未來(lái)空中航行系統(tǒng)FANS的推行研究

戴斐

摘 要：隨著我國(guó)航空業(yè)快速發(fā)展，帶來(lái)東部飛行區(qū)流量飽和通信資源緊張，西部飛行區(qū)大面積無(wú)人區(qū)，地空通信設(shè)備保障不足等問(wèn)題，現(xiàn)有的監(jiān)視通信技術(shù)效率低，需要采用數(shù)據(jù)鏈技術(shù)提升空管工作效率。針對(duì)國(guó)外歐美兩大數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展方向進(jìn)行研究，結(jié)合我國(guó)數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展情況，提出FANS推行研究重點(diǎn)和路線(xiàn)。

關(guān)鍵詞：FANS LINK2000 ACARS

中圖分類(lèi)號(hào)：V355 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）04（b）-0103-03

我國(guó)航空運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量已位居世界第二位，東部飛行繁忙地區(qū)流量日漸飽和，有限地空通信頻率資源和飛行量的矛盾日益突出；西部地區(qū)飛行航行大多在高原和荒漠地區(qū)，陸基監(jiān)視通信設(shè)施保障嚴(yán)重不足，迫切需要新一代空中交通管理系統(tǒng)提升管制服務(wù)安全、效率和空域利用率，以及降低管制人員工作負(fù)荷。

未來(lái)空中航行系統(tǒng)（Future Air Navigation System）通過(guò)空地?cái)?shù)據(jù)鏈系統(tǒng)為空中交通管理（ATC）提供數(shù)字化管制服務(wù)，是ATC發(fā)展的重要戰(zhàn)略要素，能夠大幅減少管制員與飛行員的通信時(shí)間，改善管制服務(wù)頻率擁堵?tīng)顩r，優(yōu)化由于天氣原因和航路擁擠導(dǎo)致飛行計(jì)劃航路變更的管制復(fù)雜性，增加機(jī)組對(duì)于航路階段管制服務(wù)請(qǐng)求的靈活性和適應(yīng)性。

1 FANS系統(tǒng)基本情況

歐洲EUROCONTROL和美國(guó)FAA從上世紀(jì)90年代啟動(dòng)FANS技術(shù)研究，至今已確定了FANS技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖，主要分為4個(gè)階段。

（1）預(yù)FANS階段：基于傳統(tǒng)的ATC管理方式，采用ACARS、傳統(tǒng)導(dǎo)航、應(yīng)答機(jī)和語(yǔ)音通信，實(shí)現(xiàn)基本的ADS-C功能。

（2）FANS 1A/1A+：通過(guò)利用衛(wèi)星以及ACARS數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)洋區(qū)和偏遠(yuǎn)地區(qū)提供更新率較低的數(shù)據(jù)通信服務(wù)，緩解了傳統(tǒng)無(wú)法通過(guò)語(yǔ)音通信或雷達(dá)監(jiān)視而依賴(lài)于慣性導(dǎo)航、程序指揮的問(wèn)題，一定程度上縮短了飛行間隔提高了效率。

（3）FAN 2B：通過(guò)地面或衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用LINK200+數(shù)據(jù)鏈，將管制指令發(fā)送到機(jī)載計(jì)算機(jī)，從硬件角度對(duì)設(shè)備進(jìn)行了升級(jí)，機(jī)載設(shè)備以及數(shù)據(jù)鏈技術(shù)支持更高級(jí)的數(shù)據(jù)鏈通信。

（4）FAN 3C：通過(guò)更新更高效的數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)提高空域效率、減少安全錯(cuò)漏。

2 國(guó)外發(fā)展情況

EUROCONTROL和FAA除了在洋區(qū)和荒漠地區(qū)等飛行流量較少的空域開(kāi)展FANS1/A技術(shù)的ATC服務(wù)外，在歐洲和美國(guó)飛行流量密集空域開(kāi)展FANS2/B和FANS1/A+技術(shù)研究，現(xiàn)已驗(yàn)證時(shí)效性低的管制戰(zhàn)略指令。

歐洲從2012年啟動(dòng)陸地飛行流量密集空域基于FANS2/B的CPDLC（Controller Pilot data Link Communications，管制員飛行員數(shù)據(jù)鏈通信）服務(wù)，采用Link2000+技術(shù)實(shí)現(xiàn)歐洲全部大陸空域的數(shù)字化管制服務(wù)，減少高空巡航空域中空管話(huà)音通信的75%的工作載荷?，F(xiàn)階段基于CPDLC執(zhí)行管制服務(wù)包括麥克風(fēng)檢查、SSR代碼變更、通話(huà)確認(rèn)、頻率變更、直飛航路點(diǎn)、飛行高度變更等。

