基于衛(wèi)星的CNS／ATM系統(tǒng)<2>

基于衛(wèi)星的CNS／ATM系統(tǒng)<2>
三系統(tǒng)構(gòu)成及其工作原理
    系統(tǒng)由空間、機(jī)載和地面3部分組成�？臻g部分為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的所有星座以
及用于衛(wèi)星通信的衛(wèi)星機(jī)載部分包括全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，以及各種數(shù)據(jù)、話音通信設(shè)
備與通信管理器。地面部分就是話音通信設(shè)施與通信管理器、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示以及
ATM工作站和自動化設(shè)備。另外還包括利用差分技術(shù)提高GNSS精度的基準(zhǔn)站與監(jiān)測站等。
1．空間系統(tǒng)
    新CNS／ATM的空間系統(tǒng)是一種導(dǎo)航、監(jiān)視和通信功能都依賴于空間衛(wèi)星的純空間系
統(tǒng)。衛(wèi)星有GNSS導(dǎo)航衛(wèi)星，它包括GPS、GLONASS和INMARSAT－Ⅲ；監(jiān)視通信衛(wèi)星（SD）；
諸如同步通信衛(wèi)星或航空移動通信衛(wèi)星（AMSS）。飛機(jī)的位置數(shù)據(jù)由SD轉(zhuǎn)發(fā)到地面衛(wèi)星
控制中心（SCC），命令指令與請求數(shù)據(jù)由SCC注入 SD，再轉(zhuǎn)發(fā)至飛機(jī)。SCC收集與處理
監(jiān)視數(shù)據(jù)，且與飛機(jī)及管制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
    另一種則是空地組合系統(tǒng)，這里就不多作介紹了。航處理器、數(shù)據(jù)記錄及顯示器等，
所要完成的任務(wù)是飛機(jī)導(dǎo)航、進(jìn)場著陸與空地通信等。本系統(tǒng)的核心是導(dǎo)航處理器，它
不僅要完成導(dǎo)航計算；而且要對通信進(jìn)行控制，還要支持各種顯示設(shè)備。通信包括數(shù)據(jù)
通信與數(shù)字化話音通信，實(shí)現(xiàn)空地雙工數(shù)據(jù)交換。
3．地面系統(tǒng)
    地面系統(tǒng)主要包括地面雷達(dá)網(wǎng)鏈、VHF網(wǎng)、ARTCC和TCC，以及DGNSS基準(zhǔn)臺等，主要
任務(wù)是對空中飛機(jī)進(jìn)行交通管理，使之安全、有序地飛行與進(jìn)場著陸，以提高空間利用
率，進(jìn)而提高運(yùn)營效益。 DGNSS向 ARTCC提供GNSS信息，供飛機(jī)導(dǎo)航與監(jiān)視：ARTCC主要
提供航路服務(wù)，同時作為 TCC之間的通信接口；  TCC則進(jìn)行終端區(qū)域的飛行管理；確保
飛機(jī)安全起飛與著陸。
4．系統(tǒng)工作原理
    衛(wèi)星系統(tǒng)具有全球覆蓋，全天候通信、導(dǎo)航和監(jiān)視能力。導(dǎo)航的作用就是向ATM系統(tǒng)
內(nèi)的飛機(jī)提供位置、速度、航向和時間等導(dǎo)航信息；監(jiān)視就是向所管制的飛機(jī)提供可靠、
安全的飛行管理信息；通信就是要在地面和飛機(jī)間完成數(shù)據(jù)交換，包括話音和數(shù)據(jù)通信。
    從安全的角度考慮，ATM系統(tǒng)要求監(jiān)視和導(dǎo)航有一定的獨(dú)立性，以便兩種功能間可以
互為備份。傳統(tǒng)的ATM設(shè)備其導(dǎo)航和監(jiān)視是相互獨(dú)立的，而以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的ATM系統(tǒng)能很
好地把導(dǎo)航和監(jiān)視結(jié)合起來。
    監(jiān)視采用 GNSS衛(wèi)星信息和地面雷達(dá)組合，部分地區(qū)可以只采用GNSS進(jìn)行航路監(jiān)視，
這樣既保證監(jiān)視和導(dǎo)航的相對獨(dú)立性，也可以改進(jìn)監(jiān)視精度。在監(jiān)視過程中，飛機(jī)信息
的獲取和跟蹤需要一定時間，獲取過程涉及進(jìn)入管制范圍新飛機(jī)的識別和初始位置確定。
當(dāng)?shù)孛婀苤浦行墨@得足夠信息，則監(jiān)視過程進(jìn)人跟蹤方式。在跟蹤過程中飛機(jī)通過空地
通信鏈有規(guī)律地向地
面提供數(shù)據(jù)，管制中心通過查詢方式或時分多址訪問（TDMA）方式接收飛機(jī)報告的數(shù)據(jù)。
    導(dǎo)航用 GNSS衛(wèi)星信息是以 GPS為主，提供飛機(jī)導(dǎo)航所需要的信息，并以多種方式顯
