【正文】 第三章 空管通信系統(tǒng) [課程流程 ] 空管通信的特點 空管通信的體制及技術(shù) 空管數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng) ATN 中國民航甚高頻數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 [內(nèi)容安排 ] 空管通信的特點 空管通信的體制及技術(shù) 空管數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng) ATN 中國民航甚高頻數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 空管通信的特點 空管通信是新航行系統(tǒng)中的一個必要條件 廣泛應(yīng)用的衛(wèi)星通信、數(shù)據(jù)通信以及 ATN等 使系統(tǒng)的地地、空地和空空通信有機地融為一體 主要包含以下兩個特點： 數(shù)字化 :數(shù)據(jù)鏈 全球化 :ATN () 空管通信的特點 ? 數(shù)據(jù)鏈是空管通信數(shù)字化特點的體現(xiàn) ，是通信系統(tǒng)的核心 ，是數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用 ? 實現(xiàn)人－人、機－機和人－機間的數(shù)據(jù)傳遞 ? 類型包括高頻數(shù)據(jù)鏈、甚高頻數(shù)據(jù)鏈、 S模式二次雷達數(shù)據(jù)鏈和 AMSS。 ? 基本作用概括為：保證、共享、實時監(jiān)視與克服 空管通信的特點 ? 空管通信全球化的特點體現(xiàn)為 ATN ? ATN是全球范圍內(nèi)用于航空的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議，將航空運輸界的機載計算機系統(tǒng)與地面計算機系統(tǒng)連接起來，能支持多國和多組織的運行環(huán)境。 空管通信的特點 ? ATN按照 ISO的 OSI 7層模型構(gòu)造，協(xié)議基于開放式系統(tǒng)互連結(jié)構(gòu)、面向比特。主要由 3個子網(wǎng)構(gòu)成 ，包括： ? 機載電子設(shè)備通信子網(wǎng)（數(shù)據(jù)鏈管理系統(tǒng)） ? 空地通信子網(wǎng) ? 地面通信子網(wǎng)（分組交換網(wǎng)、局域網(wǎng)） 路由器 [內(nèi)容安排 ] 空管通信的特點 空管通信的體制及技術(shù) 空管數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng) ATN 中國民航甚高頻數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 空管通信的體制及技術(shù) ? 空管通信的體制 ? 空管數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù) 空管通信的體制 ? 航空通信系統(tǒng)的劃分 ? 從業(yè)務(wù)上：航空固定業(yè)務(wù)（平面業(yè)務(wù)） 航空移動業(yè)務(wù)（空地通信） ? 航空固定業(yè)務(wù)（ AFS） ：指在固定地點之間的電信業(yè)務(wù) ，該業(yè)務(wù)由航空固定電信網(wǎng)（ AFTN）來完成，并逐步向 ATN過渡 空管通信的體制 ? 航空移動業(yè)務(wù)（空地通信）：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) ? 主要包括：甚高頻通信，高頻通信和航空移動衛(wèi)星業(yè)務(wù) 空管通信的體制 ? 航空通信系統(tǒng)從傳輸信息對象劃分： 話音通信和數(shù)據(jù)通信 ? 簡單介紹各種話音通信 1. 甚高頻話音通信：頻率范圍是 118～，頻率間隔 25KHz 。 沿直線視距傳播，采用雙邊帶調(diào)幅（ DSB－ AM）工作方式 空管通信的體制 2. 高頻話音通信：頻率范圍是 ～ 22MHz，頻率間隔 100Hz ；靠電離層反射，可以覆蓋幾千公里，但通話質(zhì)量較差 3. 衛(wèi)星話音通信：以衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信為基礎(chǔ)，通話質(zhì)量好，但費用較高 ? 總結(jié)：隨著飛機數(shù)目的激增，人員語言表達 等問題阻礙了話音通信的使用，催生出新的面向民用的航空數(shù)據(jù)鏈 。 空管通信的體制 ? 航空數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)一般由傳感器系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、鏈路控制子系統(tǒng)和信息處理顯示子系統(tǒng)等構(gòu)成，成為發(fā)展的主導(dǎo) ? 克服了航空話音通信系統(tǒng)傳輸速度慢、占用信道時間長、可靠性差等缺點，并且具有抗干擾能力強、誤碼率低的特點 ? 