中國民航VHF數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用及發(fā)展

林樹

摘 要： 為了初步了解民航數(shù)據(jù)鏈，以及民航數(shù)據(jù)鏈在我們國家的使用情況和后續(xù)的發(fā)展，對目前民航數(shù)據(jù)鏈的應(yīng)用做了研究。主要研究民航ACARS數(shù)據(jù)鏈的地空通信鏈路的組成，上下行傳輸?shù)南?nèi)容，以及主要功能和應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合國際上民航數(shù)據(jù)鏈的推廣和應(yīng)用，在ICAO的使用標準要求下，對民航數(shù)據(jù)鏈在中國的發(fā)展進行了對比和分析。通過研究，得出目前我國主要應(yīng)用的是ACARS數(shù)據(jù)鏈，在此基礎(chǔ)上，逐步推廣VDL?2和ATN的建設(shè)。

關(guān)鍵詞： 民航VHF數(shù)據(jù)鏈； ACARS； VDL?2； VDL?3； VDL?4

中圖分類號： TN971.1?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）16?0074?03

Application and development of civil aviation VHF data link in China

LIN Shu

（No. 10 Research Institute， CETC， Chengdu 610036， China）

Abstract： In order to get a preliminary understand of civil aviation data link， its application status and development trend in China， the application of aviation data link was studied， especially the composition， contents of upper?downlink transmission， main function and application of ground to air communication link of civil aviation ACARS data link. On this basis， in combination with the promotion and application of international aviation data link， the development of aviation data link in China is compared and analyzed according to the request of ICAO standards. With the above research， the conclusion is that the main application of civil aviation data link in China is ACARS data link. The construction of VDL?2 and ATN will be gradually promoted on this basis.

Keywords： civil aviation VHF data link； ACARS； VDL?2； VDL?3； VDL?4

0 引 言

民航數(shù)據(jù)鏈是民航空地數(shù)據(jù)通信的通稱，該系統(tǒng)能夠通過地空數(shù)據(jù)通信服務(wù)提供商的通信網(wǎng)絡(luò)建立飛機與地面的連接。目前可以使用甚高頻（VHF），衛(wèi)星（SATCOM），高頻（HF）的方式進行飛機與地面間的數(shù)據(jù)傳輸。ACARS數(shù)據(jù)鏈在民航上1978年正式投入使用。借助于ACARS數(shù)據(jù)鏈，能將飛機上的相關(guān)數(shù)據(jù)自動或人工下傳到地面計算機網(wǎng)絡(luò)，使飛機成為地面控制、指揮與管理系統(tǒng)的一部分[1?2]。

目前ACARS數(shù)據(jù)鏈在全球應(yīng)用范圍廣泛，全球一共有2 000余個地面站，其中國內(nèi)的地面站有200余個，目前商業(yè)運行的主流飛機，均具備ACARS數(shù)據(jù)鏈功能。VHF空地通信系統(tǒng)的技術(shù)特性在國際民航公約附件10第I卷中做了詳細規(guī)定。其頻率范圍為117.975～137 MHz（實際指配范圍為118～136.975 MHz），信道間隔為25 kHz，總信道為760個。中國地區(qū)VHF數(shù)據(jù)通信基頻頻率為131.450 MHz，除基頻外還有127.275 MHz，133.025 MHz和126.475 MHz備用工作頻率點。

1 民航數(shù)據(jù)鏈組成

ACARS地空數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（飛機通信、尋址與報告系統(tǒng)）分為三大部分，即機載地空數(shù)據(jù)通信設(shè)備，地空數(shù)據(jù)通信地面網(wǎng)絡(luò)和地空數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)信息地面處理系統(tǒng)。

（1） 機載地空數(shù)據(jù)通信設(shè)備主要包括：通信管理組件；多功能控制與顯示組件或其他顯示設(shè)備；VHF/HF/衛(wèi)星收發(fā)信機（電臺）；打印機。

（2） 地空數(shù)據(jù)通信地面網(wǎng)絡(luò)主要包括：VHF地面站（HF地球站/衛(wèi)星地面接收站）；網(wǎng)絡(luò)運行控制中心。

