大型客機(jī)所需通信性能研究

摘 要:本文介紹了大型客機(jī)所需通信性能的發(fā)展歷史。分析了所需通信性能對(duì)飛機(jī)定位誤差的影響，使得各個(gè)飛行階段所需的業(yè)務(wù)通信系統(tǒng)中有明確的通信能要求，據(jù)此可以有效的減輕管制員的工作負(fù)荷。選取時(shí)間做衡量誤差的參數(shù)，研究在通信過程中個(gè)系統(tǒng)性能參數(shù)對(duì)飛機(jī)定位誤差影響。最后對(duì)大型客機(jī)所需通信性能的未來進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞:飛行所需通信性能 數(shù)據(jù)鏈 性能計(jì)算 衛(wèi)星通信

中圖分類號(hào):V221文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)08(a)-0023-02所需通信性能(Required Communication Performance，RCP)的概念是在航空移動(dòng)通信專家組(AMCP)1996年的第四次會(huì)議中提出的，2001年運(yùn)行數(shù)據(jù)鏈專家組(OPLINKP)擬訂了RCP概念文件，2008年ICAO發(fā)布了RCP手冊(cè)第一版。

在運(yùn)行概念中，RCP被定義為支持特定空中交通服務(wù)(ATS)功能的運(yùn)行通信的性能要求。新航行系統(tǒng)中用于運(yùn)行的通信組成部分及由所需通信性能確立的相關(guān)的性能，對(duì)建立全球無縫隙的空中交通管理系統(tǒng)是至關(guān)重要的，該系統(tǒng)混合使用話音和數(shù)據(jù)通信技術(shù)。2007年發(fā)布的航空無線電技術(shù)委員會(huì)(RTCA)DO-306/歐洲民用航空電子學(xué)組織(EUROCAE)ED-122文件也針對(duì)RCP類型做了詳細(xì)說明。

RCP指出了ATM功能中通信部分的性能要求，對(duì)新技術(shù)具有開放性。RCP的概念有四個(gè)關(guān)鍵特點(diǎn):

(1)以性能為基礎(chǔ)。

(2)以人為中心。

(3)對(duì)運(yùn)行有重要意義。

(4)不受技術(shù)的約束。了新的與安全有關(guān)的通信能力的應(yīng)用。

采用RCP可以促進(jìn)航空通信市場的競爭力，發(fā)展出更滿足商業(yè)需求的成本效益手段。

1 所需通信性能類型

RCP類型代表了運(yùn)行中通信處理的性能標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)每個(gè)類型給出了通信處理時(shí)間、連續(xù)性、可用性和完好性的數(shù)值。

RCP類型涉及四個(gè)參數(shù):

(1)通信處理時(shí)間(Communication transaction time):完成通信處理操作所需的最長時(shí)間。

(2)連續(xù)性(Continuity):在通信處理時(shí)間內(nèi)，通信處理操作能夠完成的概率。

(3)可用性(Availability):當(dāng)需要時(shí)，一個(gè)通信處理操作能夠啟動(dòng)的概率。

(4)完整性(Integrity):在通信處理時(shí)間內(nèi)，通信處理操作能夠完成并且沒有未被檢測出的錯(cuò)誤的概率。

RCP類型代表通信處理時(shí)間(如圖1)。而整個(gè)通信處理過程的時(shí)間由初始化時(shí)間和TRN兩部分組成，TRN又由RCTP和響應(yīng)時(shí)間組成。初始化時(shí)間是管制員人機(jī)交互的反應(yīng)時(shí)間;TRN是從管制員發(fā)出消息到管制員接收到回復(fù)的過程，即端到端的監(jiān)視性能;RCTP是通信處理過程中與人為因素?zé)o關(guān)的，由技術(shù)性能決定的時(shí)間;響應(yīng)時(shí)間則是指機(jī)組人員從接收到消息到發(fā)出回復(fù)的反應(yīng)時(shí)間。RCTP的整個(gè)傳輸時(shí)間又分為ATSU、通信服務(wù)提供者(CSP)和航空器系統(tǒng)三部分的傳輸時(shí)間。

