空管應(yīng)急系統(tǒng)通信保障問題研究

+ 郭福來 空軍裝備研究院某研究所

一、概述

空中交通管制系統(tǒng)（ATC），由各級管制機(jī)構(gòu)和空管自動化系統(tǒng)組成，主要承擔(dān)管制指揮、空域運(yùn)行管理、飛行流量管理和低空飛行服務(wù)等指揮協(xié)調(diào)任務(wù)，在保障民航生產(chǎn)運(yùn)行、軍航作戰(zhàn)訓(xùn)練的安全飛行中發(fā)揮了重要作用。

在重大自然災(zāi)害和突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，空中飛行流量將急劇攀升，空管系統(tǒng)在保障軍航正常戰(zhàn)備值班、民航航班飛行的同時(shí)，還需要承擔(dān)搶險(xiǎn)救災(zāi)所需的首長專機(jī)飛行，救災(zāi)人員、物資集結(jié)，空中輸送、空投空降，災(zāi)區(qū)上空任務(wù)飛行等高強(qiáng)度管制任務(wù)保障。2008年汶川地震發(fā)生時(shí)，從5月12日至6月12日，空管系統(tǒng)在四川災(zāi)區(qū)實(shí)施了新中國成立以來最大規(guī)模的航空管制，保障抗震救災(zāi)飛行6600余架次，開辟了一條條“空中生命線”和“空中綠色通道”。地震發(fā)生后，在成都地區(qū)先后集結(jié)了空軍、陸航、成都軍區(qū)和民航的200多架各型飛機(jī)，多種任務(wù)同時(shí)集中在4萬平方千米的管制空域內(nèi)，每天的飛行流量是平時(shí)的幾十倍。僅5月14日當(dāng)天，空管系統(tǒng)就保障38架各型運(yùn)輸機(jī)、直升機(jī)飛行134架次，將救災(zāi)部隊(duì)從各個(gè)戰(zhàn)區(qū)空運(yùn)至災(zāi)區(qū)，首次實(shí)現(xiàn)了我軍歷史上的萬人空中大投送。

二、國內(nèi)外空管系統(tǒng)應(yīng)急現(xiàn)狀

按照國際慣例，空管應(yīng)急處置主要包括本地備援、異地備援和移動備援三種模式，其中：

本地備援：是在一個(gè)管制機(jī)構(gòu)同時(shí)部署2套ATC自動化系統(tǒng)，互為主備用工作，即一套故障之后，另一套應(yīng)急接替；

異地備援：是不同管制機(jī)構(gòu)之間的異地備份和支援，即A區(qū)域管制機(jī)構(gòu)失效后，由臨近的B區(qū)域管制機(jī)構(gòu)應(yīng)急接替；

移動備援：是通過機(jī)動式管制系統(tǒng)或便攜式管制設(shè)備對固定管制機(jī)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)急接替和支援。一方面可應(yīng)急接替失效的固定管制機(jī)構(gòu)；另一方面作為固定管制機(jī)構(gòu)的派出機(jī)構(gòu),承擔(dān)應(yīng)急管制任務(wù)。

1.國外空管系統(tǒng)應(yīng)急現(xiàn)狀

美國空域廣闊，各級管制機(jī)構(gòu)數(shù)量龐大，技術(shù)設(shè)備先進(jìn)，又在美國聯(lián)邦航空管理局FAA）統(tǒng)一管理下，有共同的管制作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，且不同管制機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)組成、功能、互聯(lián)接口和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)基本上一致，因此當(dāng)某一管制機(jī)構(gòu)失效時(shí)，很容易被臨近的管制機(jī)構(gòu)接替。在1997年FAA發(fā)布的《空中交通服務(wù)應(yīng)急處置計(jì)劃》中，美國空管應(yīng)急處置策略主要為“異地備援”方式。

歐洲國家眾多，空域狹小，空域與空域之間的重疊現(xiàn)象比較常見，空管單位數(shù)量少，一個(gè)管制機(jī)構(gòu)需要管理兩到三個(gè)小國家，且各國管制體制和方式不盡相同，典型的“麻雀隨小，五臟俱全”。因此1997年歐洲空管安全組織（EUROCONTROL）發(fā)布了《空中交通服務(wù)應(yīng)急處置原則》，確定空管應(yīng)急的處置策略 “以本地備援為主，異地備援為輔”。