（3） 地面處理系統(tǒng)主要包括：航空公司數(shù)據(jù)通信應(yīng)用系統(tǒng)，包括飛行運行監(jiān)控系統(tǒng)，飛機維修與遠程狀態(tài)監(jiān)控與故障終端系統(tǒng)，地面服務(wù)與支持系統(tǒng)等；空中交通管制與服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，包括飛機起飛前放行系統(tǒng)（PDC），數(shù)字式自動化終端區(qū)信息服務(wù)系統(tǒng)（D?ATIS），飛行員?管制員數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)（CPDLC）等；公眾服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。

地空數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 地空數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成

目前機載數(shù)據(jù)鏈設(shè)備硬件主要為Honeywell，Rockwell Collins，Teledyne等廠商提供的產(chǎn)品。

2 民航數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用

作為目前世界上使用廣泛的地空數(shù)據(jù)通信技術(shù)，地空數(shù)據(jù)通信為航空公司、空中交通管制與服務(wù)單位、機場等單位和部門的日常運行管理起到積極的輔助作用，已成為進行飛機運行管理的重要手段之一[3]。ACARS數(shù)據(jù)鏈分為上行消息傳輸和下行消息傳輸，傳輸流程如圖2所示。

在飛機飛行過程中，不同的階段均要使用民航數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)。不同階段使用情況見圖3所示。

由于數(shù)據(jù)傳輸本身的特性以及其在飛機運行控制與服務(wù)，飛機狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷，飛機管制與服務(wù)等方面應(yīng)用時表現(xiàn)出的極大優(yōu)越性。

具體優(yōu)越性如下：

（1） 減少了由于話音通信產(chǎn)生的語義誤解，信息表達費時的情況，大大提高了飛行員，管制員的工作效率，減輕了飛行員，管制員的工作負荷；

（2） 減輕了頻率資源緊張的情況，為進行更大規(guī)模的飛行服務(wù)提供了可利用的技術(shù)基礎(chǔ)；

（3） 提高了航空公司機務(wù)維修部門對飛機故障分析與診斷的能力，減輕了對外站機務(wù)維修部門的依賴性，對進行航材的預(yù)準備，減少飛行延誤具有積極意義；

（4） 減少了航空公司地面服務(wù)部門對人員的需求，節(jié)省了人力資源，降低了航空公司對車輛購置、車輛維修、油料、辦公場地等條件的依賴性，為航空公司運行節(jié)省了成本。

圖2 ACARS數(shù)據(jù)鏈上、下行消息傳輸示意圖

圖3 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)在飛機飛行過程中的應(yīng)用

3 民航數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展

ACARS模式數(shù)據(jù)鏈在全球建有多個站點，該數(shù)據(jù)鏈的特點是使用相對簡單，發(fā)展較早，使用廣泛，但傳輸速率較慢，只有2.4 Kb/s。隨著世界范圍內(nèi)民航業(yè)務(wù)的迅速增長，原有的航空通信體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足目前民航通信發(fā)展的需要。為此，國際民航組織（ICAO）提出在全球建立一個新航行系統(tǒng)即新的通信、導(dǎo)航、監(jiān)視和空中交通管理系統(tǒng)（CNS/ATM）來改善和提高現(xiàn)有的航空通信、導(dǎo)航、監(jiān)視和空中交通管理能力。而作為支持該系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施，將建立一個適用新航行系統(tǒng)的航空服務(wù)和航空管制的專用網(wǎng)絡(luò)—航空電信網(wǎng)（ATN）。為解決地?空的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)增長而帶來的高通信速度要求和高帶寬要求問題， ICAO要求民航通信從航空電報專用網(wǎng)絡(luò)（ATFN）向ATN過渡。甚高頻數(shù)據(jù)鏈（VDL）通信是ATN空?地通信子網(wǎng)的主要實現(xiàn)方式，世界上的各航空大國也一直在基于此開展研究[4]。

