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基于卫星的CNS/ATM系统<2>

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基于卫星的CNS/ATM系统<2>
三系统构成及其工作原理
系统由空间、机载和地面3部分组成。空间部分为全球导航卫星系统的所有星座以
及用于卫星通信的卫星机载部分包括全球卫星导航接收机,以及各种数据、话音通信设
备与通信管理器。地面部分就是话音通信设施与通信管理器、数据处理、数据显示以及
ATM工作站和自动化设备。另外还包括利用差分技术提高GNSS精度的基准站与监测站等。
1.空间系统
新CNS/ATM的空间系统是一种导航、监视和通信功能都依赖于空间卫星的纯空间系
统。卫星有GNSS导航卫星,它包括GPS、GLONASS和INMARSAT-Ⅲ;监视通信卫星(SD);
诸如同步通信卫星或航空移动通信卫星(AMSS)。飞机的位置数据由SD转发到地面卫星
控制中心(SCC),命令指令与请求数据由SCC注入 SD,再转发至飞机。SCC收集与处理
监视数据,且与飞机及管制中心进行数据通信。
另一种则是空地组合系统,这里就不多作介绍了。航处理器、数据记录及显示器等,
所要完成的任务是飞机导航、进场着陆与空地通信等。本系统的核心是导航处理器,它
不仅要完成导航计算;而且要对通信进行控制,还要支持各种显示设备。通信包括数据
通信与数字化话音通信,实现空地双工数据交换。
3.地面系统
地面系统主要包括地面雷达网链、VHF网、ARTCC和TCC,以及DGNSS基准台等,主要
任务是对空中飞机进行交通管理,使之安全、有序地飞行与进场着陆,以提高空间利用
率,进而提高运营效益。 DGNSS向 ARTCC提供GNSS信息,供飞机导航与监视:ARTCC主要
提供航路服务,同时作为 TCC之间的通信接口; TCC则进行终端区域的飞行管理;确保
飞机安全起飞与着陆。
4.系统工作原理
卫星系统具有全球覆盖,全天候通信、导航和监视能力。导航的作用就是向ATM系统
内的飞机提供位置、速度、航向和时间等导航信息;监视就是向所管制的飞机提供可靠、
安全的飞行管理信息;通信就是要在地面和飞机间完成数据交换,包括话音和数据通信。
从安全的角度考虑,ATM系统要求监视和导航有一定的独立性,以便两种功能间可以
互为备份。传统的ATM设备其导航和监视是相互独立的,而以卫星为基础的ATM系统能很
好地把导航和监视结合起来。
监视采用 GNSS卫星信息和地面雷达组合,部分地区可以只采用GNSS进行航路监视,
这样既保证监视和导航的相对独立性,也可以改进监视精度。在监视过程中,飞机信息
的获取和跟踪需要一定时间,获取过程涉及进入管制范围新飞机的识别和初始位置确定。
当地面管制中心获得足够信息,则监视过程进人跟踪方式。在跟踪过程中飞机通过空地
通信链有规律地向地
面提供数据,管制中心通过查询方式或时分多址访问(TDMA)方式接收飞机报告的数据。
导航用 GNSS卫星信息是以 GPS为主,提供飞机导航所需要的信息,并以多种方式显
示给飞行员。一方面飞机用伪距测量出的定位数据通过空/地数据链发送到地面管制中心;
另一方面,飞机响应地面管制中心的询问或TDMA访问时,发出合适的测距码信号,地面设
备测量和处理这种测距信号的相对到达时间就可以确定飞机的位置。地/空数据链除了向
飞机提供管制信息外,还可以向飞机提供差分校正数据、卫星和地面管制中心质量状况等
信息,以保证导航和监视的可靠性和精度,进而减小飞行间隙,增加飞行流量,让飞机以
最佳的飞行轨迹和飞行剖面飞行,降低成本,提高经济效益,同时可以减少因天气原因造
成的延误,提高航班正点率。
四系统特点及效益
1.系统特点
新航行系统是以卫星导航、卫星通信和数据通信技术为基础的,覆盖海洋和边远地区
与高高度,形成连续无隙工作范围,可在全球范围内,在飞机航行的各个阶段实施准确、
实时、有效的导航、监视和自动化管理。
(1)导航是以GNSS为核心,既能为航路、终端与非精密进场提供高精度、高完善性
的导航服务,又提高了精密定位能力,实现四维导航与实行区域导航,扩展短捷直飞航线,
扩大飞行自由度。DGNSS还可用于高等级的精密进场及着陆,这样可减少机载导航设备的
种类。
(2)数据通信使机载系统同地面系统之间的通信更实时、更准确。由于实现数字式
数据交换,不仅能改善数据处理与信息传输管理,提高空中交通管理自动化,而且可减少
信道拥挤与通信差错,使数据更为精确,有助提高飞行安全。
(3)自动相关监视将高精度的卫星导航与数据通信结合起来,不仅扩展了监视能力,
缩短了飞行间隔,而且能使空中交通管理中心在全面、实时、准确掌握空情时,减少地面
设备的需要量,从而减少基础设施建设与维护费用。
(4)空中交通管理是以新型的通信、导航和监视为基础的自动化管理,能为飞机提
供最佳飞行剖面及灵活的流量控制,提高交通管制的实时性、应变性,并将从程序性管制
过渡到战术性管制。
2.系统效益
根据ICAO成本/效益分析,投资/效益比约为1:8新系统的设备成本仅为陆基系统的
15-30%;采用新系统后可节约燃料和飞行时间5-10%。
基于三星(导航、通信、气象)的德国ATC和美国的海洋 ATC系统,使同航飞机的垂
直间距从609.6m减小到304.8 m,尾首间距从128.7-160.9 km缩短到42.3 km亦即前后间
隔时间可以从10-15min减少到4min:并航飞机的侧向间距从160.9km缩近到42.3km。据估
算,上列飞行效益仅在北大西洋空域,每年能够产生近亿美元的盈利。因此,星基海洋
ATC系统已成为美国FAA强化投资的重点研究项目。我国具有广阔的陆海空域,星基ATM系
统的建设,已急迫地提到了我们的议事日程上。
新航行系统是一个全球协调发展的系统,自 1992年10月ICAO第 29届大会讨论通过后,
很多国家和地区以及国际组织都积极行动并进行广泛密切地合作,以便有效地推行该系统
的实施。我国民航总局于1995年1月正式批准颁布了”中国民航新 CNS/ATM实施政策”,
确定了原则和技术政策,计划用 15-20年的时间逐步实施。

摘自《世界网络与多媒体》

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