[摘要]民航交通领域最为先进的空中交通——新航行的安全运行需要许多复杂的通信、导航、监视系统，以及规划的空域结构、飞行规则、管制方法等作为保障。新航行系统也就是包括以上各个方面的一个十分复杂的系统。同现行空中交通保障体系相比，新航行系统由于大量采用计算机系统的接入，以数据通信为主，不受地域限制，具有极强的安全性、可靠性，是民航交通领域发展的趋势所在。
[关键词]CSN/ATM 新甚高频数据链
中图分类号：TP2文献标识码：A 文章编号：1671-7597(2008)1210109-01
一、现行空中交通保障体系的系统及其局限
现行系统所使用的通信手段主要是VHF（甚高频）无线电通信、AFTN（航空固定电信）网，洋上航行使用HF（高频）无线电通信，部分单位使用了卫星电话和SITA/IATA数据网。VHF/HF和卫星电话主要是通过语音通信保持飞机与地面管制部门或航空公司的联系：而AFTN、SITA/IATA是通过以电报形式的数字通信方式保持民航管理部门之间或与航空公司之间的业务联系。
空中交通管理部门之间，以及空中交通管理部门与航空公司和飞机之间的地地、地空通信手段的落后，制约着飞行安全性和民航生产效率的进一步提高。
由于缺乏较高水平的自动处理冲突检测和解脱辅助系统，为了保持飞机彼此之间的间隔安全，飞机就必须沿着ATS航路来制定飞行计划，导致飞机无法使用最经济的大圆航路，经济的径直非新航线和满足飞机飞行性能的最佳飞行剖面。这种状况限制了先进机载设备能力的发挥，同时也导致航空公司的飞行成本提高。
由于缺乏同时支持飞机和车辆的自动化场面运行引导和管制系统（SMGCS），在高峰期间，许多大机场在近似阻塞的条件下运行，导致机场的使用效率降低。
另外，现行航行系统陆基导航和监视设备的高成本，客观上延缓了空中交通一体化的进程，造成机载设备庞杂，飞机的有效载荷下降等不利影响。
二、新航行系统建设的推进进程
根据1983年先后的预测，在2010年内世界空中旅客运输的年均增长率将超过6%。而现行的民用航空通信、导航、监视和空中交通管理系统存在着明显的缺陷和局限性，将不能适应日益增长的空中交通流量和新型飞机航速航程扩展的需要。如何适应21世纪全球民用航空的需求，已成为航空界20世纪末研究的重大课题。人们认识到现有航行系统对民用航空的支持已达到其极限，同时，随着航天和计算机技术的突破性进展，为建立全球新型的航行系统提供了技术基础。为此，国际民航组织于1983年底成立了一个未来空中航行系统（FANS）专门委员会。FANS委员会的任务是研究、确定和评估包括卫星通信和导航等技术的应用，为今后25年民用航空航行系统的未来发展提出建议。
FANS委员会经过近5年的努力，1988年5月在FANS第4次会议上提交了一份总结报告，建议国际民航组织采纳主要基于卫星技术的全球新通信、导航、监视和空中交通管理系统（CSN/ATM系统）。目前该系统已经在我国民航部分航线上已实施。
三、新航行系统的目标
一体化ATM系统的主要目标是使飞机运营者能够满足其计划的离港和到达时间，并且在最小的限制和不危及安全情况下坚持其优选的飞行剖面。为实现这一目标，必须以国际一致性的ATC标准和程序全面开发新的CNS系统技术。从飞机运营者的观点，是以最少的航空电子设备装备飞机，实现国际性的运行。此外，ATS服务的改善不可能有一个国家实现，而必须在相邻区域内实施。所以，对扩大延伸ATM区域，必须寻求提供ATM的区域方案。未来ATM系统的目标包括：
1、为适应用户优选的飞行剖面提供更大的灵活性和有效性。
2、改善现有的安全水平。
3、适应于各种类型的飞机和机场能力。
4、改善向用户提供的信息，包括气象条件、交通状况和设备可用性。
5、根据ATM的规定和程序组织空域。
6、增加用户参与ATM的决断，包括空-地以计算机对话方式协商飞行计划。
7、增加容量满足空中交通的未来需求。
四、新航行系统的实质