新航行系統(tǒng)是一個先進技術(shù)為載體的全球通信、導(dǎo)航、監(jiān)視和空中管理系統(tǒng)。ATN作為新航行系統(tǒng)的重要組成部分，是關(guān)系到空管、系統(tǒng)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施。歐洲和美國計劃在2015年之前部署完成VDL?2數(shù)據(jù)鏈。我國作為ICAO的成員國，在實施新航行系統(tǒng)的過程中，必須遵循ATN的建設(shè)規(guī)范，目前我國也在展開部署的前期工作。1997年，國際民航組織完成ATN技術(shù)標準的制定工作，發(fā)布了相關(guān)技術(shù)標準ATN SARPs（ICAO Doc 9705），后續(xù)并對ATN技術(shù)進行了不斷的補充和完善。在地?空通信領(lǐng)域，VDL?2技術(shù)跟蹤與研究也是ATN系統(tǒng)實施中的一個重要環(huán)節(jié)。目前VDL ?2是新發(fā)展的數(shù)據(jù)鏈中技術(shù)最為成熟的，已在美國、歐洲和日本進行了應(yīng)用。在2011年，美國國內(nèi)已經(jīng)建成300多個VDL ?2地面站點并投入使用。而且設(shè)備基本可以實現(xiàn)由ACARS的平滑升級，減少了建設(shè)資金的投入。VDL ?3是美國聯(lián)邦航空局（FAA）提出的下一代甚高頻地空數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)，其最大的特點是同時支持語音和數(shù)據(jù)的傳輸，美國和日本一直在開展VDL?3的相關(guān)研究。VDL?4是瑞典推出的一種甚高頻數(shù)據(jù)鏈，對于空空通信和ADS?B的支持是其最大優(yōu)勢。VDL?4是歐洲準備將來采用的甚高頻地空數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)。VDL數(shù)據(jù)模式應(yīng)用對比情況見表1所示。我國作為ICAO的參與國家，在參加ICAO相關(guān)會議的同時，我國同時與國外VDL?2設(shè)備生產(chǎn)廠商，如美國ARINC、Collins公司等進行技術(shù)交流，獲取目前地空數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)向ATN 系統(tǒng)的過渡方案與建議，以及北美、歐洲等地區(qū)實施VDL?2系統(tǒng)的經(jīng)驗。

在2004年，國內(nèi)開始了VDL?2數(shù)據(jù)鏈的研究工作。目前我國在VDL?2數(shù)據(jù)鏈建設(shè)上也取得了一定的進步，目前國內(nèi)已經(jīng)建立了超過10個地面站點，能夠支持VDL?2數(shù)據(jù)鏈的應(yīng)用，目前已經(jīng)初步完成了系統(tǒng)的建設(shè)、測試和試驗等相關(guān)工作[5?8]。

表1 民航數(shù)據(jù)鏈技術(shù)指標對比

目前國內(nèi)ATN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案分為三個階段：

（1） 第一階段：國際通信出口ATN升級擴容及路由測試。實施北京國際通信出口ATN升級擴容及路由測試。主要工作為升級北京通信中心內(nèi)的國際通信接口設(shè)備，使之符合ATN 技術(shù)規(guī)范要求，并進行ATN國際路由測試。

（2） 第二階段：ATN骨干網(wǎng)建設(shè)。根據(jù)ATN網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計理論依據(jù)、國際經(jīng)驗和國內(nèi)空管運行管理體制以及目前AFTN網(wǎng)絡(luò)流量現(xiàn)狀，國內(nèi)ATN骨干網(wǎng)絡(luò)應(yīng)由總局空管局、北京、上海、廣州、沈陽、西安、成都、烏魯木齊8個節(jié)點組成。另外一項重要內(nèi)容是開展地空網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用建設(shè)的準備工作，進行VDL?2網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、測試與試驗工作，包括建設(shè)VDL?2網(wǎng)絡(luò)運行管理系統(tǒng)，進行中國民航網(wǎng)關(guān)集群系統(tǒng)與VDL?2網(wǎng)絡(luò)的接入與服務(wù)驗證，研發(fā)與測試基于VDL?2網(wǎng)絡(luò)的運行，同時兼容ACARS網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)與地面應(yīng)用與服務(wù)系統(tǒng)。

（3） 第三階段：ATN地面網(wǎng)和應(yīng)用全面實施。ATN地面網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用將擴展到全國范圍?；贏TN的AMHS應(yīng)用將全面替代目前的AFTN轉(zhuǎn)報系統(tǒng)，其他基于ATN的地面應(yīng)用也將逐步投入運行。此階段包括AOA（ACARS over AVLC）系統(tǒng)的建設(shè)，AOA的實現(xiàn)允許在CPS 和飛行器之間通過VDL?2空/地網(wǎng)絡(luò)傳遞ACARS信息。ACARS信息被封裝在AVLC框架內(nèi)并通過空/地數(shù)據(jù)鏈層的連接傳遞[9?10]。AOA結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。

