ACARS

百科解釋

目錄·ACARS的歷史
·ACARS如何工作
·ACARS系統(tǒng)構(gòu)成
·ARINC規(guī)范
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在數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)出現(xiàn)之前，地面人員和飛行人員之間的所有交流只能通過語音進(jìn)行。這種通訊以甚高頻或高頻語音無線電通信方式實(shí)現(xiàn)。1990年代早期衛(wèi)星通信技術(shù)的引入，使這種通信模式得到了進(jìn)一步加強(qiáng)。

ACARS簡介
航空公司為了減少機(jī)組人員的工作負(fù)荷，提高數(shù)據(jù)的完整性，在1980年代末引入了ACARS系統(tǒng)。有少數(shù)ACARS系統(tǒng)在此之前就已經(jīng)出現(xiàn)，但未在大型航空公司得到廣泛的應(yīng)用。雖然ACARS通常出現(xiàn)在關(guān)于數(shù)據(jù)鏈設(shè)備（航空電子系統(tǒng)中的一種現(xiàn)場可更換單元）的敘述中，但這個(gè)術(shù)語實(shí)際上是指完整的空中及地面系統(tǒng)。在飛機(jī)上，ACARS系統(tǒng)由一個(gè)稱為ACARS管理單元(MU)的航電計(jì)算機(jī)和一個(gè)控制顯示器單元(CDU)組成。MU用以發(fā)送和接受來自地面的甚高頻無線電數(shù)字報(bào)文。在地面，ACARS系統(tǒng)由一個(gè)有多個(gè)無線電收發(fā)機(jī)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)組成，它可以接受（或發(fā)送）數(shù)據(jù)鏈消息，并將其分發(fā)到網(wǎng)絡(luò)上的不同航空公司。
起初，ACRAS系統(tǒng)根據(jù)ARINC597標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)在1980年代末期升級(jí)以滿足ARINC724標(biāo)準(zhǔn)。ARINC724定義了航空電子設(shè)備數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線接口。該標(biāo)準(zhǔn)后來又修訂為ARINC724B。二十世紀(jì)90年代所有的數(shù)字化飛機(jī)都采用了ARINC724B標(biāo)準(zhǔn)。這樣，用于ACARS管理單元的ARINC724B規(guī)范, 用于飛行管理系統(tǒng)的ARINC739規(guī)范，以及用于打印機(jī)的ARINC740規(guī)范就構(gòu)成了一個(gè)協(xié)同工作的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議族�，F(xiàn)在，工業(yè)領(lǐng)域又出現(xiàn)了新的ARINC規(guī)范，稱為ARINC758,它是為下一代ACARS管理單元—CMU系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。

OOOI事件
ACARS的第一個(gè)應(yīng)用是去自動(dòng)檢測(cè)和報(bào)告飛機(jī)在主要飛行階段（推出登機(jī)門——Out of the gate；離地——Off the ground；著陸——On the ground；�？康菣C(jī)門——Into the Gate，工業(yè)上簡稱OOOI）的變化。這些OOOI事件是由ACARS管理單元通過飛機(jī)上各種傳感器（例如艙門、停留剎車和起落架上的開關(guān)傳感器）的輸出信號(hào)來確認(rèn)的。在每一飛行階段的開始時(shí)刻，ACARS將一個(gè)數(shù)字報(bào)文發(fā)送到地面，其中包括飛行階段名稱、發(fā)生時(shí)刻，以及其他諸如燃油量或始發(fā)地和目的地。起初這些信息被用在航空公司的自動(dòng)薪酬計(jì)算系統(tǒng)中，因?yàn)樵谶@些公司里飛行人員的薪酬是與實(shí)際飛行掛鉤的。

飛行管理系統(tǒng)接口
除了上述功能外，ACARS系統(tǒng)還增加了支持其他機(jī)載航電設(shè)備的新接口。在二十世紀(jì)80年代末90年代初，在ACARS和飛行管理系統(tǒng)(FMS)之間的數(shù)據(jù)鏈接口出現(xiàn)了。這個(gè)接口可以將地面發(fā)送到機(jī)載ACARS管理單元上的飛行計(jì)劃和氣象信息，轉(zhuǎn)發(fā)到FMS。這樣，在飛行過程中航空公司就可以更新FMS中的數(shù)據(jù)，使得機(jī)組人員可以評(píng)估新的氣象條件，或者變更飛行計(jì)劃。