美國(guó)已在2016年完成56個(gè)塔臺(tái)基于FANS 1/A+的DCL（起飛前放行服務(wù)）系統(tǒng)部署。鑒于顯著的管制服務(wù)效率、安全和經(jīng)濟(jì)回報(bào)，F(xiàn)AA加速完成了1700架航空器DCL服務(wù)應(yīng)用驗(yàn)證工作。

現(xiàn)階段美國(guó)和歐洲采用不同技術(shù)主要基于兩個(gè)原因：

（1）歐洲起步較早，歐盟境內(nèi)基于Link2000+組成的地空數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)已較為成熟，具備了推進(jìn)到FANS 2B的條件；

（2）美國(guó)起步較晚，考慮到未來(lái)在最終要實(shí)現(xiàn)FANS 3C，為避免在FANS 2B階段耗費(fèi)大量資金和時(shí)間，美國(guó)通過(guò)對(duì)機(jī)載計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行升級(jí)，優(yōu)化ACARS數(shù)據(jù)鏈在功能上基本能夠與FANS 2B一致，僅在效能上有所區(qū)別。

圖1所示為FANS 1/A+和2B的效能區(qū)別，“爬升到[level]”+“THEN”+“保持[level]”這樣一段管制指令，通過(guò)Link2000+數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)的FANS2B在機(jī)載計(jì)算機(jī)中可以直接顯示成一條CPDLC指令，而基于ACARS數(shù)據(jù)鏈的FANS 1/A+必須分開(kāi)三段顯示，在效能上FANS 1/A+略遜于FANS 2B。

3 FANS推行路線(xiàn)和重點(diǎn)

根據(jù)我國(guó)ASBU中對(duì)FANS技術(shù)發(fā)展規(guī)劃：

組塊0階段（2018年前）充分利用現(xiàn)有ACARS和ATN OSI地空數(shù)據(jù)通信技術(shù)基于“全球數(shù)據(jù)鏈運(yùn)行文件（GOLD）”發(fā)展FANS CPDLC和ADS-C管制服務(wù)；

組塊1階段（2023年前）應(yīng)用基于ATNBaseline2（ATN OSI向ATNIPS過(guò)渡）的FANS CPDLC和ADS-C管制服務(wù)；

組塊2階段（2028年前）完成完整航路階段FANS業(yè)務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在大陸地區(qū)、洋區(qū)和偏遠(yuǎn)地區(qū)基于地空數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)的FANS管制服務(wù)；

組塊3階段（2028年后）應(yīng)用基于ATNBaseline2（ATNIPS）的4D航跡應(yīng)用，基于地空數(shù)據(jù)鏈的FANS應(yīng)用將作為管制運(yùn)行的主要方式，現(xiàn)有管制語(yǔ)音通信將用于緊急情況。

目前我國(guó)航路管制服務(wù)還依賴(lài)空管話(huà)音指揮，只有L888航路、洋區(qū)和荒漠地區(qū)采用的FANS1/A管制服務(wù)；在密集航路空域尚未開(kāi)展任何FANS技術(shù)管制服務(wù)的研究?；趯?duì)國(guó)外發(fā)展情況的研究以及我國(guó)情況，對(duì)于FANS的技術(shù)推進(jìn)應(yīng)分步驟實(shí)施：

3.1 中國(guó)東、南海洋區(qū)飛行空域的FANS1/A技術(shù)評(píng)估驗(yàn)證

在東、南海洋區(qū)空域推廣基于FANS1/A技術(shù)的管制服務(wù)，以提高空中交通效率，具體優(yōu)化指標(biāo)如表1所示。目前支持50/50間隔的飛行情報(bào)區(qū)包括：中國(guó)L888、美國(guó)Oakland、新西蘭Auckland、日本福岡、塔希提島、孟加拉灣、布里斯班、北大西洋等。

ACARS地面站或衛(wèi)星均可作為FANS1/A技術(shù)的空地?cái)?shù)據(jù)鏈通信手段。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，基于ACARS地面站的通信成本較衛(wèi)星通信更低，通信延遲更小。