日本空域較廣，管制機(jī)構(gòu)眾多，容量大的機(jī)場間距離近，地面交通發(fā)達(dá)，其空管應(yīng)急處置策略與美國一致，重于“異地備援”。但由于日本深受地震、臺風(fēng)襲擾，“本地備援”理念也根深蒂固，備份空管系統(tǒng)建設(shè)十分完善，基本上每個(gè)管制機(jī)構(gòu)都是雙系統(tǒng)互為熱備份運(yùn)行。近年來，在“移動備援”空管系統(tǒng)開發(fā)研究及使用方面，日本也在國際上處于領(lǐng)先地位。因此日本采用“本地備援、異地備援和移動備援并重”的策略。

2.國內(nèi)空管系統(tǒng)應(yīng)急現(xiàn)狀

我國空管應(yīng)急系統(tǒng)建設(shè)與國外發(fā)達(dá)國家相比存在較大差距，即使與國內(nèi)電信、電力、鐵路等其他部門相比也差距明顯。在大多數(shù)軍航管制中心，目前只建設(shè)一套管制自動化系統(tǒng)，缺少備用和應(yīng)急系統(tǒng)。僅通過采用有線和無線通信手段互為備份，配置必要的機(jī)動式地空通信裝備和便攜式通信導(dǎo)航設(shè)備等方式來提高軍航應(yīng)急保障能力；民航管制中心普遍采用“本地備援”的應(yīng)急策略，建設(shè)了主用系統(tǒng)和應(yīng)急系統(tǒng)，但兩套系統(tǒng)多同址部署，在遇到地震、火災(zāi)等重大自然災(zāi)害時(shí)，經(jīng)常共同毀損，因此在應(yīng)對重大自然災(zāi)害時(shí)應(yīng)急處置能力較弱。

下面通過“5.12”地震西南空管局12日至14日間應(yīng)急保障情況來具體了解一下目前中國空管應(yīng)急處置的水平和現(xiàn)狀。

5月12日14:28，地震發(fā)生后雙流機(jī)場雷達(dá)故障、部分管制設(shè)備故障，西南空管局啟動應(yīng)急預(yù)案，航班備降重慶、西安民航機(jī)場和臨近空軍機(jī)場，全天雙流169個(gè)進(jìn)港航班和108個(gè)出港航班受到影響。15:00，西南空管局開始架設(shè)應(yīng)急指揮中心，利用三部電臺搭建了臨時(shí)塔臺、區(qū)調(diào)。20:00，應(yīng)急空管設(shè)備開始運(yùn)行，成都雙流機(jī)場和成都空域重新開放，由震前的雷達(dá)管制改為程序管制。

5月13日零時(shí)27分，民航二所送來了急需的VHF電臺；零時(shí)38分，川大智勝公司技術(shù)人員趕到現(xiàn)場架設(shè)應(yīng)急自動化系統(tǒng)；4時(shí)08分，飛行學(xué)院新津分院、廣漢分院送來兩套貝克電臺和三個(gè)OTE單機(jī)。

5月14日2時(shí)，區(qū)調(diào)、進(jìn)近管制室恢復(fù)運(yùn)行。14時(shí)，老航管樓塔臺重新恢復(fù)，管制員從停機(jī)坪的塔臺車移到室內(nèi)值班。

看過以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，有人會問，為什么像雙流這種國內(nèi)大型機(jī)場，在地震發(fā)生時(shí)還需要從附近研究所和飛行學(xué)院臨時(shí)抽調(diào)電臺支援？地空通信電臺是管制指揮的重要手段，平時(shí)就應(yīng)在機(jī)場和空管局儲備充足的備件以備不急之需，而不是震后從其他地區(qū)緊急調(diào)撥。由此可以看出，中國在空管應(yīng)急系統(tǒng)建設(shè)方面才剛剛起步，還有很大的建設(shè)和發(fā)展空間。

三、空管應(yīng)急系統(tǒng)通信保障需求

1.空管業(yè)務(wù)信息傳輸需求

空管業(yè)務(wù)信息主要包括語音、數(shù)據(jù)和視頻等業(yè)務(wù)。

（1）語音業(yè)務(wù)

語音業(yè)務(wù)主要包括管制移交電話和地空話音業(yè)務(wù)，其中管制移交電話主要使用地面程控電話以及衛(wèi)星電話資源，用于管制員之間管制指揮權(quán)移交的語音通信保障；地空話音業(yè)務(wù)主要使用超短波地空通信電臺，用于管制員對空實(shí)施管制指揮語音通信保障，可通過地網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)將分散部署的超短波電臺聯(lián)網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)電臺資源的共享利用。

（2）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

根據(jù)空管業(yè)務(wù)系統(tǒng)對信息傳輸、處理時(shí)限要求的不同，空管數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信息可分為“空管實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)信息”和“空管非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)信息”兩類。