下載維護(hù)數(shù)據(jù)
二十世紀(jì)90年代早期，ACARS同飛行數(shù)據(jù)采集與管理(FDAMS)或飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)(ACMS)之間接口出現(xiàn)，使得數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)在更多的航空公司得到應(yīng)用。通過使用ACAS網(wǎng)絡(luò)，航空公司就可以在地面上實(shí)時(shí)得到FDAMS/ACMS（用以分析航空器、引擎和操作性能）上的性能數(shù)據(jù)。這樣，維護(hù)人員就不用非得等到飛機(jī)回到地面后才上到飛機(jī)上去獲取這些數(shù)據(jù)了。這些系統(tǒng)能夠識(shí)別出不正常的飛行，并自動(dòng)向航空公司發(fā)送實(shí)時(shí)報(bào)文。詳細(xì)的引擎狀態(tài)報(bào)告也能經(jīng)ACARS發(fā)送到地面。航空公司據(jù)此來監(jiān)控引擎性能并規(guī)劃維修活動(dòng)。
除了與FMS和FDAMS的接口，從上世紀(jì)90年代開始，工業(yè)領(lǐng)域又開始升級(jí)機(jī)載維護(hù)計(jì)算機(jī)，使它可以通過ACARS實(shí)時(shí)傳送飛機(jī)的維護(hù)信息。航空公司維修人員通過這些信息和FDAMS數(shù)據(jù)，甚至在飛行過程中就可以規(guī)劃有關(guān)航空器的維修活動(dòng)。

人機(jī)交互
上述處理過程都是由ACARS及相關(guān)系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行的。隨著ACARS的發(fā)展，ACARS控制單元現(xiàn)在同駕駛艙內(nèi)的控制顯示單元(CDU)之間有了直接連接。CDU，通常也稱MCDU（多功能CDU)或MIDU，讓機(jī)組可以像今天收發(fā)電子郵件一樣收發(fā)消息。這項(xiàng)功能使飛行人員能夠處理更多類型的信息，包括從地面獲取各種類型信息以及向地面發(fā)送各種類型報(bào)告。
舉個(gè)例子，飛行員想獲得某一地點(diǎn)的氣象信息。通過在MCDU屏幕上輸入地點(diǎn)及氣象信息類型，飛行員通過ACARS系統(tǒng)將此請(qǐng)求發(fā)送到地面站，之后地面計(jì)算機(jī)處理該請(qǐng)求，并將應(yīng)答信息發(fā)回飛機(jī)上的ACARS管理單元顯示或打印出來。
為了支持更多的應(yīng)用，如氣象、風(fēng)、放行、中轉(zhuǎn)航班等，ACARS的消息類型愈來愈多。航空公司為了某些特定的應(yīng)用和特定的地面計(jì)算機(jī)開始定制ACARS系統(tǒng)。這導(dǎo)致了每家航空公司都在自己的班機(jī)上安裝了自己的ACARS應(yīng)用。有些航空公司為機(jī)組安裝了多達(dá)75個(gè)MCDU，而少的則只有十來個(gè)。除此之外，每家航空公司的地面站以及機(jī)載ACARS管理單元發(fā)送和接受的消息內(nèi)容及格式也各不相同。

ACARS如何工作

由人員或機(jī)載設(shè)備創(chuàng)建報(bào)文并通過ACARS將其送達(dá)地面的人員或系統(tǒng)，反之亦如此。ACARS報(bào)文可以以手工或自動(dòng)方式發(fā)送。

甚高頻子網(wǎng)
甚高頻子網(wǎng)是由多個(gè)甚高頻無線電地面站組成的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，其目的是確保航空器在世界上任何一個(gè)地方都能同地面終端系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。甚高頻子網(wǎng)是在視距范圍內(nèi)進(jìn)行通信的，并與地面收發(fā)機(jī)（通常指遠(yuǎn)程地面站）保持聯(lián)系。甚高頻信號(hào)的傳輸范圍受高度影響較大，在高高度上，甚高頻信號(hào)傳輸范圍一般也就200英里。因此甚高頻通信僅在設(shè)有地面甚高頻子網(wǎng)的陸地區(qū)域適用。