示給飛行員。一方面飛機(jī)用偽距測量出的定位數(shù)據(jù)通過空／地數(shù)據(jù)鏈發(fā)送到地面管制中心；
另一方面，飛機(jī)響應(yīng)地面管制中心的詢問或TDMA訪問時，發(fā)出合適的測距碼信號，地面設(shè)
備測量和處理這種測距信號的相對到達(dá)時間就可以確定飛機(jī)的位置。地／空數(shù)據(jù)鏈除了向
飛機(jī)提供管制信息外，還可以向飛機(jī)提供差分校正數(shù)據(jù)、衛(wèi)星和地面管制中心質(zhì)量狀況等
信息，以保證導(dǎo)航和監(jiān)視的可靠性和精度，進(jìn)而減小飛行間隙，增加飛行流量，讓飛機(jī)以
最佳的飛行軌跡和飛行剖面飛行，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，同時可以減少因天氣原因造
成的延誤，提高航班正點(diǎn)率。
四系統(tǒng)特點(diǎn)及效益
1．系統(tǒng)特點(diǎn)
    新航行系統(tǒng)是以衛(wèi)星導(dǎo)航、衛(wèi)星通信和數(shù)據(jù)通信技術(shù)為基礎(chǔ)的，覆蓋海洋和邊遠(yuǎn)地區(qū)
與高高度，形成連續(xù)無隙工作范圍，可在全球范圍內(nèi)，在飛機(jī)航行的各個階段實(shí)施準(zhǔn)確、
實(shí)時、有效的導(dǎo)航、監(jiān)視和自動化管理。
    （1）導(dǎo)航是以GNSS為核心，既能為航路、終端與非精密進(jìn)場提供高精度、高完善性
的導(dǎo)航服務(wù)，又提高了精密定位能力，實(shí)現(xiàn)四維導(dǎo)航與實(shí)行區(qū)域?qū)Ш�，擴(kuò)展短捷直飛航線，
擴(kuò)大飛行自由度。DGNSS還可用于高等級的精密進(jìn)場及著陸，這樣可減少機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備的
種類。
    （2）數(shù)據(jù)通信使機(jī)載系統(tǒng)同地面系統(tǒng)之間的通信更實(shí)時、更準(zhǔn)確。由于實(shí)現(xiàn)數(shù)字式
數(shù)據(jù)交換，不僅能改善數(shù)據(jù)處理與信息傳輸管理，提高空中交通管理自動化，而且可減少
信道擁擠與通信差錯，使數(shù)據(jù)更為精確，有助提高飛行安全。
   （3）自動相關(guān)監(jiān)視將高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航與數(shù)據(jù)通信結(jié)合起來，不僅擴(kuò)展了監(jiān)視能力，
縮短了飛行間隔，而且能使空中交通管理中心在全面、實(shí)時、準(zhǔn)確掌握空情時，減少地面
設(shè)備的需要量，從而減少基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與維護(hù)費(fèi)用。
    （4）空中交通管理是以新型的通信、導(dǎo)航和監(jiān)視為基礎(chǔ)的自動化管理，能為飛機(jī)提
供最佳飛行剖面及靈活的流量控制，提高交通管制的實(shí)時性、應(yīng)變性，并將從程序性管制
過渡到戰(zhàn)術(shù)性管制。
2．系統(tǒng)效益
    根據(jù)ICAO成本／效益分析，投資／效益比約為1：8新系統(tǒng)的設(shè)備成本僅為陸基系統(tǒng)的
15－30％；采用新系統(tǒng)后可節(jié)約燃料和飛行時間5－10％。
    基于三星（導(dǎo)航、通信、氣象）的德國ATC和美國的海洋 ATC系統(tǒng)，使同航飛機(jī)的垂
直間距從609.6m減小到304.8 m，尾首間距從128.7－160.9 km縮短到42.3 km亦即前后間
隔時間可以從10－15min減少到4min：并航飛機(jī)的側(cè)向間距從160.9km縮近到42.3km。據(jù)估
算，上列飛行效益僅在北大西洋空域，每年能夠產(chǎn)生近億美元的盈利。因此，星基海洋
ATC系統(tǒng)已成為美國FAA強(qiáng)化投資的重點(diǎn)研究項(xiàng)目。我國具有廣闊的陸�？沼�，星基ATM系
統(tǒng)的建設(shè)，已急迫地提到了我們的議事日程上。
    新航行系統(tǒng)是一個全球協(xié)調(diào)發(fā)展的系統(tǒng)，自 1992年10月ICAO第 29屆大會討論通過后，
很多國家和地區(qū)以及國際組織都積極行動并進(jìn)行廣泛密切地合作，以便有效地推行該系統(tǒng)
的實(shí)施。我國民航總局于1995年1月正式批準(zhǔn)頒布了”中國民航新 CNS／ATM實(shí)施政策”，
確定了原則和技術(shù)政策，計劃用 15－20年的時間逐步實(shí)施。

摘自《世界網(wǎng)絡(luò)與多媒體》