|
在過去的幾年，使全球航行系統(tǒng)和空中交通管制系統(tǒng)發(fā)生深刻變革的根源是衛(wèi)星導(dǎo)航。ICAO將其命名為GNSS，其中可能包括各國(guó)或組織的空間衛(wèi)星系統(tǒng)。GNSS
= GPS GLONASS INMARSAT-III MTSAT GIT……。目前，已經(jīng)達(dá)到完全運(yùn)行狀態(tài)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)只有美國(guó)研制的全球定位系統(tǒng)（GPS）。
3.1.1衛(wèi)星導(dǎo)航的基本應(yīng)用 GPS的基本應(yīng)用是利用空間24顆衛(wèi)星星座中的至少4顆衛(wèi)星來(lái)進(jìn)行定位和授時(shí)。對(duì)航空用戶而言，僅靠GPS接收機(jī)完成定位和導(dǎo)航。由于存在衛(wèi)星星歷誤差、電離層和對(duì)流層的影響，再加上美國(guó)政府人為施加的選擇可用性(SA)的干擾，GPS的標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)提供的精度在民用航空中只能使用于從航路到非精密進(jìn)近飛行階段內(nèi)，無(wú)法滿足精密導(dǎo)航和著陸飛行階段的精度要求。為在使用衛(wèi)星導(dǎo)航過程中確保飛行安全，改善GPS信號(hào)的精度、完好性和可用性必須對(duì)GPS基本應(yīng)用方式采用增強(qiáng)措施。 目前可利用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供的基本應(yīng)用精度：
3.1.2衛(wèi)星導(dǎo)航的增強(qiáng)應(yīng)用 (1)差分衛(wèi)星導(dǎo)航 在一定范圍內(nèi)用導(dǎo)航衛(wèi)星定位時(shí)，當(dāng)兩點(diǎn)間的距離和它們相對(duì)衛(wèi)星的距離相比可以忽略時(shí)，在兩點(diǎn)的誤差就具有共同性的特點(diǎn)，利用差分技術(shù)可以有效地消除兩點(diǎn)的共同性誤差。這是差分技術(shù)應(yīng)用的基本原理。這兩點(diǎn)被稱為基準(zhǔn)站和用戶站。 基準(zhǔn)站(已經(jīng)過精密位置測(cè)定)接收GPS信號(hào)后，解算基準(zhǔn)站位置，將解算值與標(biāo)定值進(jìn)行比較，求出衛(wèi)星定位誤差。再利用數(shù)據(jù)鏈向附近用戶發(fā)播誤差修正值。在附近的用戶站接收到誤差修正信號(hào)后，精確解算用戶站的精密位置解。無(wú)論是理論計(jì)算，還是實(shí)地試驗(yàn)都證明了差分是解決衛(wèi)星定位系統(tǒng)中的精度問題的有效可用技術(shù)。(差分衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用幻燈膠片，此處略) 為提高衛(wèi)星導(dǎo)航精度、完好性、可用性和連續(xù)服務(wù)性，通過一些地面設(shè)施，選擇使用差分技術(shù)和偽衛(wèi)星技術(shù)等，使衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)性能得以提高。由此形成了GPS地面增強(qiáng)系統(tǒng)。按地面設(shè)施布放區(qū)域和范圍，GPS地面增強(qiáng)系統(tǒng)分為：本地差分GPS(LADGPS)、廣域差分GPS(WADGPS)、本地增強(qiáng)系統(tǒng)(LAAS)和廣域增強(qiáng)系統(tǒng)(WAAS)等。 LADGPS是在DGPS基礎(chǔ)上，布設(shè)多個(gè)基準(zhǔn)站，構(gòu)成基準(zhǔn)站網(wǎng)，提高在基準(zhǔn)站網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)的用戶站的定位和導(dǎo)航精度。 (2)廣域增強(qiáng)系統(tǒng)(WAAS) WAAS是一個(gè)陸基基準(zhǔn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，利用差分解算技術(shù)改善基本GPS信號(hào)的精度、完好性和可用性。WAAS主要的目的是改善GPS信號(hào)的可用性，以滿足全飛行階段的RNP要求。WAAS能將精度提高至7米。 WAAS由廣域基準(zhǔn)站(若干個(gè))、廣域主控站組成，利用數(shù)據(jù)鏈發(fā)播定位修正信息。