通信衛(wèi)星及高頻子網(wǎng)
衛(wèi)星通信(SATCOM)可以覆蓋除地球高緯地區(qū)（如飛越極地地區(qū)）外的所有地區(qū)。而新近出現(xiàn)的高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)則于1995年才開始建設(shè)，于2001年完成。其主要目的就是為了覆蓋極地地區(qū)。安裝有高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的航空器能夠執(zhí)行極地航路飛行，并保持與地面系統(tǒng)的聯(lián)系（如空中交通管制中心和航空公司的運(yùn)行控制中心）。ARINC是高頻數(shù)據(jù)鏈的唯一通信提供商。

數(shù)據(jù)鏈報(bào)文類型
ACARS有三種報(bào)文類型

空中交通管制(ATC)
航空運(yùn)行控制(AOC)
航線管理控制(AAC)

ATC報(bào)文是由ARINC 623規(guī)范定義的。主要用于機(jī)組請(qǐng)求放行，由地面人員進(jìn)行放行。AOC及AAC報(bào)文用于飛機(jī)和基站之間通信。這些報(bào)文或者由用戶定義，或者由ARINC 618/633規(guī)范定義。不同的報(bào)文類型可能包含諸如油耗、引擎性能數(shù)據(jù)和飛機(jī)位置等自由文本信息。

下傳鏈路例子：離場延遲
飛行員有時(shí)會(huì)通知自己的飛行運(yùn)行管理部門，當(dāng)?shù)乜展懿块T推遲了本航空器的離場時(shí)間。在這種情形下，飛行員首先在通信管理單元(CMU)或多功能控制顯示器(MCDU)上輸入延遲原因和他期望的離場時(shí)間。輸入之后，飛行員按下MCDU上的發(fā)送鍵。一旦CMU檢測(cè)到該按鍵事件，它就生成一個(gè)包含延遲信息的數(shù)字報(bào)文。該報(bào)文可能包括如下內(nèi)容：航空器注冊(cè)號(hào)，始發(fā)地和目的地代碼，未延遲時(shí)的估計(jì)到達(dá)時(shí)間(ETA)，及當(dāng)前期望抵達(dá)時(shí)間。然后CMU將此報(bào)文發(fā)送到現(xiàn)有的一種無線電設(shè)備上，如VHF,通信衛(wèi)星或HF。如該報(bào)文通過VHF網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，則包含該報(bào)文的VHF信號(hào)將被發(fā)送到VHF遠(yuǎn)程地面站（RGS）。
應(yīng)當(dāng)注意的是，ACARS報(bào)文的主體部分通常只有100到200個(gè)字符的長度。這種長度的報(bào)文可以在一次傳輸中完成。一個(gè)ACARS報(bào)文的主體最多只能包含220個(gè)字符。長于220個(gè)字符的下傳ACARS報(bào)文只能分塊多次傳送。即便如此，任何報(bào)文也不能多于16塊。地面站也只是在收到所有報(bào)文塊后才開始處理和路由這個(gè)報(bào)文。ACARS協(xié)議還支持失敗重傳機(jī)制，或在改變服務(wù)提供商時(shí)重新發(fā)送報(bào)文。
一旦地面站接收到完整的報(bào)文就將通過地面線(landlines)其轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)鏈服務(wù)提供商(DSP)的主機(jī)系統(tǒng)。服務(wù)商根據(jù)主機(jī)上的路由表再將該報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)到航空公司或其他目的地。路由表由服務(wù)商維護(hù)，它可以根據(jù)尾號(hào)辨認(rèn)出每一架飛機(jī)，并且可以辨識(shí)出它所能處理的報(bào)文類型。（航空公司必須向服務(wù)商提供自己的ACARS報(bào)文標(biāo)記及每種報(bào)文的路由信息。）CMU發(fā)送的每個(gè)ACARS報(bào)文都包含一個(gè)報(bào)文頭，該報(bào)文頭含有所需的路由信息。服務(wù)商將是根據(jù)這些信息將報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)到不同的航空公司的。
航空公司收到報(bào)文后，會(huì)進(jìn)行進(jìn)一步處理：重新格式化報(bào)文；存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中以待日后分析；轉(zhuǎn)發(fā)到其他部門，如航班操作部門、維修部門、財(cái)務(wù)部門等等。在上面的例子中，這個(gè)包含延遲起飛信息的報(bào)文也許會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)到航班操作部門和目的地，通知它們飛機(jī)將延遲到達(dá)。
從飛行員按下發(fā)送鍵到航空公司的計(jì)算機(jī)處理完該報(bào)文，其間所花時(shí)間是不同的。不過一般說來，大概在6-15秒的量級(jí)內(nèi)。我們稱從CMU發(fā)往地面的報(bào)文為下傳報(bào)文。