圖4 AOA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié) 語

結(jié)合國內(nèi)的現(xiàn)在和國際上民航系統(tǒng)的發(fā)展，我國選用的民航數(shù)據(jù)鏈是在現(xiàn)有的ACARS數(shù)據(jù)鏈基站的基礎(chǔ)上，逐步推廣VDL? 2數(shù)據(jù)鏈。在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，采用AOA架構(gòu)來進行過度使用。伴隨著航空資源的緊張和對飛機空管要求、維護要求、航空公司更好的服務(wù)要求，民航數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用將會進一步擴大。伴隨著中國國內(nèi)經(jīng)濟的發(fā)展，將會有更多的飛機投入運營，民航數(shù)據(jù)鏈通信將會得到更大的發(fā)展。

參考文獻

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在飛機飛行過程中，不同的階段均要使用民航數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)。不同階段使用情況見圖3所示。

由于數(shù)據(jù)傳輸本身的特性以及其在飛機運行控制與服務(wù)，飛機狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷，飛機管制與服務(wù)等方面應(yīng)用時表現(xiàn)出的極大優(yōu)越性。

具體優(yōu)越性如下：

（1） 減少了由于話音通信產(chǎn)生的語義誤解，信息表達費時的情況，大大提高了飛行員，管制員的工作效率，減輕了飛行員，管制員的工作負荷；

（2） 減輕了頻率資源緊張的情況，為進行更大規(guī)模的飛行服務(wù)提供了可利用的技術(shù)基礎(chǔ)；

（3） 提高了航空公司機務(wù)維修部門對飛機故障分析與診斷的能力，減輕了對外站機務(wù)維修部門的依賴性，對進行航材的預(yù)準備，減少飛行延誤具有積極意義；

（4） 減少了航空公司地面服務(wù)部門對人員的需求，節(jié)省了人力資源，降低了航空公司對車輛購置、車輛維修、油料、辦公場地等條件的依賴性，為航空公司運行節(jié)省了成本。

圖2 ACARS數(shù)據(jù)鏈上、下行消息傳輸示意圖

圖3 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)在飛機飛行過程中的應(yīng)用

3 民航數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展

ACARS模式數(shù)據(jù)鏈在全球建有多個站點，該數(shù)據(jù)鏈的特點是使用相對簡單，發(fā)展較早，使用廣泛，但傳輸速率較慢，只有2.4 Kb/s。隨著世界范圍內(nèi)民航業(yè)務(wù)的迅速增長，原有的航空通信體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足目前民航通信發(fā)展的需要。為此，國際民航組織（ICAO）提出在全球建立一個新航行系統(tǒng)即新的通信、導(dǎo)航、監(jiān)視和空中交通管理系統(tǒng)（CNS/ATM）來改善和提高現(xiàn)有的航空通信、導(dǎo)航、監(jiān)視和空中交通管理能力。而作為支持該系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施，將建立一個適用新航行系統(tǒng)的航空服務(wù)和航空管制的專用網(wǎng)絡(luò)—航空電信網(wǎng)（ATN）。為解決地?空的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)增長而帶來的高通信速度要求和高帶寬要求問題， ICAO要求民航通信從航空電報專用網(wǎng)絡(luò)（ATFN）向ATN過渡。甚高頻數(shù)據(jù)鏈（VDL）通信是ATN空?地通信子網(wǎng)的主要實現(xiàn)方式，世界上的各航空大國也一直在基于此開展研究[4]。