其特點(diǎn)是對(duì)空間相關(guān)的誤差(大氣中的傳播延遲誤差)和對(duì)空間不相關(guān)的誤差(衛(wèi)星的星歷誤差、星鐘誤差)分別解算出來(lái)，分別修正。這樣，不僅使得只需設(shè)置較少的基準(zhǔn)站就能覆蓋大范圍地區(qū)，還能利用衛(wèi)星廣播修正電文，在海洋和偏遠(yuǎn)荒漠地區(qū)不需設(shè)臺(tái)，用戶也能獲得修正信息。(廣域增強(qiáng)系統(tǒng)示意圖，此處略) (3)本地增強(qiáng)系統(tǒng)(LAAS) LAAS的目的是改善GPS信號(hào)，以滿足精密RNP所需的導(dǎo)航性能要求。向視線范圍內(nèi)的飛機(jī)提供差分修正信號(hào)。LAAS能將精度提高至1米。 LAAS是對(duì)WAAS服務(wù)的完善。LAAS使用的差分技術(shù)是基于產(chǎn)生一個(gè)本地基準(zhǔn)站和用戶站之間所有預(yù)計(jì)的共同性誤差的修正值。所以，LAAS只能在約20海里的'本地'范圍內(nèi)發(fā)播導(dǎo)航修正信息，其服務(wù)空間只包括在本區(qū)域內(nèi)的機(jī)場(chǎng)。雖然LAAS提供的服務(wù)空間小于WAAS，但是，LAAS所能提供的精度要遠(yuǎn)高于WAAS。因而，LAAS能提供比WAAS更多的精密進(jìn)近服務(wù)，并能有效縮短系統(tǒng)完好性告警時(shí)間。 LAAS主要由地面基準(zhǔn)站、機(jī)載差分GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)鏈組成。LAAS可供I類精密進(jìn)近(可用性指標(biāo)遠(yuǎn)高于WAAS)、II類乃至III類精密進(jìn)近和著陸。此外，LAAS的空間信號(hào)還能提供機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面活動(dòng)監(jiān)視服務(wù)。(本地增強(qiáng)系統(tǒng)示意圖，此處略) (4)新一代增強(qiáng)系統(tǒng)劃分 1998年4月，在新西蘭惠靈頓召開的衛(wèi)星導(dǎo)航專家組會(huì)議報(bào)告中，對(duì)提高能GNSS性能'的各種增強(qiáng)措施進(jìn)行了系統(tǒng)描述，按組成衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的各成分將增強(qiáng)系統(tǒng)劃分為：陸基增強(qiáng)系統(tǒng)(GBAS-Ground Based Augmentation System)、星基增強(qiáng)系統(tǒng)(SBAS-Satellite Based Augmentation System)和飛機(jī)增強(qiáng)系統(tǒng)(ABAS-Aircraft Based Augmentation System)。 GBAS將為GNSS測(cè)距信號(hào)提供本地信息和修正信息。修正信息的精度、完好性、連續(xù)性滿足所需服務(wù)等級(jí)的要求。這些信息通過VHF數(shù)據(jù)鏈以數(shù)字格式發(fā)播。GBAS的應(yīng)用包括WAAS、LAAS等。SBAS利用衛(wèi)星向GNSS用戶廣播GNSS完好性和修正信息，提供測(cè)距信號(hào)來(lái)增強(qiáng)GNSS。ABAS將GNSS組件信息和機(jī)載設(shè)備信息增強(qiáng)和/或綜合，從而確保系統(tǒng)符合空間信號(hào)的要求。ABAS的應(yīng)用包括RAIM、AAIM、GPS/INS等。 3.2.1 數(shù)據(jù)鏈 數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)：抗噪聲、錯(cuò)碼率低、可加密、便于處理運(yùn)算變換和與計(jì)算機(jī)連接等。 鏈路（Link）：指一條無(wú)源的點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路段，中間沒有熱和任何變換的節(jié)點(diǎn)。又稱物理鏈路。 數(shù)據(jù)鏈（Data Link）：在一條線路上傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，除必須具備的物理線路外，還必須有一些必要的規(guī)程來(lái)控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。把實(shí)現(xiàn)這些規(guī)程的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成數(shù)據(jù)鏈。