未来空中交通管理系统CNS/ATM

帅哥

一、CNS/ATM系统 目前,全世界普遍采用的陆基航管系统包括设在地面上的雷达、导航台和地空话音通信台。飞行员根据导航台发射的信号来确定飞机的位置,雷达监视飞机在空中的位置和飞机之间的间隔,通信台用来向飞机发出指令和接受飞行员的报告。而这些导航台、雷达和通信台的作用范围受视距的限制,要达到全空域的覆盖需比邻设置大量的地面设施,建设和维护费用十分昂贵,而且在沙漠、山区建台十分困难,在海洋建台几乎不可能。所以,在有些地区只能采用增大飞机之间的飞行间距的程序管制,空间利用率不高。因受地面设施的限制,飞机只能沿曲折的航线从一个导航台飞向另一个导航台,油耗和飞行时间明显增加。话音通信容易听不清楚或误解,且通信效率不高,严重影响飞行安全。随着空中交通的不断增加,陆基航管系统的这些不足制约了航空运输的发展。 CNS/ATM系统是由国际民航组织(ICAO)倡导的一种具有巨大优越性的新航行系统,1991年,ICAO大会正式通过了CNS/ATM系统方案,启动了空中交通管制系统从现行陆基系统向新航行系统的过渡,并将于2010年后在全球范围内全面采用CNS/ATM系统,逐步停止使用陆基系统。 CNS/ATM系统是集现代通信(Communication)、导航(Navigation)、监视(Surveillance)技术为一体的空中交通管理系统(ATM)。 它包括以下几方面: 通信方式: (1)航空移动卫星通信(AMSS),它工作在1545～1555MHz和1646.5～1656.5MHz频段,包括话音和数据通信,可提供空中交通管制(ATC)、航务管理通信(AOC)、航空行政通信(AAC)和航空旅客通信(APC)服务。AMSS可覆盖除两极以外的全球绝大部分地区。 (2)甚高频(VHF)话音/数据通信,工作频率118～137MHz,可提供ATC和AOC服务。VHF只能提供视距范围内的服务,主要使用在交通密集的终端区。 (3)二次雷达(SSR)的S模式数据链,频率为1030MHz和1090MHz,提供对空中交通的非相关监视和空中交通服务通信(ATS),主要用于交通密集的终端区。 (4)航空电信网(ATN)连接各个航管中心与各种公共通信网,以国际标准化组织(ISO)对开放系统互连(OSI)为基准模式。用户经过路由器进入ATN网,路由器根据用户规定的通信要求和链路的可用性来选择必要的通信链路。 导航: (1)全球卫星导航系统(GNSS),目前有GPS和GLONASS为全世界所有飞机提供四维导航服务。 (2)惯性导航系统/惯性基准系统(INS/IRS),用以提高导航系统的抗干扰能力和工作的连续性。 (3)在飞行高度低于29000英尺以下时,使用气压高度表,并用从卫星导出的地心高度对其作交叉检验,使飞行垂直间隔减小到1000英尺。 (4)采用差分GNSS的飞机进场和着陆。 监视 (1)自动相关监视(ADS)。飞机通过数据链路,自动向地面的航管中心发出机载导航设备所获得的定位数据。 (2)二次雷达(SSR)监视。 (3)采用差分GNSS的机场场面监视。 空中交通管理(ATM) 新的CNS系统使地面系统与空中用户紧密而精确地相互联系,以实施空中交通管理(ATM),使空域使用更灵活、有效。ATM有一套全新的规则和程序,具有以下能力: ·利用飞机的四维导航精度的能力; ·能使飞机在所有飞行阶段得到最佳飞行剖面的信息; ·能改善空中冲突的发现和解决,并能适应空中交通状况的迅速改变。 由以上可以看出,CNS/ATM系统将GNSS与AMSS相结合,加上其它几种导航、通信手段,无需大量地面设施就可以在全球范围内,对飞机航行的各个阶段实现精确的引导和全面的管理,从而可开辟最佳航线,实现空中自由飞行,节省飞行时间和燃油。CNS/ATM系统与陆基系统相比,通信效率高,空间利用率高,安全性好,设备量小,管理区域大且易于区间协调调度,投资维护费用低,并解决了陆基系统无法解决的困难。 就我国具体情况而言,目前仅在东部地区实现了陆基系统的覆盖,广大西部地区和东北地区还没有,尤其是西部地区,多高山、沙漠,实现陆基系统非常困难。而我国的经济正在飞速发展,航空运输的需求更是以每年30%的速度增长,所以,实现CNS/ATM系统对我国有着巨大的影响和深远的意义。 二、咸阳国际机场CNS/ATM系统演示 1996年3月17～18日,在西安咸阳国际机场,由国防科工委、中国民航总局和电子工业部与以罗克威尔公司为首的西方工业集团合作,举办了全球首次CNS/ATM系统的全系统演示。