基于卫星的CNS／ATM系统<2>

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》