數(shù)據(jù)鏈就像一個(gè)數(shù)字管道，可以在它上面進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。當(dāng)采用了復(fù)用技術(shù)，一條鏈路可以等效有多條數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈又被稱為邏輯鏈路。 數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)疽鈭D： 在空地通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)鏈。能夠?qū)崿F(xiàn)人－人(管制員和飛行員)、機(jī)－機(jī)(ADS和ATM，無(wú)人工干涉)和人－機(jī)(機(jī)上信息注入數(shù)據(jù)庫(kù))間的數(shù)據(jù)傳遞。數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)菙?shù)據(jù)通信的應(yīng)用，數(shù)據(jù)通信比模擬通信有許多不可比擬的優(yōu)點(diǎn)(自適應(yīng)選頻技術(shù)、跳頻、自動(dòng)糾錯(cuò)等)。在空地通信系統(tǒng)中，占主要服務(wù)內(nèi)容的空中交通服務(wù)ATS和航務(wù)管理通信AOC將以數(shù)據(jù)通信為主，逐漸減少話音通信，最終達(dá)到只在必要時(shí)或緊急情況下使用話音通信。數(shù)據(jù)鏈類型：HF、VHF、SSRS模式和AMSS。(數(shù)據(jù)鏈類型示意圖)我國(guó)應(yīng)考慮技術(shù)投資的可行性和運(yùn)行保證能力，采用以VHF數(shù)據(jù)鏈為主，在建設(shè)VHF數(shù)據(jù)鏈有困難的地方選用AMSS或HF數(shù)據(jù)鏈，視SSRS模式的發(fā)展進(jìn)程考慮S模式數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用的策略。 媒體訪問方式(數(shù)字調(diào)制載波的形式)：時(shí)分/頻分/碼分多址(面向比特);調(diào)幅－相移鍵控/差分相移鍵控(面向字符)。 數(shù)據(jù)傳播的速率：根據(jù)工作頻率確定。 3.2.2航空電信網(wǎng)(ATN) ATN是全球范圍內(nèi)，用于航空的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議。 ATN將航空界的機(jī)載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接起來(lái)，ATN能支持多國(guó)和多組織的運(yùn)行環(huán)境，使之隨時(shí)互通信息。 ATN將按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的開放互連(OSI)7層模型來(lái)構(gòu)造。主要由3個(gè)子網(wǎng)構(gòu)成：機(jī)載電子設(shè)備通信子網(wǎng)(數(shù)據(jù)鏈管理系統(tǒng))；空地通信子網(wǎng)；地面通信子網(wǎng)(分組交換、局域網(wǎng))。各類子網(wǎng)之間利用路由連接器連接，用戶經(jīng)路由器通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)入ATN，再按照網(wǎng)間協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行信息交換。地面路由器確保將信息傳送到要求的終端和飛機(jī)，并保存每架飛機(jī)的位置信息；跟蹤系統(tǒng)配合地面網(wǎng)絡(luò)，分析媒體的可用性，向飛機(jī)發(fā)送信息數(shù)據(jù)。飛機(jī)路由器確保飛機(jī)信息通過要求的媒體發(fā)送。 在現(xiàn)階段，通信方式和格式繁多，缺乏一致性和兼容性。但是，所需通信性能(RCP)將是今后通信技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用時(shí)共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)，如同RNP。 飛機(jī)通信選址報(bào)告系統(tǒng)(ACARS)是目前向ATN過渡的一種數(shù)據(jù)鏈類型。 ATN早期應(yīng)用－ACARS的應(yīng)用(OOOI過程)