新航行系統(tǒng)是一個先進技術(shù)為載體的全球通信、導(dǎo)航、監(jiān)視和空中管理系統(tǒng)。ATN作為新航行系統(tǒng)的重要組成部分，是關(guān)系到空管、系統(tǒng)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施。歐洲和美國計劃在2015年之前部署完成VDL?2數(shù)據(jù)鏈。我國作為ICAO的成員國，在實施新航行系統(tǒng)的過程中，必須遵循ATN的建設(shè)規(guī)范，目前我國也在展開部署的前期工作。1997年，國際民航組織完成ATN技術(shù)標準的制定工作，發(fā)布了相關(guān)技術(shù)標準ATN SARPs（ICAO Doc 9705），后續(xù)并對ATN技術(shù)進行了不斷的補充和完善。在地?空通信領(lǐng)域，VDL?2技術(shù)跟蹤與研究也是ATN系統(tǒng)實施中的一個重要環(huán)節(jié)。目前VDL ?2是新發(fā)展的數(shù)據(jù)鏈中技術(shù)最為成熟的，已在美國、歐洲和日本進行了應(yīng)用。在2011年，美國國內(nèi)已經(jīng)建成300多個VDL ?2地面站點并投入使用。而且設(shè)備基本可以實現(xiàn)由ACARS的平滑升級，減少了建設(shè)資金的投入。VDL ?3是美國聯(lián)邦航空局（FAA）提出的下一代甚高頻地空數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)，其最大的特點是同時支持語音和數(shù)據(jù)的傳輸，美國和日本一直在開展VDL?3的相關(guān)研究。VDL?4是瑞典推出的一種甚高頻數(shù)據(jù)鏈，對于空空通信和ADS?B的支持是其最大優(yōu)勢。VDL?4是歐洲準備將來采用的甚高頻地空數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)。VDL數(shù)據(jù)模式應(yīng)用對比情況見表1所示。我國作為ICAO的參與國家，在參加ICAO相關(guān)會議的同時，我國同時與國外VDL?2設(shè)備生產(chǎn)廠商，如美國ARINC、Collins公司等進行技術(shù)交流，獲取目前地空數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)向ATN 系統(tǒng)的過渡方案與建議，以及北美、歐洲等地區(qū)實施VDL?2系統(tǒng)的經(jīng)驗。

在2004年，國內(nèi)開始了VDL?2數(shù)據(jù)鏈的研究工作。目前我國在VDL?2數(shù)據(jù)鏈建設(shè)上也取得了一定的進步，目前國內(nèi)已經(jīng)建立了超過10個地面站點，能夠支持VDL?2數(shù)據(jù)鏈的應(yīng)用，目前已經(jīng)初步完成了系統(tǒng)的建設(shè)、測試和試驗等相關(guān)工作[5?8]。

表1 民航數(shù)據(jù)鏈技術(shù)指標對比

目前國內(nèi)ATN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案分為三個階段：

（1） 第一階段：國際通信出口ATN升級擴容及路由測試。實施北京國際通信出口ATN升級擴容及路由測試。主要工作為升級北京通信中心內(nèi)的國際通信接口設(shè)備，使之符合ATN 技術(shù)規(guī)范要求，并進行ATN國際路由測試。

（2） 第二階段：ATN骨干網(wǎng)建設(shè)。根據(jù)ATN網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計理論依據(jù)、國際經(jīng)驗和國內(nèi)空管運行管理體制以及目前AFTN網(wǎng)絡(luò)流量現(xiàn)狀，國內(nèi)ATN骨干網(wǎng)絡(luò)應(yīng)由總局空管局、北京、上海、廣州、沈陽、西安、成都、烏魯木齊8個節(jié)點組成。另外一項重要內(nèi)容是開展地空網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用建設(shè)的準備工作，進行VDL?2網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、測試與試驗工作，包括建設(shè)VDL?2網(wǎng)絡(luò)運行管理系統(tǒng)，進行中國民航網(wǎng)關(guān)集群系統(tǒng)與VDL?2網(wǎng)絡(luò)的接入與服務(wù)驗證，研發(fā)與測試基于VDL?2網(wǎng)絡(luò)的運行，同時兼容ACARS網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)與地面應(yīng)用與服務(wù)系統(tǒng)。

（3） 第三階段：ATN地面網(wǎng)和應(yīng)用全面實施。ATN地面網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用將擴展到全國范圍?；贏TN的AMHS應(yīng)用將全面替代目前的AFTN轉(zhuǎn)報系統(tǒng)，其他基于ATN的地面應(yīng)用也將逐步投入運行。此階段包括AOA（ACARS over AVLC）系統(tǒng)的建設(shè)，AOA的實現(xiàn)允許在CPS 和飛行器之間通過VDL?2空/地網(wǎng)絡(luò)傳遞ACARS信息。ACARS信息被封裝在AVLC框架內(nèi)并通過空/地數(shù)據(jù)鏈層的連接傳遞[9?10]。AOA結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。

圖4 AOA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié) 語

結(jié)合國內(nèi)的現(xiàn)在和國際上民航系統(tǒng)的發(fā)展，我國選用的民航數(shù)據(jù)鏈是在現(xiàn)有的ACARS數(shù)據(jù)鏈基站的基礎(chǔ)上，逐步推廣VDL? 2數(shù)據(jù)鏈。在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，采用AOA架構(gòu)來進行過度使用。伴隨著航空資源的緊張和對飛機空管要求、維護要求、航空公司更好的服務(wù)要求，民航數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用將會進一步擴大。伴隨著中國國內(nèi)經(jīng)濟的發(fā)展，將會有更多的飛機投入運營，民航數(shù)據(jù)鏈通信將會得到更大的發(fā)展。

