现代空中交通管理

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现代空中交通管理

2现代空中交通管理

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5.1 空管监视技术概述5.2 雷达监视系统5.3 广播式自动相关监视（ ADS-B ）系统5.4 多点定位监视（ MLAT ）系统5.5 监视技术空管应用5.6 总结与展望

第五章空管监视系统


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5.4 监视技术空管应用

5.4.1 中国民航的 ADS系统5.4.2 军机自动相关监视系统5.4.3 国外应用 ADS-B情况5.4.4 我国应用 ADS-B情况

现代空中交通管理4

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5.4.1 中国民航的 ADS系统新航行系统在海洋飞行区域、内陆飞行区域都定义了一系列的管制服务程序，如侧向超越、分段爬升、航路汇聚点导航等。这些管制服务程序的实现是基于高性能的飞行监视能力和飞行导航能力。在海洋、内陆荒漠等雷达未覆盖区域， ADS是唯一的监视手段；在终端区和机场， ADS是 SSR有效的补充监视手段

在海洋和其他不能建立地面站的区域， ADS系统采用延时较大的卫星数据链；在其他区域，甚高频数据链延时较小，更适用于 ATM系统。中国具有广阔的内陆空域，基于甚高频数据链的 ADS系统是中国民航首选的 ADS系统。中国民航的甚高频地空数据网已经正式开通运行，实现了主要航路的 7000米覆盖


5.4.1 中国民航的 ADS系统中国民航基于甚高频数据链的 ADS系统如图所示。由机载航空电子设备、 RGS、地面数据通信网、 NMDPS和各用户子系统构成。信息源是机载 ACARS系统，信息传输通道是甚高频数据通信网络，信息处理系统采用 CNS/ATM工作站

RGS地面站

数据链地空网

ADCC VSAT

NMDPS

国际路由器 IR I/II

VHF网关 I/II

CAAC地面通信网

网关

空管部门主机

OA

ADS终端 ARINC

VHF


5.4.1 中国民航的 ADS系统组成部分说明

机载 ACARS设备作为数据链系统的空中节点，是指生成各种与飞行参数有关的报文和可接收地面报文的机上设备，其主要功能是将机载系统采集的各种飞行参数信息通过空地数据链路发到地面 RGS站，并接收地面网中通过 RGS站转发来的信息

远端地面站（ RGS）是甚高频数据链系统的地面节点，用于飞机与地面数据通信网的连接，并可实现地面数据通信网节点间数据通信。远端地面站主要包括： VHF收发电台、单板计算机、对空数据调制解调器、集成控制单元、与地面网相连的路由器、与地面网相连的调制解调器、 GPS授时单元以及天线、 UPS电源单元和相应的系统软件。 RGS站通过 VHF接收机接收来自飞机的数据， RGS工作在半双工方式，使用 2400bps的数据传输速率，MSK调制方式发射或接收数据，采用 CSMA协议



地面数据通信网作为甚高频地空数据通信系统的地面数据传输网络，为其提供地面通信线路，可准确、快速地实现网络上任意两点之间报文数据的传输与交换。它应满足一定的网络协议和接口标准，以求达到开放系统互联的要求。目前，中国民航的基于甚高频地空数据链的地面数据传输网络采用民航的 X.25分组交换网

网络管理与数据处理系统（ NMDPS）是甚高频地空数据网的中心处理系统，它由高性能的服务器和一定数量的计算机组成，采用以太局域网结构和工业标准的 TCP/IP网络协议。该子网与外部网络的通信采用 X.25通信协议，并与全国范围的 RGS站 LAN构成一个计算机广域网（WAN）。 NMDPS的主要功能包括：RGS站的控制和监测、信息的处理、信息的寻址及路由选择、 RF信道的分配、系统的管理、定期报告和警告、日志和记帐、系统定时、系统配置参数的设定、输入输出通信、通信管理



用户子系统主要分为 AOC和 ATC。通过用户子系统的终端，地面管制员、签派员可以直接看到与之相关的飞机数据。用户子系统通过数据链网关提供的信息服务，实现下行链路数据的分发与处理，并可由地面向飞行机组发送修改的飞行计划、各类应急指令以及飞行气象报等信息，实现用户与飞行机组的上行链路数据通信


5.4.1 中国民航的 ADS系统数据链上行数据流程


5.4.1 中国民航的 ADS系统数据链下行数据流程

NIR

B E P 1NIR

B E P 2

J P S

DL MS

R G SR G S R G S

C A A C 地面数据网络（X .25）

数据链网关－航空公司－AT C

E thernet T C P / IP

NMDP S

X . 25

X . 25

X . 25

X . 25

X . 25

X . 25

HUB

IP

NIR

B E P 1NIR

B E P 2

J P S

DL MS

R G SR G S R G S

C A A C 地面数据网络（X .25）



E thernet T C P / IP

NMDP S

X . 25

X . 25

X . 25

X . 25

X . 25

X . 25

HUB

IP


5.4.1 中国民航的 ADS系统

ADS在 L888航线上的应用中国民航总局空中交通管理局在 1998 年启动了西部 CNS/ATM航路工程建设项目

采用了新的导航、监视和通信的手段：卫星导航和惯性导航相结合的自主导航系统，以地空数据链通信为基础的 ADS和CPDLC技术

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5.4.2 军机自动相关监视系统美国军方认为：现在的空域结构和全球空中交通管理体制正在发生着