ACARS地面站部署基本覆蓋我國(guó)高空空域主要航路，在這些空域可基于ACARS地面站覆蓋進(jìn)行FANS1/A服務(wù)，而洋區(qū)空域需要基于衛(wèi)星通信實(shí)現(xiàn)FANS1/A服務(wù)。在運(yùn)行規(guī)范方面，可結(jié)合實(shí)際空域航路規(guī)劃和航班流量，參照L888航路運(yùn)行規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)執(zhí)行。

3.2 中國(guó)飛行流量密集空域的FANS技術(shù)研究

對(duì)于密集航路區(qū)域開(kāi)展FANS1/A+和FANS2/B技術(shù)研究，基于空地?cái)?shù)據(jù)鏈VDLM2基站。2017年底中國(guó)民航VDLM2基站基本覆蓋東中部地區(qū)主要航路區(qū)域（6600米以上），開(kāi)展陸地密集航路空域的FANS1/A+和FANS2/B技術(shù)研究的硬件基礎(chǔ)較為成熟。

3.2.1 FANS2/B技術(shù)研究

按照EUROCONTROL發(fā)布的要求，2018年任何飛往歐洲高空空域（FL285以上）的航空器均要全面升級(jí)支持Link2000+服務(wù)能力，我國(guó)飛歐洲航班需要盡快升級(jí)支持Link2000+技術(shù)要求，飛行員需要盡快進(jìn)行Link2000+運(yùn)行規(guī)范培訓(xùn)和演練。

FANS2/B管制服務(wù)驗(yàn)證平臺(tái)建設(shè)如圖2所示，基于VDLM2基站開(kāi)展機(jī)載能力驗(yàn)證和運(yùn)行規(guī)范演練培訓(xùn)管制服務(wù)驗(yàn)證。所涉及到的系統(tǒng)有：VDLM2地面基站、空/地和地/地路由器、數(shù)據(jù)鏈前端處理服務(wù)器（DL-FEP）、飛行數(shù)據(jù)處理單元。其中VDLM2地面基站按照功能模塊分解包括VDLM2地面電臺(tái)、VDLM2接口模塊、VDLM2地面基站軟件模塊、以及配套系統(tǒng)如GPS等。空/地和地/地路由器主要涉及ATN/OSI的傳輸層TP4協(xié)議，隸屬于ATN中的中間系統(tǒng)（IS），可參見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)DOC9705、DOC9880。

3.2.2 FANS1/A+技術(shù)研究

參考FANS1/A+技術(shù)對(duì)地面ACARS基站向VDLM2基站升級(jí)，提升空地?cái)?shù)據(jù)鏈通信傳輸質(zhì)量和速度，滿(mǎn)足陸地航路空域的FANS管制服務(wù)。

FANS1/A+技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于，符合FANS1/A技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)載設(shè)備和地面管制工作站系統(tǒng)，可以通過(guò)軟件協(xié)議升級(jí)實(shí)現(xiàn)對(duì)于FANS1/A+技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的適配。我國(guó)航空公司基本雙通道航空器均支持FANS1/A服務(wù)能力，我國(guó)主要區(qū)管中心的自動(dòng)化系統(tǒng)均具備FANS1/A管制服務(wù)能力，通過(guò)研發(fā)FANS協(xié)議融合服務(wù)單元，實(shí)現(xiàn)ED-122/DO-306向ED-154/DO-305協(xié)議的無(wú)縫轉(zhuǎn)換，使區(qū)管中心自動(dòng)化系統(tǒng)適應(yīng)FANS1/A+技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4 結(jié)語(yǔ)

雖然我國(guó)FANS系統(tǒng)的發(fā)展落后于歐美，但通過(guò)吸取發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展中遇到的問(wèn)題和經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)嚴(yán)謹(jǐn)測(cè)試和合理規(guī)劃發(fā)掘出更適合我國(guó)FANS推進(jìn)步驟，逐步推進(jìn)數(shù)據(jù)鏈通信由場(chǎng)面到終端區(qū)，進(jìn)而覆蓋全階段航班運(yùn)行服務(wù)，最終FANS系統(tǒng)將會(huì)實(shí)現(xiàn)不通過(guò)語(yǔ)音通信實(shí)現(xiàn)更多先進(jìn)未來(lái)航行系統(tǒng)能力，例如起飛、到達(dá)、近進(jìn)和巡航階段先進(jìn)間隔管理，成對(duì)航跡先進(jìn)間隔管理，數(shù)字化滑行引導(dǎo)等。

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