来宾包括国内外航空系统各方面的领导、专家、学者和厂商。其中,有来自总参空管局、空军、海军航空兵、国防科工委、中国民航总局、电子工业部、交通部、国家计委、国家经贸委、航空工业总公司以及陕西省和西安市的来宾,还有来自国际民航组织(ICAO)、国际空运协会(IATA)、美国联邦航空局(FAA)、美国商业部、波音公司、空中客车公司、德尔塔航空公司、世代创业公司、俄罗斯导航协会和沙特阿拉伯导航局的客人。西方工业集团的布兹·艾伦·汉密尔顿公司、柯林斯—DASA合资公司、SITA公司和诺尔斯罗普·格鲁门公司也参加了演示会。国防科工委副主任张学东、中国民航总局副局长鲍培德、电子工业部副部长张今强和罗克威尔公司副总裁麦克拉克先生在开幕式上讲了话。 这次演示由电子工业部第20研究所负责制定系统集成与演示方案,并与民航西北管理局、空管局共同实施,向国内外200多名专家、学者和技术人员展示了CNS/ATM系统的构成、能力和技术。演示期间开展了CNS/ATM系统技术研讨,讨论了全球CNS/ATM技术的发展,以及我国建设CNS/ATM系统应采取的政策和实施步骤。 这次咸阳国际机场的CNS/ATM系统演示,共出动奖状Ⅱ飞机2架,机场场面机动车10辆,向来宾们作了多次GPS导航航路监视、终端区监视和差分GPS精密进场着陆、航路和终端区的自动相关监视(ADS)等专题试验飞行以及场面机动车辆监视的演示。 ·航路监视 一架飞机作远程飞行,主要用以在航路上演示利用GPS导航、卫星通信、HF和VHF数据链的ADS功能。航线选择为西安至乌鲁木齐,飞机在终端区以外的航路上。每隔3分钟或1分钟将定位数据通过国际海事卫星发回演示室的通信管理器,卫星信号使用ARINC622协议。通信管理器对信号进行处理并记录,同时将数据格式转换为符合CNS/ATM系统要求的ARINC745格式,通过演示室内的网络送给ATC工作站。在显示屏的航线图上可看到飞机的标志和航班号,其航迹与航线吻合的非常好。ATC工作站显示的航图,可从全国范围到咸阳机场局部以不同的比例显示出来。 ·终端区监视 当演示飞机在以咸阳机场为中心的终端区内飞行时,通过VHF数据链以AR-INC622格式,将位置信息传回通信管理器,报告时间间隔为15秒,数据传输速率为31.5Kbps。在ATC工作站显示屏上可看到VHF位置报告点的连续性要比SSR好,且不存在地面和低空的盲区。 ·机场场面监视 ATC工作站的操作员可在ATC工作站的屏幕上看到滑行的演示飞机和场面10辆机动车辆的位置。每部车上均装有GPS接收机和400MHz通信机。400MHz通信机接收差分GPS修正信号,使车辆的定位精度达到5m之内。这种精确的定位数据经过处理后,送到ATC工作站上。这便于管制员调度飞机的起、降和滑行,监视机场场面情况。 ·进场和着陆 另一架飞机只在终端区飞行,叫近程飞机,主要用于演示VHF ADS的覆盖区,尤其是从进场到地面滑行的覆盖,以及利用差分GPS完成精密进场与着陆的功能。在多次着陆试飞中,差分GPS双针指示器与仪表着陆双针指示完全吻合,说明使用差分GPS完全可以达到I类进场着陆的要求。 这次演示证明了采用CNS/ATM系统,无论飞机在什么地方,管制员都能在工作站显示屏上监视它的活动情况;在终端区ADS可以作为二次雷达的很好补充;差分GPS已能达到飞机I类着陆的要求;不仅能够完成空中交通管制,而且能进行机场场面管理。演示体现出CNS/ATM系统的各项能力是非常优越的。 西安咸阳国际机场CNS/ATM系统演示会是一次国内外联合的盛会。这次会议的成功协调了飞行、机场、航管、电子等各个部门,动员了包括工程、联络、交通、后勤、海关和地方政府等各方面的力量,是协同努力的结果。演示会本身就是一项复杂的系统工程。会议的成功为我国组织国内外力量实施CNS/ATM系统积累了经验。 这次演示会无论从所演示的CNS/ATM系统的功能,还是从所包含的数据链种类,以及从所使用的技术来看,都可以说是一次到目前为止世界上最完整的CNS/ATM系统演示。它向世人展示了一种可能性,即中国将有可能绕过国际航空管制的传统发展道路(陆基空管系统),从40年代一步跨入21世纪,与世界接轨。 邹家华副总理曾用这样一句话鼓励这次演示的发起者:"走在前面的不可能永远在前面,而在后面的不会永远在后面"。让我们记住这句话,并用它来告戒自己,激励自己。