RCP手冊(cè)中明確規(guī)定的RCP類型如表1所示。但是，在RCP的實(shí)施過程中可以根據(jù)需要確定新的RCP類型。

2 所需通信性能實(shí)施步驟

RCP實(shí)施步驟如下:

(1)建立RCP實(shí)施小組。確定相關(guān)組織機(jī)構(gòu):監(jiān)管部門，空中航行技術(shù)部門，空中交通服務(wù)供應(yīng)商，空域使用者，安全部門，通信服務(wù)供應(yīng)商。

(2)制定RCP計(jì)劃，運(yùn)行需求，RCP的時(shí)間進(jìn)度表并確定所需的調(diào)整變化。

(3)制定程序步驟、空域和空中交通服務(wù)需求。研究運(yùn)行使用方針，所需最小間隔，用于RCP實(shí)施的空中交通管制程序。

(4)確定空中交通管理功能和環(huán)境，根據(jù)空域中的ATM功能選擇合適的RCP類型。

(5)制定指導(dǎo)性的文件材料。進(jìn)行所需的ATM/航電部門的認(rèn)證，飛行員和ATS部門的培訓(xùn)和認(rèn)證。

(6)建立實(shí)施完成后的審查和監(jiān)測系統(tǒng)以確保RCP安全有效運(yùn)行。

(7)規(guī)定所需RCP類型，并通過適當(dāng)?shù)牡胤轿募问桨l(fā)布。

(8)資格運(yùn)行認(rèn)證，確定通信系統(tǒng)中所有涉及的有關(guān)組織機(jī)構(gòu)，并根據(jù)給定的RCP類型隊(duì)所有的組織進(jìn)行性能需求劃分和資格測試。

(9)實(shí)施RCP的引進(jìn)計(jì)劃并注意審查和監(jiān)測。

3 所需通信性能實(shí)施步驟研究方向

2003年的第十一次航行會(huì)議上提出了RCP下一步的研究方向:

(1)概念與間隔研究的關(guān)系。ICAO間隔和空域安全專家組(SASP)在ICAO《確定最小間隔的空域規(guī)劃方法手冊(cè)》4的基礎(chǔ)上進(jìn)行間隔研究。對(duì)于通信性能，間隔研究采用了通信和管制員干預(yù)緩沖的概念。緩沖可以容許這種可能性，即當(dāng)獲得下一個(gè)距離檢查時(shí)，管制員可能會(huì)明顯地判斷出將會(huì)喪失間隔，從而需要管制員確立某些替代的間隔形式。間隔研究就與緩沖有關(guān)的通信能力的功能和性能特點(diǎn)做出假設(shè)。需要開展進(jìn)一步的工作，制定出確定性能要求的手段，這些要求需要適合間隔研究所做出的假設(shè)，特別是對(duì)于在RCP概念的框架內(nèi)的管制員干預(yù)和駕駛員開始的因天氣改航。

(2)概念與相互可操作性的關(guān)系。RCP概念的特點(diǎn)是以性能為基礎(chǔ)。然而，新興技術(shù)的涌現(xiàn)導(dǎo)致了使用不同技術(shù)解決辦法來提供類似的ATS功能。這使得CNS/ATM環(huán)境的規(guī)劃和實(shí)施更加復(fù)雜，對(duì)于在使用不同技術(shù)的世界各地經(jīng)營的經(jīng)營人，這大大地增加了航空器裝備、飛行機(jī)組合格計(jì)劃和程序制定的成本和復(fù)雜性。需要開展進(jìn)一步工作，解決由于使用不同技術(shù)完成類似ATS功能而產(chǎn)生的影響，并為更好地理解RCP概念與相互可操作性的關(guān)系提供指南。

(3)類型和分配的標(biāo)準(zhǔn)化。RCP概念文件建議將實(shí)施的RCP類型數(shù)量減至最少。RCP概念文件注意到，規(guī)定RCP類型或RCP類型的分配超出了其范圍。然而，RCP類型的數(shù)量沒有限制，可以支持一種RCP類型的不同分配也沒有限制。需要開展進(jìn)一步工作，確定RCP手冊(cè)是否能提供切合實(shí)際的RCP類型和相關(guān)的分配的數(shù)量，以便在全球應(yīng)用RCP概念。

