未來空中航行系統(tǒng)FANS的推行研究

1、未來空中航行系統(tǒng)FANS的推行研究摘要：隨著我國航空業(yè)快速開展，帶來東部飛行區(qū)流量飽和通信資源緊張，西部飛行區(qū)大面積無人區(qū)，地空通信設(shè)備保障缺乏等問題，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。針對國外歐美兩大數(shù)據(jù)鏈的開展方向進(jìn)行研究，結(jié)合我國數(shù)據(jù)鏈的開展情況，提出FANS推行研究重點(diǎn)和路線。關(guān)鍵詞：FANSlink2000ACARS中圖分類號：V355文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791202104b-0103-03我國航空運(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

2、基監(jiān)視通信設(shè)施保障嚴(yán)重缺乏，迫切需要新一代空中交通管理系統(tǒng)提升管制效勞平安、效率和空域利用率，以及降低管制人員工作負(fù)荷。未來空中航行系統(tǒng)FutureAirNavigationSystem通過空地?cái)?shù)據(jù)鏈系統(tǒng)為空中交通管理ATC提供數(shù)字化管制效勞，是ATC開展的重要戰(zhàn)略要素，能夠大幅減少管制員與飛行員的通信時(shí)間，改善管制效勞頻率擁堵狀況，優(yōu)化由于天氣原因和航路擁擠導(dǎo)致飛行方案航路變更的管制復(fù)雜性，增加機(jī)組對于航路階段管制效勞請求的靈活性和適應(yīng)性。1FANS系統(tǒng)根本情況歐洲EUROCONTROL和美國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)開展路線圖，主要分為4個(gè)階段。1

3、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)和語音通信，實(shí)現(xiàn)根本的ADS-C功能。2FANS1A/1A+：通過利用衛(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)通信效勞，緩解了傳統(tǒng)無法通過語音通信或雷達(dá)監(jiān)視而依賴于慣性導(dǎo)航、程序指揮的問題，一定程度上縮短了飛行間隔提高了效率。3FAN2B：通過地面或衛(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)，從硬件角度對設(shè)備進(jìn)行了升級，機(jī)載設(shè)備以及數(shù)據(jù)鏈技術(shù)支持更高級的數(shù)據(jù)鏈通信。4FAN3C：通過更新更高效的數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)提高空域效率、減少平安錯(cuò)漏。2國外開展情況EUROCONTROL和F

4、AA除了在洋區(qū)和荒漠地區(qū)等飛行流量較少的空域開展FANS1/A技術(shù)的ATC效勞外，在歐洲和美國飛行流量密集空域開展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2021年啟動(dòng)陸地飛行流量密集空域基于FANS2/B的CPDLCControllerPilotdatalinkCommunications，管制員飛行員數(shù)據(jù)鏈通信效勞，采用link2000+技術(shù)實(shí)現(xiàn)歐洲全部大陸空域的數(shù)字化管制效勞，減少高空巡航空域中空管話音通信的75%的工作載荷?，F(xiàn)階段基于CPDLC執(zhí)行管制效勞包括麥克風(fēng)檢查、SSR代碼變更、通話確認(rèn)、頻率變更、直飛航路點(diǎn)、飛行高度變更等。美國已在20

5、21年完成56個(gè)塔臺(tái)基于FANS1/A+的DCL起飛前放行效勞系統(tǒng)部署。鑒于顯著的管制效勞效率、平安和經(jīng)濟(jì)回報(bào)，F(xiàn)AA加速完成了1700架航空器DCL效勞應(yīng)用驗(yàn)證工作?，F(xiàn)階段美國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FANS2B的條件；2美國起步較晚，考慮到未來在最終要實(shí)現(xiàn)FANS3C，為防止在FANS2B階段消耗大量資金和時(shí)間，美國通過對機(jī)載計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行升級，優(yōu)化ACARS數(shù)據(jù)鏈在功能上根本能夠與FANS2B一致，僅在效能上有所區(qū)別。圖1所示為FANS1/A+和2B的效能區(qū)別，“爬升到level+“TH