參考文獻

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在飛機飛行過程中，不同的階段均要使用民航數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)。不同階段使用情況見圖3所示。

由于數(shù)據(jù)傳輸本身的特性以及其在飛機運行控制與服務(wù)，飛機狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷，飛機管制與服務(wù)等方面應(yīng)用時表現(xiàn)出的極大優(yōu)越性。

具體優(yōu)越性如下：

（1） 減少了由于話音通信產(chǎn)生的語義誤解，信息表達費時的情況，大大提高了飛行員，管制員的工作效率，減輕了飛行員，管制員的工作負荷；

（2） 減輕了頻率資源緊張的情況，為進行更大規(guī)模的飛行服務(wù)提供了可利用的技術(shù)基礎(chǔ)；

（3） 提高了航空公司機務(wù)維修部門對飛機故障分析與診斷的能力，減輕了對外站機務(wù)維修部門的依賴性，對進行航材的預(yù)準備，減少飛行延誤具有積極意義；

（4） 減少了航空公司地面服務(wù)部門對人員的需求，節(jié)省了人力資源，降低了航空公司對車輛購置、車輛維修、油料、辦公場地等條件的依賴性，為航空公司運行節(jié)省了成本。

圖2 ACARS數(shù)據(jù)鏈上、下行消息傳輸示意圖

圖3 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)在飛機飛行過程中的應(yīng)用

3 民航數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展

ACARS模式數(shù)據(jù)鏈在全球建有多個站點，該數(shù)據(jù)鏈的特點是使用相對簡單，發(fā)展較早，使用廣泛，但傳輸速率較慢，只有2.4 Kb/s。隨著世界范圍內(nèi)民航業(yè)務(wù)的迅速增長，原有的航空通信體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足目前民航通信發(fā)展的需要。為此，國際民航組織（ICAO）提出在全球建立一個新航行系統(tǒng)即新的通信、導(dǎo)航、監(jiān)視和空中交通管理系統(tǒng)（CNS/ATM）來改善和提高現(xiàn)有的航空通信、導(dǎo)航、監(jiān)視和空中交通管理能力。而作為支持該系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施，將建立一個適用新航行系統(tǒng)的航空服務(wù)和航空管制的專用網(wǎng)絡(luò)—航空電信網(wǎng)（ATN）。為解決地?空的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)增長而帶來的高通信速度要求和高帶寬要求問題， ICAO要求民航通信從航空電報專用網(wǎng)絡(luò)（ATFN）向ATN過渡。甚高頻數(shù)據(jù)鏈（VDL）通信是ATN空?地通信子網(wǎng)的主要實現(xiàn)方式，世界上的各航空大國也一直在基于此開展研究[4]。

新航行系統(tǒng)是一個先進技術(shù)為載體的全球通信、導(dǎo)航、監(jiān)視和空中管理系統(tǒng)。ATN作為新航行系統(tǒng)的重要組成部分，是關(guān)系到空管、系統(tǒng)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施。歐洲和美國計劃在2015年之前部署完成VDL?2數(shù)據(jù)鏈。我國作為ICAO的成員國，在實施新航行系統(tǒng)的過程中，必須遵循ATN的建設(shè)規(guī)范，目前我國也在展開部署的前期工作。1997年，國際民航組織完成ATN技術(shù)標準的制定工作，發(fā)布了相關(guān)技術(shù)標準ATN SARPs（ICAO Doc 9705），后續(xù)并對ATN技術(shù)進行了不斷的補充和完善。在地?空通信領(lǐng)域，VDL?2技術(shù)跟蹤與研究也是ATN系統(tǒng)實施中的一個重要環(huán)節(jié)。目前VDL ?2是新發(fā)展的數(shù)據(jù)鏈中技術(shù)最為成熟的，已在美國、歐洲和日本進行了應(yīng)用。在2011年，美國國內(nèi)已經(jīng)建成300多個VDL ?2地面站點并投入使用。而且設(shè)備基本可以實現(xiàn)由ACARS的平滑升級，減少了建設(shè)資金的投入。VDL ?3是美國聯(lián)邦航空局（FAA）提出的下一代甚高頻地空數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)，其最大的特點是同時支持語音和數(shù)據(jù)的傳輸，美國和日本一直在開展VDL?3的相關(guān)研究。VDL?4是瑞典推出的一種甚高頻數(shù)據(jù)鏈，對于空空通信和ADS?B的支持是其最大優(yōu)勢。VDL?4是歐洲準備將來采用的甚高頻地空數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)。VDL數(shù)據(jù)模式應(yīng)用對比情況見表1所示。我國作為ICAO的參與國家，在參加ICAO相關(guān)會議的同時，我國同時與國外VDL?2設(shè)備生產(chǎn)廠商，如美國ARINC、Collins公司等進行技術(shù)交流，獲取目前地空數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)向ATN 系統(tǒng)的過渡方案與建議，以及北美、歐洲等地區(qū)實施VDL?2系統(tǒng)的經(jīng)驗。