空管實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)信息包括雷達(dá)情報(bào)（一、二次雷達(dá)監(jiān)視信息）和ADS-B（自動相關(guān)監(jiān)視）信息。其傳輸需求如下：

①傳輸特征：全天時(shí)連續(xù)傳輸、傳輸時(shí)延小而且相對固定；

②傳輸協(xié)議：一、二次雷達(dá)監(jiān)視信息采用HDLC/BSC協(xié)議；ADS-B信息采用HDLC/UDP協(xié)議；

③ 接口類型: V.24，以太網(wǎng)接口；

④信息速率：一、二次雷達(dá)監(jiān)視信息2.4kbps～64kbps/路，大多數(shù)為9.6kbps/路。ADS-B信息64～128kbps/地面站，現(xiàn)階段采用64kbps可滿足要求；

⑤傳輸時(shí)延：一、二次雷達(dá)監(jiān)視信息傳輸時(shí)延要求小于3秒。ADS-B信息傳輸時(shí)延要求小于1秒。

空管非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)信息主要包括：飛行情報(bào)、航行情報(bào)、氣象情報(bào)、對空射擊管理信息、飛行流量管理信息、空域運(yùn)行管理信息等，對信息的傳輸時(shí)延要求不高。非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)信息傳輸需求如下：

①傳輸特征：對處理時(shí)限要求相對較低，具有突發(fā)性，多為非連續(xù)數(shù)據(jù)流；

②傳輸協(xié)議：TCP/IP；

③接口類型: 以太網(wǎng)接口；

④接口速率：10/100Mbps。

（3）視頻業(yè)務(wù)

在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，可將空管應(yīng)急現(xiàn)場視頻圖像上傳至指定管制機(jī)構(gòu)，為領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)決策指揮提供第一手現(xiàn)場情況。

①傳輸特征：連續(xù)傳輸、傳輸時(shí)延小且相對固定；

②傳輸協(xié)議：TCP/IP；

③接口類型: 以太網(wǎng)接口；

④接口速率：10/100Mbps。

2.空管應(yīng)急通信保障需求

空管應(yīng)急通信保障需求主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）自成系統(tǒng)、獨(dú)立運(yùn)行，易于快速部署和安裝。

（2）系統(tǒng)健壯性好，當(dāng)管制中心地面線路遭到破壞后，業(yè)務(wù)可自動切換至備用路由繼續(xù)傳輸。備用路由主要是指衛(wèi)星、微波和散射等無線通信手段建立的應(yīng)急鏈路。

（3）隨遇接入能力強(qiáng)，空管應(yīng)急系統(tǒng)可通過無線、有線等多種通信手段快速接入空管通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與固定管制機(jī)構(gòu)間的信息交互。

（4）業(yè)務(wù)保障多樣化，可滿足管制中心話音、實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、視頻等業(yè)務(wù)傳輸需求。

（5）系統(tǒng)具有良好的傳輸性能，在同步數(shù)據(jù)傳輸方面應(yīng)滿足低時(shí)延和低抖動要求；具有良好的QoS、安全和網(wǎng)絡(luò)管理保證。

（6）裝備機(jī)動性、便攜性好，功耗低，適于惡劣自然環(huán)境應(yīng)用。

四、機(jī)動管制中心系統(tǒng)伴隨通信保障

1.機(jī)動管制中心系統(tǒng)建設(shè)

“十二五”期間國家在提高各級空管機(jī)構(gòu)“本地備援”能力的同時(shí)，高度重視“機(jī)動備援”能力的全面提升，計(jì)劃建設(shè)艦（船）載管制中心系統(tǒng)、車載應(yīng)急管制中心系統(tǒng)和便攜式應(yīng)急管制設(shè)備。這些機(jī)動管制中心系統(tǒng)/設(shè)備必須能夠快速與相關(guān)的機(jī)場/分區(qū)/區(qū)域管制中心建立通信鏈路，交互必要的空情監(jiān)視、飛行情報(bào)和氣象情報(bào)等信息。

2.機(jī)動管制中心系統(tǒng)通信需求

機(jī)動管制中心系統(tǒng)的工作模式主要包括以下兩種：一種為自主保障方式，不依托事發(fā)地既有空管基礎(chǔ)設(shè)施，通過配屬的空管監(jiān)視雷達(dá)、通信和電源設(shè)施即可實(shí)現(xiàn)自主保障。另一種為快速入網(wǎng)保障方式，應(yīng)急管制中心系統(tǒng)可隨遇接入既有空管通信網(wǎng)絡(luò)，與相關(guān)管制機(jī)構(gòu)進(jìn)行信息交互。