巨大的变化，表现之一是全球范围内空域的密度正在加大，不断增加的旅客和航班数量将会迫使美空军先前制定的空中交通管理系统不再能够有足够的工作能力处理不断增大的交通流量

空中交通日益繁忙，安全因素是一个必须考虑的问题，不断增加的流量将会使每年发生事故的概率不断增加。比如在克罗地亚发生过美军军机和民航客机相撞的事故；在亚利桑那发生过 C-10运输机坠毁的事故，在过去的五年内，美国境内发生的军机和民航空难已经夺去了将近 2000 人的生命

到 2008 年初为止，美国在军机和民航客机升级数据链系统方面已经作出了巨大的努力，并且取得了卓越的成效。美国罗克韦尔柯林斯公司已升级配置了 51 架飞机的导航和监视系统，根据合同将再配置多于 89 架的飞机，估计该公司多达 411 架飞机最终也将得到升级


5.4.2 军机自动相关监视系统美国正在积极在 NAS、 ATLANTIC、 EUROPE和 PACFIC等地区应用 CNS/ATM系统，以适应其全球化作战。具体实施情况如图所示：


5.4.2 军机自动相关监视系统美国军方在军机上加装 Mode S监视系统的计划将面向大多数 12570 磅或者更重的现代固定翼飞机，它们拥有数字驾驶舱并且有多于 19个坐席的机舱。但是尚未将Mode S 加装于战斗机上。为安全起见，除了很少在欧洲领空飞行的飞机都将装备Mode S数据链系统，借此来达到军机之间的通信，地面站导航和场面监视（ CNS / ATM）的要求。


5.4.2 军机自动相关监视系统美国军方在上个世纪 90 年代中期提出的对 KC-135 型运输机的升级也包括（ 1.0nm） RNP ， ADS和 CPDLC 三个方面。新的航空电子设备包括数据链通信管理系统、飞行管理系统（ FMS）、国际海事卫星组织的卫星通信广播多接收微波着陆系统、惯性导航系统并且对现有的机载 HF和 VHF/UHF电台进行改装。现在已经投入使用并且即将升级换代的军机已经配备了改进型 RVSM系统和Mode S数据链系统。此外还包括空中交通避撞系统（ TCAS）、增强型近地警告系统（ EGPWS）、彩色气象雷达和一个单片嵌入式 GPS / INS系统


5.4.2 军机自动相关监视系统欧洲及北约意识到美军机已经装备了 8.33-KHz 甚高频数据链和

Mode S监视系统，军方各个部门也开始急于升级自己的战斗机欧洲军事专家指出，欧洲航管部门希望到 2009 年在 FL285上使用

CPDLC数据链系统，到 2014 年之前在各种民航客机上使用这种数据链系统，出于安全和操作方便等方面的考虑，也将会在一些军事飞机上装备 CPDLC数据链系统

欧洲已在 FL245-FL195 战斗机上装备了 8.33KHz甚高频数据链。 2007 年开始在 FL195以上的飞机上安装。目前，他们正在审议一项议案，该议案希望在 2009年 3 月之前完成 FL195及以上系列的飞机的改装

总的说来，世界各国在对军机的升级上面广泛使用了民航系统正在使用的导航、通信和监视手段，发展全球范围内的 ATC网络解决通信问题，并用 ADS对军机进行监视

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5.4.3 国外应用 ADS-B情况美国美国 ——从从 1992 1992 年就开始在芝加哥的年就开始在芝加哥的O’Hare O’Hare 机场开展机场开展 ADS-B ADS-B 技术的早技术的早期应用研究。期应用研究。

澳大利亚澳大利亚 — “— “高空空域计划（高空空域计划（ UAUAPP ）”）”

欧洲欧洲 — — ADS-BADS-B 技术的发源地技术的发源地美国联邦航空局（美国联邦航空局（ FAAFAA ）） — — ““ NextGenNextGen””

欧盟欧盟 — “— “伽利略”计划伽利略”计划欧洲空中导航安全组织欧洲空中导航安全组织 —“—“ SESAR”SESAR”