航空數(shù)據(jù)鏈按應(yīng)用對象不同分為軍用航空數(shù)據(jù)鏈和民用航空數(shù)據(jù)鏈 空管通信的體制 ? 按使用頻段不同分為： ? 高頻數(shù)據(jù)鏈、甚高頻數(shù)據(jù)鏈、超高頻（ UHF）數(shù)據(jù)鏈、 L頻段數(shù)據(jù)鏈和衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈。 ? 航空數(shù)據(jù)鏈按信息傳輸對象的位置分為： 空空數(shù)據(jù)鏈（又稱機間數(shù)據(jù)鏈）、空地數(shù)據(jù)鏈地和地數(shù)據(jù)鏈 空管通信的體制 ? 空空數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng) ：實現(xiàn)飛機間的數(shù)據(jù)通訊，為實現(xiàn)自由飛行奠定基礎(chǔ) ? 空地數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng) ：將飛機位置，飛行狀態(tài)等各種信息傳送給地面設(shè)備和人員，實現(xiàn)駕駛員與管制員之間的雙向信息交換 ? 地地數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng) ：實現(xiàn)管制中心之間，以及管制中心與其他地面儀器及部門之間的信息交換 空管通信的體制 ? 航空數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用于民用航空，根據(jù)業(yè)務(wù)類型可以分為四類： （ 1）空中交通服務(wù) （ 2）航空管理通信 （ 3）航空行政管理通信 （ AAC） （ 4）航空旅客通信 （ APC） ? 在這四類數(shù)據(jù)通信中，空中交通服務(wù)和航空管理通信與飛行安全和效率有關(guān)，具有高優(yōu)先級。 空管通信的體制 ? 利用航空數(shù)據(jù)鏈技術(shù)產(chǎn)生了一種新的監(jiān)視手段 —— 自動相關(guān)監(jiān)視 （ ADS） ? 自動相關(guān)監(jiān)視（ ADS）的定義： 自動相關(guān)監(jiān)視是用于空中交通服務(wù)（ ATS）的一種技術(shù)，即飛機通過數(shù)據(jù)鏈自動提供機載導(dǎo)航和定位系統(tǒng)導(dǎo)出的各種數(shù)據(jù)。 ? 釋義： Automatic （自動）：無需機組人員人工發(fā)送信息。 Dependent（相關(guān)）：地面依據(jù)飛機的報告得知飛機的 位置，信息來自飛機本身而不是地面站。 Surveillance(監(jiān)視 )：飛機的位置得到監(jiān)視。 ATN ATS網(wǎng)及各種地面專用網(wǎng)絡(luò) IMMRSSAT GNSS 顯示 數(shù)據(jù)鏈 Ground 信源 數(shù)據(jù)鏈（ B模式） ADS 技術(shù)原理簡介 空管通信的體制及技術(shù) ? 空管通信的體制 ? 空管數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù) 空管數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù) ? 已使用和即將使用的數(shù)據(jù)鏈技術(shù)包括： 1. S模式二次雷達數(shù)據(jù)鏈 它是下一代地基雷達監(jiān)視系統(tǒng)，與 A、 C模式數(shù)據(jù)鏈交互通信，同時提供獨立的監(jiān)視能力，并且完全與 ATN兼容 使用選擇詢問的技術(shù)，排除了 A、 C模式現(xiàn)存的問題。并與之完全兼容 支持現(xiàn)在使用 1030MHz/1090MHz的飛機通信選址報告系統(tǒng)（ ACARS） 空管數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù) VDL模式 1 低速 的、 面向比特 的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 在 甚高頻頻段 ，調(diào)制方式為 AM－ MSK 使用載波偵聽多路訪問（ CSMA）的媒質(zhì)訪問方式 物理層與現(xiàn)有 ACARS系統(tǒng)一致，速率為2400bit/s 采用地面網(wǎng)管集中處理的方式。 空管數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù) 3. VDL模式 2 ? 類似 VDL模式 1，使用差分 8相相移鍵控（ D8PSK）調(diào)制 速率 。在歐、美廣泛應(yīng)用。 4. VDL模式 3 ? 是目前 ICAO建議未來的系統(tǒng)，調(diào)制方式為D8PSK，速率為 。 使用 TDMA方式，每 120ms為一幀，每幀 4個30ms的時隙，每個時隙形成獨立的雙向地空鏈路，上、下行鏈路使用同一頻率，可以傳輸模擬話音，也可傳輸數(shù)據(jù)。 