AMSS為航空用戶提供遠(yuǎn)距數(shù)據(jù)鏈和話音通信。 組成：衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器；飛機(jī)地球站(AES)；地面地球站(GES)。其中， 衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器：由同步軌道衛(wèi)星完成饋送鏈路和服務(wù)鏈路間的頻率轉(zhuǎn)換。目前有INMARSAT衛(wèi)星。 飛機(jī)地球站(AES)：飛機(jī)上用來(lái)進(jìn)行AMSS通信的設(shè)備，包括天線、衛(wèi)星數(shù)據(jù)單元和高功率放大器等機(jī)載電子設(shè)備。 地面地球站(GES)：地面用來(lái)進(jìn)行AMSS通信的設(shè)備，完成飛機(jī)和ATM、航空公司間的通信中繼。包括天線、收發(fā)信機(jī)、信道單元和網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備。 AMSS的鏈路示意： AMSS的通道示意： AMSS采用面向比特協(xié)議，與ATN完全兼容。與VHF通信相比，AMSS通信延遲時(shí)間較長(zhǎng)(高軌道同步衛(wèi)星)。將利用低軌或中軌衛(wèi)星，進(jìn)一步降低AES的設(shè)備費(fèi)和使用費(fèi)，減小延遲時(shí)間，消除南北極附近的通信盲區(qū)，真正實(shí)現(xiàn)全球、全天候的航空衛(wèi)星通信。 3.3.1 S 模式 S＝Selective ，S 模式即選擇模式。S模式是SSR的一種增強(qiáng)模式。允許地面管制單位有選擇地詢問，在地面詢問和機(jī)載應(yīng)答裝置之間具備雙向交換數(shù)據(jù)功能。 (1) 問題的提出 SSR監(jiān)視雷達(dá)的A/C模式編碼數(shù)量有限、可交換信息少(識(shí)別、高度)；在詢問信號(hào)工作范圍內(nèi)的全部飛機(jī)，會(huì)同時(shí)獲得詢問信號(hào)，可能產(chǎn)生同時(shí)應(yīng)答，造成混迭；管制員的工作負(fù)荷大；目標(biāo)容易丟失或信號(hào)中斷，飛機(jī)的機(jī)動(dòng)飛行將會(huì)遮蔽機(jī)載天線；地面反射產(chǎn)生盲區(qū)；固定目標(biāo)的反射會(huì)引起虛假目標(biāo)的顯示；目標(biāo)的方位、距離等參數(shù)的分辨率低，等。 (2) S模式簡(jiǎn)介 S 模式的詢問信號(hào)(上行)示意： S模式的應(yīng)答信號(hào)(下行)示意： 一個(gè)15或29微秒的數(shù)據(jù)塊可容納56比特或112比特的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的前24比特規(guī)定用于飛機(jī)的地址編碼，這樣飛機(jī)的識(shí)別碼的數(shù)量可達(dá)224＝16777216(1677萬(wàn)個(gè))，是現(xiàn)行的A模式的4千余倍，足以實(shí)現(xiàn)全球飛機(jī)一機(jī)一碼。 (3) S 模式的應(yīng)用 有選擇地詢問，防止信號(hào)范圍內(nèi)的所有飛機(jī)同時(shí)應(yīng)答引起的系統(tǒng)飽和、混迭發(fā)生；一機(jī)一碼，防止詢問信號(hào)串?dāng)_其他飛機(jī)；為ATC服務(wù)提供數(shù)據(jù)鏈能力，為VHF話音通信提供備份；實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)狀態(tài)的跟蹤監(jiān)視；使用單脈沖技術(shù)有效地改善了角度分辨率，提高了方位數(shù)據(jù)的精度；是防撞的可靠手段，TCAS是利用SSR應(yīng)答器的信號(hào)來(lái)確定鄰近飛機(jī)的距離和高度，利用S模式數(shù)據(jù)鏈功能，可確切知道對(duì)方的坐標(biāo)位置，有利于選擇正確的回避措施。 (4) S 模式的缺陷 對(duì)通信功能而言，因?yàn)镾 模式的數(shù)據(jù)鏈仍沿用了SSR的工作方式，勢(shì)必受到天線掃掠間歇的限制，使依賴于S 模式的通信次數(shù)、速率和實(shí)時(shí)性差于VHF數(shù)據(jù)鏈。但對(duì)雷達(dá)功能而言，代表了發(fā)展的一個(gè)方向。 3.3.2自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視(ADS) ADS向ATS提供與SSR等效的飛機(jī)位置數(shù)據(jù)。 (1)釋義 自動(dòng)的：無(wú)需機(jī)組人工發(fā)送飛機(jī)位置。 