在2004年，國內(nèi)開始了VDL?2數(shù)據(jù)鏈的研究工作。目前我國在VDL?2數(shù)據(jù)鏈建設(shè)上也取得了一定的進步，目前國內(nèi)已經(jīng)建立了超過10個地面站點，能夠支持VDL?2數(shù)據(jù)鏈的應(yīng)用，目前已經(jīng)初步完成了系統(tǒng)的建設(shè)、測試和試驗等相關(guān)工作[5?8]。

表1 民航數(shù)據(jù)鏈技術(shù)指標對比

目前國內(nèi)ATN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案分為三個階段：

（1） 第一階段：國際通信出口ATN升級擴容及路由測試。實施北京國際通信出口ATN升級擴容及路由測試。主要工作為升級北京通信中心內(nèi)的國際通信接口設(shè)備，使之符合ATN 技術(shù)規(guī)范要求，并進行ATN國際路由測試。

（2） 第二階段：ATN骨干網(wǎng)建設(shè)。根據(jù)ATN網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計理論依據(jù)、國際經(jīng)驗和國內(nèi)空管運行管理體制以及目前AFTN網(wǎng)絡(luò)流量現(xiàn)狀，國內(nèi)ATN骨干網(wǎng)絡(luò)應(yīng)由總局空管局、北京、上海、廣州、沈陽、西安、成都、烏魯木齊8個節(jié)點組成。另外一項重要內(nèi)容是開展地空網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用建設(shè)的準備工作，進行VDL?2網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、測試與試驗工作，包括建設(shè)VDL?2網(wǎng)絡(luò)運行管理系統(tǒng)，進行中國民航網(wǎng)關(guān)集群系統(tǒng)與VDL?2網(wǎng)絡(luò)的接入與服務(wù)驗證，研發(fā)與測試基于VDL?2網(wǎng)絡(luò)的運行，同時兼容ACARS網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)與地面應(yīng)用與服務(wù)系統(tǒng)。

（3） 第三階段：ATN地面網(wǎng)和應(yīng)用全面實施。ATN地面網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用將擴展到全國范圍。基于ATN的AMHS應(yīng)用將全面替代目前的AFTN轉(zhuǎn)報系統(tǒng)，其他基于ATN的地面應(yīng)用也將逐步投入運行。此階段包括AOA（ACARS over AVLC）系統(tǒng)的建設(shè)，AOA的實現(xiàn)允許在CPS 和飛行器之間通過VDL?2空/地網(wǎng)絡(luò)傳遞ACARS信息。ACARS信息被封裝在AVLC框架內(nèi)并通過空/地數(shù)據(jù)鏈層的連接傳遞[9?10]。AOA結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。

圖4 AOA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié) 語

結(jié)合國內(nèi)的現(xiàn)在和國際上民航系統(tǒng)的發(fā)展，我國選用的民航數(shù)據(jù)鏈是在現(xiàn)有的ACARS數(shù)據(jù)鏈基站的基礎(chǔ)上，逐步推廣VDL? 2數(shù)據(jù)鏈。在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，采用AOA架構(gòu)來進行過度使用。伴隨著航空資源的緊張和對飛機空管要求、維護要求、航空公司更好的服務(wù)要求，民航數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用將會進一步擴大。伴隨著中國國內(nèi)經(jīng)濟的發(fā)展，將會有更多的飛機投入運營，民航數(shù)據(jù)鏈通信將會得到更大的發(fā)展。

參考文獻

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