新航行系统实质上就是以星基为主的全球CNS系统（硬件）加上自动化的ATM系统（软件）。换句话说，就是卫星应用+数据链+计算机网络。其中，通信采用卫星通信技术。通信卫星承担地面和飞机之间的通信中继作用。最关键的是双向数据传输。导航是采用卫星导航技术。用全球导航卫星网进行高精度的三维定位和测速。它的抗干扰能力强，基本不受天气的影响。监视采用自动相关监视，即通过卫星或其他通信链向空管中心自动发送位置和其他相关数据。中国民航在我国西部地区平均海拔6000多米的青藏高原、地形复杂的山地和荒漠上空，建起了一条全部利用卫星定位和数据链技术进行导航和飞行监视的新航路。这种新航行系统目前只有美国和澳大利亚在太平洋地区实施。在新航线系统中，管制员通过星基系统，可以对飞机在全球任何地区的运行状况了如指掌，并随时与飞行员通话，保持信息沟通，大大提高了空中管理的准确性和安全性。以往，在地形复杂、气候恶劣、人迹罕见的地区，由于无法建设地面通信导航设施，飞机只能绕道而行，新航行系统将突破这些飞行禁区限制。飞机借助卫星定位和导航系统，可以穿越雪峰、荒漠和海洋，深入偏远地带，开辟更多的直达航线。大大缓解了空域拥挤的状况。下面着重以甚高频地空通信目前工作方式及新航行系统中通信方式优劣作重点陈述。
1. 甚高频地空通信目前工作模式
甚高频地空通信是目前全世界主要的航空移动通信方式，分配给民航频率范围是118－136.975MHz。甚高频信号主要直线传播的特性限制地空通信只能在地面台覆盖的区域内进行。目前使用甚高频进行语音通信存在一些缺点：
（1）速度慢：利用语音传送200个字符约需30－40秒钟的时间，占用信道时间较长，导致甚高频频率资源紧张，在空中交通繁忙空域，管制通信占据了管制员绝大多数时间，增加了管制工作的负荷。
（2）易出错：机组人员和管制人员长时间的语音通话容易产生疲劳感，加上各国各地区机组人员和管制员的口音各异，经常会出现说错、听错的问题，给飞行安全带来了隐患。
（3）业务种类受限：机载计算机和管制中心自动化系统中的数据无法在地面与飞机间用甚高频语音信号进行传递，限制了新技术和设备的应用。
2. 甚高频地空通信未来工作模式
在新航行系统中，甚高频通信越来越多使用数据通信，代替原先的语音通信，称作新甚高频数据链路（VDL）。此系统将是以数据通信为主，并且数据通信与话音通信兼容。
新甚高频数据链路（VDL）工作有三种模式（Mode）：
（1）VDL Mode 1：信道带宽25kHz，调制方式用AM-MSK（调幅-最窄移频键控），信道速率2400bit/s。采用面向比特协议，透明传输分组数据。空地之间用可交换的虚电路连接方式，可提供ATN网服务，并能与ATN的其他子网交互操作。媒体访问用载波侦听多址（CSMA）方式。分组数据错误率要求达到10-6。可用性应达到99.9%。机载设备包括VHF收发信机和数据处理、执行协议的微机，地面设备包括若干覆盖航路的VHF远端地面站（RGS）和一个网管数据处理中心，每个RGS包括VHF收发信机和执行协议的微机。飞机与地面通信时仍才用单频半双工方式。航路中的RGS站可指配同一频率，终端区RGS使用的频率根据信号的负荷而定，若通信量很少，终端区RGS可与航路中的RGS站用相同的频率。通信时，RGS站收到飞机的信息先要通过地面通信网送到网管中心，待网管中心处理后再通过地面通信网分送至有关地面用户。地面用户发送的信息亦要通过地面通信网送到网管中心，处理后再通过地面通信网送至离飞机最近的RGS站，最终转发到飞机。
（2）VOL Mode 2：这种方式与VDL Mode 1类似，只是将调制方式改为差分8相相移键控（D8PSK），速率为31.5kbit/s。
（3）VDL Mode 3：信道带宽25kHz，调制方式为D8PSK，速率为31.5 kbit/s。上行链路与下行链路使用同一频率。媒体访问采用时分多址(TDMA)方式。每120ms为一帧，每帧分为4个30ms的时隙，每个时隙形成独立的双向空地链路，可以通话，也可以通数据。这样，原来的25kHz信道相当于分成了4个信道，可以任意组合，同时通话和通数据。每个时隙又分为2个子信道，一个管理子信道，另一个话音/数据子信道。管理子信道传送信令和电路初始化信息，话音/数据子信道传送用户信息。通话时用4.8kbit/s声码器，帧长20ms或30ms，语音系统的操作仍用PTT半双工方式，讲话前先听，没有别人讲话时才可以按下PTT开关。数据通信用单信道半双工方式，采用面向比特协议，与ATN（航空电信网）完全兼容。同时由于是采用数字通信，具有抗噪声、错码率低、可加密、可靠性强等优点。
五、结束语
从甚高频地空通信两种不同工作模式我们可以看出新航行系统与常规的通信方式相比，具有无法比拟的优势。更可靠地达到实时对飞行活动连续监控，随时掌握飞行动态，从而对飞行安全更好服务。
以上是本人简要介绍了民航通信新航行系统，不足之处请各位同行批评指正。
参考文献：
[1][新航行系统导论].
作者简介：
郭健伟，男，1973年5月26日，民航吉林省空管分局；吕伟东，男 ，1967年11月25日， 民航吉林省空管分局。
相关热词搜索： 航行 民航 保障体系 取代 交通