上傳鏈路例子：氣象報(bào)告
傳送到飛機(jī)上的報(bào)文為上傳鏈路報(bào)文，與下傳報(bào)文幾乎互為鏡像。例如，為響應(yīng)一條請(qǐng)求氣象信息的ACARS下傳報(bào)文，航空公司的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)首先生成一條包含該飛機(jī)注冊(cè)號(hào)及實(shí)際氣象信息的上傳報(bào)文，之后將其送往數(shù)據(jù)鏈服務(wù)供應(yīng)商（DSP）的主機(jī)系統(tǒng)。
供應(yīng)商通過自己的地面網(wǎng)絡(luò)將該報(bào)文傳送到距飛機(jī)最近的甚高頻(VHF)遠(yuǎn)程地面站。地面站將此報(bào)文通過VHF廣播出去，機(jī)載VHF接收到此信號(hào)后通過內(nèi)置的調(diào)制解調(diào)器將其轉(zhuǎn)為數(shù)字報(bào)文發(fā)送至通信管理單元(CMU)。CMU驗(yàn)證飛機(jī)注冊(cè)號(hào)，如果相符就繼續(xù)處理該報(bào)文。
CMU對(duì)該上傳報(bào)文的處理和依賴于特定的航空公司需求。通常該報(bào)文或者被轉(zhuǎn)發(fā)到其他航電系統(tǒng)，如飛行管理系統(tǒng)(FMS)或飛行數(shù)據(jù)訪問系統(tǒng)(FDAMS)，或者由CMU自行處理。對(duì)于氣象報(bào)告，CMU即為報(bào)文目的地。機(jī)組成員隨后可以通過MCDU查看或者打印出此氣象報(bào)告。

下傳鏈路例子：FDAMS報(bào)文
其他機(jī)載系統(tǒng)向地面站發(fā)送報(bào)文的方式和上述例子是相似的。其中一個(gè)實(shí)例就是FDAMS(Flight Data Acquisition and Management System)。FDAMS系統(tǒng)通過一系列算法來監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)（如振動(dòng)和油溫）是否正常。FDAMS系統(tǒng)可以檢測(cè)出一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)異常事件，并自動(dòng)生成一個(gè)ACARS報(bào)文發(fā)送到CMU（細(xì)節(jié)可參見ARINC 619協(xié)議），再由CMU發(fā)送到地面。在此情形下，數(shù)據(jù)鏈服務(wù)商將直接將此報(bào)文路由到航空公司的維修部門，實(shí)時(shí)通知地面維修人員。

ACARS系統(tǒng)構(gòu)成

ACARS系統(tǒng)主要由三部分組成：

機(jī)載設(shè)備
服務(wù)提供商
地面處理系統(tǒng)

機(jī)載設(shè)備
機(jī)載數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的核心是ACARS管理單元(MU)。舊版本的管理單元是由ARINC 724B規(guī)范定義的。被稱為通信管理單元(CMU)的新版管理單元是由ARINC 758規(guī)范定義的。
ACARS機(jī)載設(shè)備由一個(gè)終端和一個(gè)路由器組成。終端是ACARS消息下傳的起點(diǎn)和上傳的終點(diǎn)。MU/CMU是一個(gè)路由器。它的功能是通過空地網(wǎng)絡(luò)提供最便捷的下傳路由。大多數(shù)情況下，MU/CMU也作為AOC消息的終端使用。典型的終端系統(tǒng)有飛行管理系統(tǒng)（FMS），數(shù)據(jù)鏈打印機(jī)，維護(hù)計(jì)算機(jī)，還有駕駛艙終端。其應(yīng)用包括：