機(jī)動管制中心系統(tǒng)通信保障需求：具備從軍民航管制中心選擇接收多路雷達(dá)信息的能力；具備通過衛(wèi)星、微波等無線通信手段接入空管通信網(wǎng)，與固定管制機(jī)構(gòu)進(jìn)行雙向信息交互能力；具備地空和平面語音通信的能力。

五、衛(wèi)星通信在空管應(yīng)急保障中的應(yīng)用

1.空管衛(wèi)星通信應(yīng)用

根據(jù)空管系統(tǒng)應(yīng)急通信保障需求，結(jié)合衛(wèi)星通信的技術(shù)特點(diǎn)，按照“突出重點(diǎn)、發(fā)揮特長，應(yīng)急接替、確保暢通”的應(yīng)用思路，為空管業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息可靠傳輸提供保障。

（1）發(fā)揮衛(wèi)星通信的廣播優(yōu)勢，滿足監(jiān)視信息、氣象信息和視頻等空管業(yè)務(wù)信息廣播接收需求。

（2）發(fā)揮衛(wèi)星通信廣域覆蓋、開通便捷等特點(diǎn)，滿足空管地面?zhèn)鬏旀溌窇?yīng)急備份需求，全面提升網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性。

（3）發(fā)揮衛(wèi)星通信建鏈迅速、受地理環(huán)境條件限制小等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無地面通信依托情況下的自主通信，滿足機(jī)動式管制中心系統(tǒng)伴隨通信保障的需求。

2.機(jī)動管制中心衛(wèi)星通信手段運(yùn)用

機(jī)動管制中心應(yīng)急通信保障應(yīng)以衛(wèi)星通信手段為主，一方面通過研制多種機(jī)動方式的衛(wèi)星通信裝備接入既有空管衛(wèi)星通信網(wǎng)，為機(jī)動管制中心系統(tǒng)提供伴隨通信保障，滿足語音、空情監(jiān)視和飛行情報(bào)等業(yè)務(wù)傳輸需求；另一方面針對海事衛(wèi)星、銥星等民用通信系統(tǒng)的空管應(yīng)用展開研究。形成多手段互備的管制中心衛(wèi)星通信保障格局，提高在多種應(yīng)用背景下的空管應(yīng)急通信快速響應(yīng)能力。

在空管衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)中，應(yīng)充分考慮機(jī)動管制中心系統(tǒng)的信息傳輸需求和通信保障要求，發(fā)揮衛(wèi)星通信技術(shù)優(yōu)勢，選擇適宜的技術(shù)體制、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及應(yīng)用模式，使機(jī)動管制中心配套衛(wèi)星通信裝備可快速入網(wǎng)，快速擔(dān)負(fù)任務(wù)保障。空管應(yīng)急衛(wèi)星通信技術(shù)體制比較如表1所示。

圖1 機(jī)動管制中心系統(tǒng)衛(wèi)星通信典型應(yīng)用

表1 空管應(yīng)急衛(wèi)星通信技術(shù)體制比較

根據(jù)表1確定的技術(shù)體制，機(jī)動管制中心衛(wèi)星通信的典型應(yīng)用如圖1所示：

（1）通過單向衛(wèi)星接收終端自主選擇接收所需雷達(dá)監(jiān)視信息。

（2）通過FDMA終端快速建立與相關(guān)固定管制中心的點(diǎn)到點(diǎn)衛(wèi)星專線，實(shí)現(xiàn)報(bào)文、語音等信息的雙向交互。

（3）根據(jù)艦載和車載管制中心衛(wèi)星天線和功放配置余量大等特點(diǎn)，可增配MF-TDMA衛(wèi)星設(shè)備，以提高點(diǎn)到多點(diǎn)通信能力。

六、建議

由于中國空管應(yīng)急系統(tǒng)建設(shè)起步較晚，體系化保障能力差，因此在空管應(yīng)急體系建設(shè)時(shí)，應(yīng)制度建設(shè)先行，手段建設(shè)隨后趕上?？芍攸c(diǎn)從以下幾個(gè)方面著手，全面提高空管系統(tǒng)的應(yīng)急保障能力：一要建立健全空管系統(tǒng)應(yīng)急工作機(jī)制，二要推動空管應(yīng)急裝備體系建設(shè)，三要促進(jìn)空管應(yīng)急系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定，四要加強(qiáng)空管應(yīng)急系統(tǒng)人才隊(duì)伍建設(shè)，五要加強(qiáng)第一線機(jī)場空管應(yīng)急手段建設(shè)。