基于衛(wèi)星的CNS／ATM系統(tǒng)<1>

基于衛(wèi)星的CNS／ATM系統(tǒng)<1>（金強(qiáng)）
    空中交通管理系統(tǒng)CNS／ATM有四大要素，即硬件系統(tǒng)CNS中的C（通信）、N（導(dǎo)航）、
S（監(jiān)視）和軟件系統(tǒng)空中交通管理（ATM）。ATM包括空域管理（ASM）、空中交通服務(wù)
（ATS）和空中交通流量管理（ATFM）三大部分內(nèi)容。  ATS又含空中交通管制（ATC），
而ATC則含飛行情報服務(wù)（FIS）、航空氣象服務(wù)（AWS）、警告服務(wù)（AL）與搜索救援
（SAR）。CNS使地面系統(tǒng)與空中用戶緊密而準(zhǔn)確地彼此進(jìn)行聯(lián)系，并以此為基礎(chǔ)，采用
一套具有全新的規(guī)定、辦法與程序的ATM，使得空域運(yùn)用靈活有效；且提高飛行安全及
效率。一發(fā)展新CNS／ATM的必要性
1．陸基CNS／ATM系統(tǒng)的局限性
    現(xiàn)行普遍使用的空中交通管理系統(tǒng)是陸基系統(tǒng)。鑒于建在地面的導(dǎo)航臺和雷達(dá)的信
號覆蓋范圍有限，在大洋、沙漠、叢林等環(huán)境條件下往往造成空白，不能為飛行在這些
地方的飛機(jī)提供良好的服務(wù)。同時，這種系統(tǒng)地空之間的信息交換主要是靠話音與二次
雷達(dá)；能交換的信息量也十分有限；再加上在飛機(jī)數(shù)量多的情況下，S模式的二次雷達(dá)對
飛機(jī)發(fā)回的二次應(yīng)答信號的識別還可能發(fā)生混淆，故限制了系統(tǒng)容量，也限制了飛機(jī)的
流量。由于全球地域廣、國家多，各地區(qū)各國家的發(fā)展極不平衡，造成空中交通情況存
在很大差異，而隨著經(jīng)濟(jì)的全球化，地區(qū)間、國家間的交往越來越頻繁，因此就必然帶
來機(jī)載電子設(shè)備與地面空中交通管制設(shè)備的復(fù)雜化、多樣化，既增加開支，又造成資源
浪費(fèi)，還帶來不便。還有，現(xiàn)行系統(tǒng)只能為飛機(jī)提供有限的優(yōu)化飛行剖面，不僅造成空
域資源的浪費(fèi)，使飛行安全與經(jīng)濟(jì)效益停留在低水平上；而且限制了航空業(yè)的進(jìn)一步發(fā)
展。再則，地面與機(jī)載信息交換手段發(fā)展亦不協(xié)調(diào)；加之航路設(shè)計與航路結(jié)構(gòu)的靈活性
遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了用戶的需求，而且整個系統(tǒng)的自動化程度相當(dāng)?shù)�，限制了飛機(jī)流量的增加，
限制了經(jīng)濟(jì)效益的提高。
2．航空運(yùn)輸發(fā)展的必然性
    隨著知識經(jīng)濟(jì)時代的來臨，人員的交往與貨物的交換與日俱增，航空業(yè)的運(yùn)輸量也
不斷地持續(xù)增長。
    據(jù)航空界專家和國內(nèi)外航空運(yùn)輸組織依照 80年代到90年代的實際運(yùn)輸情況及其發(fā)
展預(yù)測：亞太地區(qū)的航空飛行量1993年已占全球的33％，2000年約占40％，而到2010年
將占全球總飛行量的 50％左右。
    我國作為跨歐亞以及東南亞至北美最佳航路所必經(jīng)的區(qū)域，在亞太地區(qū)乃至全球的
航空運(yùn)輸業(yè)中占有相當(dāng)重要的地位，其航空運(yùn)輸量以年均20％的速率增長。與此同時，
據(jù)報道和專家們分析，自90年代中期到2005年期間；全世界約有200來個機(jī)場進(jìn)行擴(kuò)建和
改建。德國、英國、意大利、日本、新加坡、泰國、印度和我國均投以相當(dāng)資金來加速
機(jī)場建設(shè)，而且新型飛機(jī)也在不斷投入運(yùn)營。為了滿足日益增長的空中運(yùn)輸量的要求、
適應(yīng)新型飛機(jī)航程與航速的擴(kuò)展、克服陸基空中交通管理系統(tǒng)的局限性，國際民航組織
決定實施基于衛(wèi)星導(dǎo)航、衛(wèi)星通信和數(shù)據(jù)通信的新的空中交通管理系統(tǒng)，即新的CNS／
ATM系統(tǒng)。
二發(fā)展新CNS／ATM的技術(shù)基礎(chǔ)
    空中交通管理系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)主要是三大硬件，即通信、導(dǎo)航與監(jiān)視。而新航行系
統(tǒng)主要就新在“空基”上，即系統(tǒng)是以空中衛(wèi)星為基本特征的。導(dǎo)航是新系統(tǒng)的核心，
通信是系統(tǒng)的必要條件，監(jiān)視可以說是系統(tǒng)安全保障的手段，三者缺一不可。
1．導(dǎo)航
    空基空中交通管理系統(tǒng)的核心就是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS），它包括美國的GPS、
俄羅斯的GLONASS和國際海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)（INMARSAT），以及其他的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等。
    GPS于 1994年3月布設(shè)（21＋3）顆全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座，并正式投入使用，它提
供P碼信號精密定位（PPS）和C／A碼信號標(biāo)準(zhǔn)定位（SPS）兩項服務(wù)。前者只有美國軍
