帧包含4 5 0 0个时隙，每秒7 5个时隙，每个时隙13.33ms。每个时隙都可 由任何在数据链中通信的飞机或地面电台作为接收和发送来占用，根据应用情况还可以同时 占用多个时隙。与VDL MODE-3不同的是它不需要地面处理和管理设施，但目前不 支持话音通信，而支持各种地空、空空完全的数据链通信应用。6. HF DATALINK支持飞机使用短波（航路）业务频率上的数据通信。使用 面向比特的规程。符合开放式系统互连OSI模式。功能

13、设计作为ATN的有关子网络，目 前在北大西洋进行试验。试验显示它比目前短波话音通信有较高的稳定性和可用性。可以提 供实用的数据通信，可能作为备用或者卫星数据链的补充。7. AMSS （航空移动卫星系统）航空移动卫星的功能之一是支持地空数据链通信的 实施。系统以以下三种主要方式运行：GEOS静止轨道卫星、MEOS中轨道卫星、 LEOS-低轨道卫星AMS（R）S（航空移动卫星（航路）业务）是AMSS中一个 特别的部分，并提供独立ATC服务。在此项业务中，移动地球站安装在飞机上o AMS （R） S是保留给有关安全、飞行正常的通信使用的。现在使用静止轨道卫星系统，提供除极区以 外的全球话音和数据链通

14、信，是比现在的模拟话音更可靠、覆盖面更大的服务。数据链应用 包括ADS-C，即飞机定期通过数据链自动报告位置。AOC （航空公司航务运行管理通 信）卫星数据链从1 9 9 0年就开始运行，ATC应用则从1 9 9 5年10月在南太平洋开 始运行。8. MLS是满足所有各型飞机，包括军民航飞机各类精密进近着陆引导所有运行需 求的系统。MLS数据链使用差分相移键控（DPSK）调制、反复发送、周期冗余检查和 低比特误码率来确保其完整性和性能。这个链路被考虑来支持GBAS（导航地基增强系 统）。它的无线电信号可以允许多曲线和分段的进近，以及可选择的下滑角MLS现运行 在5030-5091 MHz。以3

15、 0 0 KHz的频道间隔提供2 0 0个通道。MLS提供 对空数据广播能力来支持执行精密进近所必要的数据。包括基本的MLS数据、MLS区域 导航（RNAV）数据、协助以曲线进近和RVR数据，以及地面风数据。ICAO附件 十中规定了标准的MLS数据格式。这个格式中加载其他数据的能力是有限的，目前尚无使 用MLS数据报中的空余能力执行支持非精密进近运行的计划。UAT项目是美国MITRE/CAASD工程项目的一部分。目标是开发一个收发信 机支持ADS-B的应用。该设备要简单、实用、强有力，能够以相容的方式运行在任何空 域或机场。为满足此目的，该设备原型设计运行在一个单一的信道，使用2-3MHz带宽

16、。 收发运行在相同的频率，允许以最小的新硬件实现全部空对空的连接。所有飞机随机的、自 动地访问这个信道，不需要中央地面控制，而由机上逻辑的自行组织，系统运行在966 MHzo除去支持ADS-B外，UAT系统结构可以在一个协调好的时间，以很小的带宽 支持上行数据广播。9. 导航数据链。GNSS比现用的传统的导航系统能够提供更为精确的导航引导。第 一代的GNSS是基于GPS和GLONASS导航卫星星座。增强系统现在用来改善其精 度、完整性、连续性和可用性。他们使用SBAS（星基增强系统）或者GBAS（地基增 强系统）提供经数据链发给用户的改进了的导航性能信息。SBAS服务的覆盖面与同步卫 星的相同，导航信号在GPS L1频率1 5 7 5.4 2 MHz发送，使用CDMA编码，CHIPPING率 1. 023kb it/s,带宽 2.0 4 8 MHz，信号强度负160 dbw.链路的终结数据率是FEC后2 5 0 bi