(4)類型的分配。一種或多種RCP類型的分配應(yīng)當(dāng)考慮給提供空中交通服務(wù)方面的分配、視情給經(jīng)營人的通信服務(wù)提供者(CSP)的分配，以及給航空器裝備的分配。經(jīng)營人的CSP、航空器裝備和駕駛艙程序占了運(yùn)行通信性能的很大一部分。分配給經(jīng)營人和航空器的RCP類型需要在全球協(xié)調(diào)一致，這樣，各國就能夠確定經(jīng)營人和航空器裝備是否符合空中交通服務(wù)的使用條件。否則，經(jīng)營人和航空器裝備可能符合世界某一地區(qū)的ATS功能所適用的RCP類型，但可能不符合另一地區(qū)同一ATS功能所適用的RCP類型。例如，經(jīng)營人可能得到批準(zhǔn)，可以利用使用多重子網(wǎng)的管制員-駕駛員數(shù)據(jù)鏈通信(CPDLC)，如衛(wèi)星和高頻(HF)數(shù)據(jù)鏈。如果衛(wèi)星子網(wǎng)不能使用，那么，要求特定RCP類型的運(yùn)行在使用HF數(shù)據(jù)鏈時(shí)可能還不夠。另一個(gè)例子是，經(jīng)營人在進(jìn)入使用第三方或訂立合同的通信服務(wù)提供者(CSP)(該CSP和特定空中交通服務(wù)提供者訂立合同的CSP是同一個(gè))的空中交通數(shù)據(jù)鏈服務(wù)時(shí)可能符合RCP類型。然而，當(dāng)空中交通服務(wù)提供者通過不同的CSP訂立通信服務(wù)合同時(shí)，經(jīng)營人可能不符合同一RCP類型。

4 所需通信性能目前研究活動(dòng)

ICAO和業(yè)界小組正在進(jìn)一步展開RCP的研究工作。一些RCP的性能規(guī)范正在制定過程中:

(1)RCP 240應(yīng)用于數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，如基于SATCOM(/D)的CPDLC;

(2)RCP 400應(yīng)用于數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，如基于HFDL(/D)的CPDLC;

(3)RCP 400應(yīng)用于“非傳統(tǒng)”情況的標(biāo)準(zhǔn)，如衛(wèi)星通信語音系統(tǒng);

(4)新RCP類型，如RCP60或者RCP120應(yīng)用于陸地(國內(nèi))數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，如CPDLC基于VDLM2(/D);

(5)監(jiān)視標(biāo)準(zhǔn)，如不同間隔標(biāo)準(zhǔn)下的位置報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)。

5 所需通信性能應(yīng)用

針對(duì)已有的RCP標(biāo)準(zhǔn)，部分地區(qū)已經(jīng)展開RCP相關(guān)參數(shù)的測試工作。日本民航局2009年12月到2010年3月間在福岡飛行情報(bào)區(qū)采用銥星進(jìn)行RCP試驗(yàn)，測試CPDLC中TRN性能，結(jié)果如圖2所示。(假定ATSU系統(tǒng)和航空器系統(tǒng)的處理時(shí)間可以忽略。)

數(shù)據(jù)分析的結(jié)果顯示:TRN基本能夠滿足TT95%的要求(180秒)，但滿足ET99.9%的要求(210秒)，這是由于響應(yīng)時(shí)間沒有達(dá)到要求。

試驗(yàn)結(jié)果表明:銥星通信基本可以滿足RCP240/D中對(duì)CSP系統(tǒng)的要求，但是由于樣本空間較小，這樣斷定還為時(shí)尚早，需要進(jìn)一步的試驗(yàn)和分析。

參考文獻(xiàn)

[1]ICAO， Doc9613-AN/937.Manual on Required Communication Performance (RCP).

[2]C.R.Spitzer，Digital Avionics Handbook US，2007.