方以及特許用戶才能使用，定位精度優(yōu)于10m；后者為民用，定位精度水平位置為100m
（2σ），垂直位置為156m（2σ）。國際民航組織已將GPS納入GNSS。
    GLONASS類似于 GPS，于 1995年 12月完成空中 24顆衛(wèi)星的布設(shè)。俄羅斯早在80年
代就宣布民用碼信號免費(fèi)向全世界民用用戶提供服務(wù)，其定位精度與GPS的C／A碼接近。
    INMARSAT-Ⅲ星加裝了導(dǎo)航船，4顆這樣的衛(wèi)星于1995年底入軌運(yùn)行，它發(fā)送附加的
測距信號，轉(zhuǎn)發(fā)來自地面基準(zhǔn)網(wǎng)的廣域電離層校正值與DGNSS修正值，還轉(zhuǎn)發(fā)來自地面
監(jiān)測網(wǎng)的GPS與GLONASS的完善性信息。
    DGNSS差分全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括廣域與局域兩種差分，分別可將定位精度提高到
5－10m與3－5m，差分?jǐn)?shù)據(jù)鍵還廣播GPS完善性監(jiān)測信號。
    新CNS／ATM的GNSS導(dǎo)航主要是靠GPS和GLONASS而 INMARSAT－Ⅲ的主要作用是改善
其實時定位精度，增強(qiáng)民用導(dǎo)航的可靠性。使用GNSS，飛機(jī)就可直線飛行，既縮短了飛
機(jī)間隔，又省時省油，并提高了安全性、準(zhǔn)點(diǎn)率與空間利用率，而且還能以此為基礎(chǔ)作
自動相關(guān)監(jiān)視。
2．通信
    現(xiàn)代通信是實現(xiàn)新航行系統(tǒng)的一個極其重要的條件，業(yè)已發(fā)展并被廣泛應(yīng)用的衛(wèi)星
通信、數(shù)據(jù)通信以及航空電信網(wǎng)等，使系統(tǒng)的地面與空地通信有機(jī)地融為一體。
    航空移動衛(wèi)星通信（AMSS）包括話音／數(shù)據(jù)通信兩種方式，它使空中飛機(jī)在任何地
方都能與地面進(jìn)行實時有效的通信，且在空管中心的實時監(jiān)視之中。它與機(jī)載衛(wèi)星導(dǎo)航
接收機(jī)相結(jié)合，可提供對飛機(jī)的自動相關(guān)監(jiān)視（ADS）。
    VHF話音／數(shù)據(jù)通信，時延較低，數(shù)據(jù)通信速率卻比AMSS還高，且音質(zhì)好、費(fèi)用低，
因此在終端交通密集區(qū)可將它加入到新系統(tǒng)繼續(xù)效力。
    二次監(jiān)視雷達(dá)S模式在對空中交通進(jìn)行非相關(guān)監(jiān)視的同時提供空／地數(shù)據(jù)鏈路。SSR
 S模式數(shù)據(jù)鏈比 VHF速率高，被用于終端區(qū)與其他交通高密集區(qū)。
    Hf話音／數(shù)據(jù)通信不僅可用于北極與南極區(qū)域的ADS中，而且在國內(nèi)干線飛機(jī)上應(yīng)
用前景也看好。
    空地通信采用AMSS、VHF、HF與SSR S模式數(shù)據(jù)鏈，在飛行過程中根據(jù)需要進(jìn)行自動
選擇。地地通信主要依靠現(xiàn)有按國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的開放系統(tǒng)互連（OSI）基本標(biāo)
準(zhǔn)互連的局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)來完成,使機(jī)場、航空公司及航管部門之間實現(xiàn)通信連接。
    差分?jǐn)?shù)據(jù)鍵，VHF、HF、AMSS和SSR S模式數(shù)據(jù)鏈，都可作為差分校正數(shù)據(jù)與GNSS完
善性數(shù)據(jù)的廣播鏈路。VHF和SSR S模式數(shù)據(jù)鏈用于局域網(wǎng)， HF與AMSS用于廣域網(wǎng)。
    航空電信網(wǎng)是CNS／ATM系統(tǒng)的一個重要組成部分，融地面與空地數(shù)據(jù)通信為一體，
使AOS、GNSS與各種通信系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來，實現(xiàn)各空中交通管理計算機(jī)系統(tǒng)之間、
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)之間以及各類航空用戶之間的數(shù)據(jù)交換。
3．監(jiān)視
    衛(wèi)星導(dǎo)航、各種數(shù)據(jù)鏈、數(shù)據(jù)的處理與顯示是 ADS的主要技術(shù)基礎(chǔ)，其次就是VHF數(shù)
據(jù)／話音鏈路、SSR S模式數(shù)據(jù)鏈路、衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)／話音鍵路，以及HF數(shù)據(jù)／話音鏈路。
它不僅可用于無雷達(dá)監(jiān)視區(qū)，而且也用于交通高密集區(qū)，作二次雷達(dá)的備用與擴(kuò)充，以
保證飛機(jī)在整個飛行過程中，無論在何處，都處于準(zhǔn)確實時的監(jiān)視中。SSR特別是S模式，
可用于空中高密度區(qū)以監(jiān)視空中飛機(jī)，在新系統(tǒng)中同ADS集成使用。
    同時，用ADS技術(shù)和VHF數(shù)據(jù)通信，在十分繁忙的機(jī)場上進(jìn)行場面監(jiān)視，防止車輛非
法進(jìn)人跑道等，以保證場面活動安全。