FMS - 發(fā)送飛行計(jì)劃更改請(qǐng)求，位置報(bào)告等。接收清場及控制塔臺(tái)指令。
打印機(jī) - 定位并自動(dòng)打印一條上傳消息。
維護(hù)計(jì)算機(jī) - 下載診斷消息。在一些系統(tǒng)里，地面工程師甚至可以通過數(shù)據(jù)鏈消息引導(dǎo)飛行員進(jìn)行空中故障分析及排除。
客艙終端 - 通常用于空中乘務(wù)員和有特定需求的乘客之間的交流，通知分發(fā)餐飲以及登機(jī)門變更等。

ACARS報(bào)文通過以下三個(gè)空地通信子網(wǎng)中的某一個(gè)進(jìn)行傳輸。

甚高頻是最為廉價(jià)且通用的一種通訊方式。但由于其直線傳輸?shù)木窒扌远鵁o法跨海洋傳播。
通信衛(wèi)星通過INMARSAT衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)可以覆蓋除極地外的全球。但卻相當(dāng)昂貴。
高頻網(wǎng)絡(luò)是新近建立起來的。其目的是為了覆蓋通信衛(wèi)星的死角。

當(dāng)有報(bào)文需要從航空器上發(fā)送給地面時(shí)，內(nèi)建于MU/CMU的路由功能確定使用哪一個(gè)子網(wǎng)傳遞報(bào)文。由航空公司操作人員為CMU提供一張路由表用于選擇最佳子網(wǎng)。

數(shù)據(jù)鏈服務(wù)提供商
數(shù)據(jù)鏈服務(wù)提供商(DSP)負(fù)責(zé)空地之間的消息分發(fā)。由于ACARS網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電報(bào)網(wǎng)絡(luò)之后，因此其采用中央集中處理的方式。DSP通過地面站網(wǎng)絡(luò)將ACARS消息路由到合適的終端設(shè)備。在電腦出現(xiàn)之前，報(bào)文到達(dá)中央處理站之后會(huì)被制成穿孔的紙帶，然后將該紙帶送到與預(yù)達(dá)目的地連接的機(jī)器上繼續(xù)進(jìn)行報(bào)文傳輸。如今這種路由方式已電腦路由所取代，但其工作模式還是一樣的。
目前世界上主要有兩大廠商提供地面網(wǎng)絡(luò)服務(wù)——ARINC和SITA。一些國家則在其幫助下建立了自己的網(wǎng)絡(luò)。ARINC主要在北美地區(qū)，最近在歐洲建立網(wǎng)絡(luò)。ARINC也幫助中國建立了CAAC網(wǎng)絡(luò)。在泰國和南美，ARINC幫助其建立了VHF(甚高頻)網(wǎng)絡(luò)。SITA多年來一直在歐洲、中東、南美和亞洲經(jīng)營自己的網(wǎng)絡(luò)。最近SITA又在美國和ARINC開始競爭。
一直以來，世界上每一地區(qū)都只有一個(gè)供應(yīng)商提供服務(wù)。形勢(shì)在變化，ARINC和SITA在競爭，它們安裝的網(wǎng)絡(luò)開始覆蓋同一地區(qū)。

地基系統(tǒng)
地基系統(tǒng)是下傳數(shù)據(jù)的目的地和上傳數(shù)據(jù)的起始地。通常，地基系統(tǒng)或者屬于政府，如CAA/FAA，或者屬于航空公司。CAA地基系統(tǒng)提供了如放行等空中交通管制服務(wù)。航空公司則關(guān)注于運(yùn)營效率，提供了諸如登機(jī)門分配、維護(hù)、乘客需求等等服務(wù)。最近航空公司開始應(yīng)用Rockwell Collins公司的產(chǎn)品——HERMES，來匯集，分析并重組ACARS消息，并可以將它們重新傳回原飛機(jī)或其他航班。該產(chǎn)品最近已擴(kuò)展到電子航班(eFlight)的概念。

ARINC規(guī)范

由ACARS管理單元所執(zhí)行的處理過程以及基本的硬件需求是由ARINC規(guī)范定義的。下面列出涉及ACARS系統(tǒng)的一些主要ARINC規(guī)范：
ARINC 文檔和規(guī)范

通信詞典解釋