5.4.3 国外应用 ADS-B情况美国执行 ADS-B与 NextGen（下一代空中交通运输系统）结合的发展策略，更好的为民航监视系统服务


5.4.3 国外应用 ADS-B情况美国执行 ADS-B与 NextGen（下一代空中交通运输系统）结合的发展策略，更好的为民航监视系统服务

美国未来发展ADS-

B计划


5.4.3 国外应用 ADS-B情况欧洲全境有较好的雷达覆盖，因此目前欧洲主要考虑在机场场面监视中应用 ADS-B系统

2002年 6月—— 2006年 6

月制定 ADS-B地 -空应用的间隔标准

2002年 9月—— 2006年 6

月为 ADS-B制定商业案例

2003年 1月—— 2006年 6

月制定并验证 ADS-B地 -空应用的需求

2006 年 6 ——月 2006 年

12月

安装并认证具有 ADS-B功能和服务的设备，

并培训设备管理人员

2006年 6月—— 2007年 4

月确定实施 ADS-B的空域和机场

2006 年 6 月—— 2007 年

12月进行支持 ADS-B地 -空应用的基础设施建设

2006 年 6 月—— 2007 年

12月更新 ATC系统

2006 年 6 月—— 2007 年

12月培训 ATC管制员使用包含 ADS-B的管制程序

2008年 1 ——月现今实施 ADS-B地 -空应用的管制程序

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5.4.4 我国应用 ADS-B情况 ADS-B国内实验情况

中国民航飞行学院分别于 2005年 7月 11 日至 14 日和 11月 2 日，在四川广汉完成两架西门诺尔飞机加装ADS-B机载设备和地面基站的两次验证与试飞。试验采用美国 ADS-B 科技公司研制的基于 UAT的 ADS-B航空管制系统，美国 Garmin 公司的 GDL-90作为机载收发机，以及 Sensis 公司的地面站设备

2006年 5 月至 2007年 1 月，学院实施 ADS-B建设阶段，已完成六种机型共 108 架飞机的机载设备加装、 5个地面基站的建设以及基站间的网络连接工作


5.4.4 我国应用 ADS-B情况飞机具体安装情况

新津分院 25 架广汉分院 28 架洛阳分院 28 架绵阳分院 27 架


5.4.4 我国应用 ADS-B情况机型安装情况

TB20飞机 7 架

TB200飞机 37 架

172R飞机 41 架

PA44-180飞机 19 架


5.4.4 我国应用 ADS-B情况机载部分地面基站机载和地面显示


5.4.4 我国应用 ADS-B情况机载部件

GDL90收发机、 3个天线、高度编码器、飞行员使用的便携式电脑


5.4.4 我国应用 ADS-B情况地面站设备

显示计算机

数据天线

GPS天线


5.4.4 我国应用 ADS-B情况机载和地面显示

机载显示


5.4.4 我国应用 ADS-B情况机载和地面显示

地面显示


5.4.4 我国应用 ADS-B情况验证的功能

实现五个机场各自独立监控川内四个机场飞机全面联网监控广汉至洛阳航路监控


5.4.4 我国应用 ADS-B情况塔台独立监控


5.4.4 我国应用 ADS-B情况数据综合和共享

位于分院和航站的五个基站通过校园网与学院 ADS-B主服务器联网，实现数据的共享，可对川内四个基站之间的转场飞机进行从起飞到着陆的全过程实时监控

总院和分院的领导和飞标、空管、机务等相关职能部门以及空管学院等可通过校园网掌握飞行动态，开发学员训练、空管培训等多方面的应用

经授权的学院外部用户可通过互联网访问主服务器获取信息


5.4.4 我国应用 ADS-B情况数据综合和共享结构图

广汉基站

新津基站

绵阳基站

遂宁基站

洛阳基站

学院主服务器学院外部访问总院、分院领导和

相关职能部门访问


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5.6 总结与展望监视手段精度覆盖范围应用区域更新率定位方式

二次雷达

200海里： 388米

60海里： 116米18海里： 35米

250海里航路、终端区 4-10 秒询问应答

ADS-B 30米依赖于地面站数量和布局

航路、终端区、机场 1 秒 GPS

ADS-C 30米全球洋区、荒漠 300 秒 GPS

MLAT终端 7.5 米其他 20 米

依赖于远端站数量和布局

机场或航路(WMLAT)

1 秒测量时间差

场监雷达SMR

方位角 < 0.40 度测距 < 17 米

场面，视野范围内机场 1 秒测量反射

回波精密跑道监视 PRM

方位角 < 0.48 度测距 < 17 米

32海里，高度 <4500米

近进和跑道 1 秒询问应答


5.6 总结与展望航空监视系统

随着监视性能需求的提高以及部分传统陆基监视设施的退役，空基监视的比重将逐渐增大，与陆基监视相互协同，在场面、终端区、航路都将发挥作用

成熟的陆基雷达设施可覆盖大部分空域，可解决雷达站所覆盖空域的监视问题新兴的空基监视技术主要作为陆基监视辅助手段，同时可在荒漠边远无雷达覆盖地区提供监视手段

存在和使用发展趋势

谢谢！

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