空管數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù) ? 5. VDL模式 4 ? VDL模式 4是瑞典推出的一種甚高頻數(shù)據(jù)鏈，它以標準的 25KHz帶寬進行數(shù)據(jù)通信。 ? 媒質(zhì)訪問方式是 S－ TDMA，基于 OSI參考模型，支持 D8PSK調(diào)制速率。 ? 信道被劃分為固定時間長度的時隙。 ? 與 VDL模式 3不同的是它不需要地面處理和管理設(shè)施，但目前不支持話音通信，只支持各種地空、空空數(shù)據(jù)鏈通信應(yīng)用。 空管數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù) ? 6. 高頻數(shù)據(jù)鏈 支持飛機使用短波完成數(shù)據(jù)通信，面向比特，符合 OSI模型。 7. AMSS ? 支持地空數(shù)據(jù)鏈通信的實施。以三種主要方式運行： 靜止軌道衛(wèi)星（ GEOS）、中軌道衛(wèi)星（ MEOS）、低軌道衛(wèi)星（ LEOS）。 航空移動衛(wèi)星（航路）業(yè)務(wù)（ AMS（ R） S）是AMSS中的特殊部分，提供獨立的 ATC服務(wù)，移動地球站安裝在飛機上。 空管數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù) ? 8. MLS ? 是滿足所有各型飛機、各類精密進近著陸引導(dǎo)、所有運行需求的系統(tǒng)。 ? 使用差分相移鍵控（ DPSK）調(diào)制、反復(fù)發(fā)送、周期冗余檢查和低比特誤碼率來確保其完整性和性能。該鏈路支持導(dǎo)航地基增強系統(tǒng)（ GBAS）。 ? MLS運行在 5030－ 5091MHz，以 300kHz的頻道間隔提供 200個通道。 MLS提供對空數(shù)據(jù)廣播能力來支持執(zhí)行精密進近所必要的數(shù)據(jù)，包括基本的 MLS數(shù)據(jù)、 MLS區(qū)域?qū)Ш綌?shù)據(jù)和地面風數(shù)據(jù)。 空管數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù) 9. 導(dǎo)航數(shù)據(jù)鏈 ? 第一代 GNSS基于 GPS和 GLONASS導(dǎo)航衛(wèi)星星座，一般通過其增強系統(tǒng)來改善精度、完整性、連續(xù)性和可用性，包括星基增強系統(tǒng)（ SBAS）和地基增強系統(tǒng)（ GBAS） ? SBAS服務(wù)的覆蓋面與同步衛(wèi)星的相同 GBAS使用的頻段可從 C波段或者甚高頻波段選擇。在甚高頻波段上其調(diào)制方式為 D8PSK或者 GFSK。 ? D8PSK 工作在 108－ ，選用 ILS和全向信標臺（ VOR）使用的導(dǎo)航頻段的信道間隔。 ? GFSK將使用相同頻段， TDMA調(diào)制方式，不具備運行在 25kHz頻道間隔的能力。 空管數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù) ? 10. ACARS ? ACARS是基于甚高頻的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，通過發(fā)送一套預(yù)先編碼的電報交換各種信息 ? 面向字符，不滿足 ISO的 OSI/RM 7層體系結(jié)構(gòu)。采用 MSK調(diào)制的模擬電臺，信息傳輸率最高只能達到 ? 采用的 ARINC 618協(xié)議和 ARINC 620協(xié)議是典型的文本電報字符格式 空管數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù) CNS/ATM數(shù)據(jù)鏈一覽表 CNS/ATM數(shù)據(jù)鏈一覽表 [內(nèi)容安排 ] 空管通信的特點 空管通信的體制及技術(shù) 空管數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng) ATN 中國民航甚高頻數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 空管數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng) 本節(jié)主要介紹數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)包括甚高頻數(shù)據(jù)鏈、衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈、高頻數(shù)據(jù)鏈和 S模式二次雷達數(shù)據(jù)鏈 ? 甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng) ? 衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng) ? 