相關(guān)的：地面依賴于飛機(jī)的報(bào)告得知飛機(jī)的位置。信息來(lái)自飛機(jī)，不是地面站。 監(jiān)視：飛機(jī)的位置得到監(jiān)視。 (2)ADS信息類型 定期報(bào)告(位置、時(shí)間、性能因數(shù)、識(shí)別碼、機(jī)型、氣象、預(yù)計(jì)航線，等)； 請(qǐng)求報(bào)告(內(nèi)容同定期報(bào)告，根據(jù)要求立即發(fā)送)； 事件報(bào)告(航路點(diǎn)變更、側(cè)向偏離超限、高度偏離超限，等)。 ADS信息通過數(shù)據(jù)鏈(VHF、HF、S模式或衛(wèi)星)發(fā)送給ATM。ATM借助自動(dòng)的沖突檢測(cè)和解算工具處理ADS信息，并將結(jié)果數(shù)據(jù)顯示在管制員的熒光屏上。 ADS－B指飛機(jī)周期性地廣播有關(guān)信息，供地面和其他飛機(jī)作保證安全間隔參考。(目前類似系統(tǒng)是TCAS) (3)ADS的局限性 機(jī)上信息處理需要時(shí)間(FANS-1至少64秒)；通信滯后(飛機(jī)到地面需用時(shí)45－60秒)；要求使用相同的基準(zhǔn)(基于GNSS的時(shí)間，WGS－84坐標(biāo)系統(tǒng))，否則精度變差；設(shè)備安裝的過渡期內(nèi)，機(jī)載設(shè)備混亂。 (4)ADS效益 與話音通信相比，減小間隔，增加空域容量；地面設(shè)施投資大大低于SSR、VOR、DME，可用于無(wú)SSR信號(hào)覆蓋的區(qū)域；能提供ATM所需的數(shù)據(jù)，如：預(yù)計(jì)航路、性能因數(shù)、事件報(bào)告等；機(jī)組不再依靠話音通信報(bào)告飛機(jī)位置。 5)監(jiān)視系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展
(6)結(jié)論 ADS能有效地改善空域容量，不能取代SSR；可用于戰(zhàn)略沖突檢測(cè)；在洋區(qū)可取代飛行員的話音位置報(bào)告；ADS管制不能用于終端和進(jìn)近階段(不滿足快速位置更新，實(shí)時(shí)通信技術(shù)的要求)。 話音、雷達(dá)和ADS工作時(shí)所需間隔比較： 話音報(bào)告(程序管制)：每小時(shí)每個(gè)高度6架飛機(jī) 雷達(dá)管制：每小時(shí)每個(gè)高度48架飛機(jī) ADS管制：每小時(shí)每個(gè)高度16架飛機(jī) 3.3.3監(jiān)視系統(tǒng)的比較
3.4.1ATC的局限性
3.4.2 ATM的組成及其功能 空域管理：在既定的空域條件下，實(shí)現(xiàn)對(duì)空域資源的充分利用。以時(shí)分共享空域的方式，按短期需求劃分空域以滿足不同類型用戶的需要?？沼蚬芾硎且韵到y(tǒng)的概念考慮實(shí)現(xiàn)空域的利用（系統(tǒng)關(guān)系圖）。 空中交通服務(wù)：主要目的是防止航空器之間，航空器與障礙物之間發(fā)生碰撞，加速和維持有秩序的空中交通活動(dòng)。 空中交通流量管理：當(dāng)某區(qū)域空中交通流量超出或即將超出該區(qū)域空中交通管制系統(tǒng)可用能力時(shí)，預(yù)先采取適當(dāng)措施，保證空中交通量最佳地流入或通過相應(yīng)的區(qū)域。空中交通流量管理有助于實(shí)現(xiàn)空中交通管制的目的，能夠達(dá)到對(duì)機(jī)場(chǎng)、空域空域容量的最大利用效率。 3.4.3ATM的功能和目標(biāo) 3.4.3.1功能 飛機(jī)活動(dòng)的有效性；交通流量的高容量及其影響因素；空域利用的高效率。 3.4.3.2目標(biāo)
3.4.4自動(dòng)化技術(shù)在ATM 中的應(yīng)用 （舉例，此處略） 3.4.5 ATC與ATM的比較
ATC依賴技術(shù)的示意：
ATM依賴技術(shù)的示意：
3.4.6ATM的效益 新航行系統(tǒng)對(duì)空域和航路帶來(lái)的潛在變化：
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
來(lái)自： Skyksu856dzzbt > 《文件夾1》
在ATC系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)之間（地-地通信）、ATC系統(tǒng)與所管制的飛機(jī)之間（空-地通信）能力不足以支持空域容量和效率的進(jìn)一步改善；
ATC系統(tǒng)缺乏一致性的數(shù)據(jù)和程序用于監(jiān)視、預(yù)測(cè)獲得最佳空中交通流量；
