基于卫星的CNS／ATM系统
2019-11-03 18:31:16
供稿：网友
基于卫星的CNS／ATM系统<1>（金强） 空中交通管理系统CNS／ATM有四大要素，即硬件系统CNS中的C（通信）、N（导航）、S（监视）和软件系统空中交通管理（ATM）。ATM包括空域管理（ASM）、空中交通服务（ATS）和空中交通流量管理（ATFM）三大部分内容。 ATS又含空中交通管制（ATC），而ATC则含飞行情报服务（FIS）、航空气象服务（AWS）、警告服务（AL）与搜索救援（SAR）。CNS使地面系统与空中用户紧密而准确地彼此进行联系，并以此为基础，采用一套具有全新的规定、办法与程序的ATM，使得空域运用灵活有效；且提高飞行安全及效率。一发展新CNS／ATM的必要性1．陆基CNS／ATM系统的局限性 现行普遍使用的空中交通管理系统是陆基系统。鉴于建在地面的导航台和雷达的信号覆盖范围有限，在大洋、沙漠、丛林等环境条件下往往造成空白，不能为飞行在这些地方的飞机提供良好的服务。同时，这种系统地空之间的信息交换主要是靠话音与二次雷达；能交换的信息量也十分有限；再加上在飞机数量多的情况下，S模式的二次雷达对飞机发回的二次应答信号的识别还可能发生混淆，故限制了系统容量，也限制了飞机的流量。由于全球地域广、国家多，各地区各国家的发展极不平衡，造成空中交通情况存在很大差异，而随着经济的全球化，地区间、国家间的交往越来越频繁，因此就必然带来机载电子设备与地面空中交通管制设备的复杂化、多样化，既增加开支，又造成资源浪费，还带来不便。还有，现行系统只能为飞机提供有限的优化飞行剖面，不仅造成空域资源的浪费，使飞行安全与经济效益停留在低水平上；而且限制了航空业的进一步发展。再则，地面与机载信息交换手段发展亦不协调；加之航路设计与航路结构的灵活性远远满足不了用户的需求，而且整个系统的自动化程度相当低，限制了飞机流量的增加，限制了经济效益的提高。2．航空运输发展的必然性 随着知识经济时代的来临，人员的交往与货物的交换与日俱增，航空业的运输量也不断地持续增长。 据航空界专家和国内外航空运输组织依照 80年代到90年代的实际运输情况及其发展预测：亚太地区的航空飞行量1993年已占全球的33％，2000年约占40％，而到2010年将占全球总飞行量的 50％左右。 我国作为跨欧亚以及东南亚至北美最佳航路所必经的区域，在亚太地区乃至全球的航空运输业中占有相当重要的地位，其航空运输量以年均20％的速率增长。与此同时，据报道和专家们分析，自90年代中期到2005年期间；全世界约有200来个机场进行扩建和改建。德国、英国、意大利、日本、新加坡、泰国、印度和我国均投以相当资金来加速机场建设，而且新型飞机也在不断投入运营。为了满足日益增长的空中运输量的要求、适应新型飞机航程与航速的扩展、克服陆基空中交通管理系统的局限性，国际民航组织决定实施基于卫星导航、卫星通信和数据通信的新的空中交通管理系统，即新的CNS／ATM系统。二发展新CNS／ATM的技术基础 空中交通管理系统的技术基础主要是三大硬件，即通信、导航与监视。而新航行系统主要就新在“空基”上，即系统是以空中卫星为基本特征的。导航是新系统的核心，通信是系统的必要条件，监视可以说是系统安全保障的手段，三者缺一不可。1．导航 空基空中交通管理系统的核心就是全球卫星导航系统（GNSS），它包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS和国际海事卫星通信系统（INMARSAT），以及其他的卫星导航系统等。 GPS于 1994年3月布设（21＋3）颗全球卫星导航系统星座，并正式投入使用，它提供P码信号精密定位（PPS）和C／A码信号标准定位（SPS）两项服务。前者只有美国军方以及特许用户才能使用，定位精度优于10m；后者为民用，定位精度水平位置为100m（2σ），垂直位置为156m（2σ）。国际民航组织已将GPS纳入GNSS。 GLONASS类似于 GPS，于 1995年 12月完成空中 24颗卫星的布设。俄罗斯早在80年代就宣布民用码信号免费向全世界民用用户提供服务，其定位精度与GPS的C／A码接近。 INMARSAT-Ⅲ星加装了导航船，4颗这样的卫星于1995年底入轨运行，它发送附加的测距信号，转发来自地面基准网的广域电离层校正值与DGNSS修正值，还转发来自地面监测网的GPS与GLONASS的完善性信息。 DGNSS差分全球卫星导航系统包括广域与局域两种差分，分别可将定位精度提高到5－10m与3－5m，差分数据键还广播GPS完善性监测信号。 新CNS／ATM的GNSS导航主要是靠GPS和GLONASS而 INMARSAT－Ⅲ的主要作用是改善其实时定位精度，增强民用导航的可靠性。使用GNSS，飞机就可直线飞行，既缩短了飞机间隔，又省时省油，并提高了安全性、准点率与空间利用率，而且还能以此为基础作自动相关监视。2．通信 现代通信是实现新航行系统的一个极其重要的条件，业已发展并被广泛应用的卫星通信、数据通信以及航空电信网等，使系统的地面与空地通信有机地融为一体。 航空移动卫星通信（AMSS）包括话音／数据通信两种方式，它使空中飞机在任何地方都能与地面进行实时有效的通信，且在空管中心的实时监视之中。它与机载卫星导航接收机相结合，可提供对飞机的自动相关监视（ADS）。 VHF话音／数据通信，时延较低，数据通信速率却比AMSS还高，且音质好、费用低，因此在终端交通密集区可将它加入到新系统继续效力。 二次监视雷达S模式在对空中交通进行非相关监视的同时提供空／地数据链路。SSR S模式数据链比 VHF速率高，被用于终端区与其他交通高密集区。 Hf话音／数据通信不仅可用于北极与南极区域的ADS中，而且在国内干线飞机上应用前景也看好。 空地通信采用AMSS、VHF、HF与SSR S模式数据链，在飞行过程中根据需要进行自动选择。地地通信主要依靠现有按国际标准化组织（ISO）的开放系统互连（OSI）基本标准互连的局域网和广域网来完成,使机场、航空公司及航管部门之间实现通信连接。 差分数据键，VHF、HF、AMSS和SSR S模式数据链，都可作为差分校正数据与GNSS完善性数据的广播链路。VHF和SSR S模式数据链用于局域网， HF与AMSS用于广域网。 航空电信网是CNS／ATM系统的一个重要组成部分，融地面与空地数据通信为一体，使AOS、GNSS与各种通信系统有机地结合起来，实现各空中交通管理计算机系统之间、数据处理系统之间以及各类航空用户之间的数据交换。3．监视 卫星导航、各种数据链、数据的处理与显示是 ADS的主要技术基础，其次就是VHF数据／话音链路、SSR S模式数据链路、卫星通信数据／话音键路，以及HF数据／话音链路。它不仅可用于无雷达监视区，而且也用于交通高密集区，作二次雷达的备用与扩充，以保证飞机在整个飞行过程中，无论在何处，都处于准确实时的监视中。SSR特别是S模式，可用于空中高密度区以监视空中飞机，在新系统中同ADS集成使用。 同时，用ADS技术和VHF数据通信，在十分繁忙的机场上进行场面监视，防止车辆非法进人跑道等，以保证场面活动安全。