高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng) ? S模式二次雷達數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng) 甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng) ? 由于甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸延時小、機載設(shè)備和地面設(shè)備簡單、經(jīng)濟等優(yōu)點得到廣泛使用 ? 再過內(nèi)建立約 80個遠端地面站（ RGS）和網(wǎng)絡(luò)管理與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，具備提供除西部部分航路之外干線航路的地空甚高頻覆蓋能力 甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng) ? 甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)主要有以下特點： （ 1）甚高頻電波傳播特性是直線傳播，電離層不能反射，故而是在視線范圍內(nèi)傳播，覆蓋范圍一般只限于以地面為中心的一定半徑范圍內(nèi)。 （ 2）對于地面站和機載設(shè)備頻率范圍，甚高頻信道均勻分布于 118MHz至 ，信道間隔為 25kHz，共 760個信道。 （ 3）公共信令信道（ CSC）設(shè)定為 。 （ 4）提供獨立代碼和獨立字節(jié)的數(shù)據(jù)傳輸。 （ 5）提供鏈路層廣播服務(wù)。 甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng) 甚高頻地空數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)組成示意圖 甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng) ? 典型應(yīng)用如下： （ 1） ADS系統(tǒng) （ 2） CPDLC （ 3）飛機放行許可（ PDC） （ 4）海洋放行許可（ OC） （ 5）數(shù)字自動終端信息服務(wù)應(yīng)用（ D－ ATIS） （ 6） ADS－ B （ 7） CNS/ATM航路 甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng) 甚高頻數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展 甚高頻數(shù)據(jù)鏈的分層結(jié)構(gòu) ? ICAO對甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)進行了標準化，按照 OSI參考模型的 7層體系結(jié)構(gòu)，定義了甚高頻數(shù)字鏈設(shè)計標準 甚高頻數(shù)據(jù)鏈的分層結(jié)構(gòu) VDL 7層體系結(jié)構(gòu)的定義和功能 甚高頻數(shù)據(jù)鏈的分層結(jié)構(gòu) ? 7層體系結(jié)構(gòu)分析： ? 最低 3層（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層）實現(xiàn)通信子網(wǎng)的功能， ? 最高 3層（會話層、表示層、應(yīng)用層）實現(xiàn)用戶的應(yīng)用要求， ? 傳輸層則在最低 3層通信子網(wǎng)的基礎(chǔ)上為最高 3層協(xié)議提供源端系統(tǒng)到目的端系統(tǒng)之間可靠的數(shù)據(jù)通信，是低層子網(wǎng)通信和高層用戶應(yīng)用之間的隔離層。 甚高頻數(shù)據(jù)鏈的分層結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)鏈的分層結(jié)構(gòu)比較 ACARS系統(tǒng) ? 70年代末期，美國 ARINC公司研制典型甚高頻空地的數(shù)據(jù)鏈 ACARS ? ACARS系統(tǒng)主要由機載設(shè)備、地面設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)控制中心（中央交換系統(tǒng)）組成。 ? ACARS的頻率間隔為 25KHz，數(shù)據(jù)傳輸速率為 ，采用單信道半雙工的工作方式。 ? 甚高頻通信是視距通信，覆蓋范圍與飛行高度有關(guān) ACARS系統(tǒng) ACARS系統(tǒng)組成框圖 ACARS系統(tǒng) ACARS系統(tǒng)組成分析 1. 機載設(shè)備：增加了一個 ACARS通信管理單元CMU。一方面與標準機載收發(fā)信機相連，另一方面與其他機載數(shù)據(jù)終端設(shè)備相連。完成數(shù)據(jù)處理等功能 2. 地面設(shè)備：在地面布置甚高頻 RGS網(wǎng)絡(luò)，增加了一個數(shù)據(jù)控制與接口單元（ DCIU） 3. 中央交換系統(tǒng)：實現(xiàn)多個飛機和多個 RGS機站的多用戶通信。實現(xiàn)航空公司