6、EN+“保持level這樣一段管制指令，通過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FANS1/A+必須分開三段顯示，在效能上FANS1/A+略遜于FANS2B。3FANS推行路線和重點(diǎn)根據(jù)我國ASBU中對FANS技術(shù)開展規(guī)劃：組塊0階段2021年前充分利用現(xiàn)有ACARS和ATNOSI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開展FANSCPDLC和ADS-C管制效勞；組塊1階段2023年前應(yīng)用基于ATNbaseline2ATNOSI向ATNIPS過渡的FANSCPDLC和ADS-C管制效勞；組塊2階段2028年前

7、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管制效勞；組塊3階段2028年后應(yīng)用基于ATNbaseline2ATNIPS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)有管制語音通信將用于緊急情況。目前我國航路管制效勞還依賴空管話音指揮，只有L888航路、洋區(qū)和荒漠地區(qū)采用的FANS1/A管制效勞；在密集航路空域尚未開展任何FANS技術(shù)管制效勞的研究?；趯忾_展情況的研究以及我國情況，對于FANS的技術(shù)推進(jìn)應(yīng)分步驟實(shí)施：3.1中國東、南海洋區(qū)飛行空域的FANS1/A技術(shù)評估驗(yàn)證在東、南海洋區(qū)空域推廣基于FANS1/

8、A技術(shù)的管制效勞，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L888、美國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地面站的通信本錢較衛(wèi)星通信更低，通信延遲更小。ACARS地面站部署根本覆蓋我國高空空域主要航路，在這些空域可基于ACARS地面站覆蓋進(jìn)行FANS1/A效勞，而洋區(qū)空域需要基于衛(wèi)星通信實(shí)現(xiàn)FANS1/A效勞。在運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)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)行標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗(yàn)執(zhí)

9、行。3.2中國飛行流量密集空域的FANS技術(shù)研究對于密集航路區(qū)域開展FANS1/A+和FANS2/B技術(shù)研究，基于空地?cái)?shù)據(jù)鏈VDLM2基站。2021年底中國民航VDLM2基站根本覆蓋東中部地區(qū)主要航路區(qū)域6600米以上，開展陸地密集航路空域的FANS1/A+和FANS2/B技術(shù)研究的硬件根底較為成熟。3.2.1FANS2/B技術(shù)研究按照EUROCONTROL發(fā)布的要求，2021年任何飛往歐洲高空空域FL285以上的航空器均要全面升級支持link2000+效勞能力，我國飛歐洲航班需要盡快升級支持link2000+技術(shù)要求，飛行員需要盡快進(jìn)行l(wèi)ink2000+運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)和演練。FANS2/B管制

10、效勞驗(yàn)證平臺(tái)建設(shè)如圖2所示，基于VDLM2基站開展機(jī)載能力驗(yàn)證和運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)演練培訓(xùn)管制效勞驗(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)鏈前端處理效勞器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?？?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，可參見標(biāo)準(zhǔn)DOC9705、DOC9880。3.2.2FANS1/A+技術(shù)研究參考FANS1/A+技術(shù)對地面ACARS基站向VDLM2基站升級，提升空地?cái)?shù)據(jù)鏈通信傳輸質(zhì)量

11、和速度，滿足陸地航路空域的FANS管制效勞。FANS1/A+技術(shù)最大的優(yōu)勢在于，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)，可以通過軟件協(xié)議升級實(shí)現(xiàn)對于FANS1/A+技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的適配。我國航空公司根本雙通道航空器均支持FANS1/A效勞能力，我國主要區(qū)管中心的自動(dòng)化系統(tǒng)均具備FANS1/A管制效勞能力，通過研發(fā)FANS協(xié)議融合效勞單元，實(shí)現(xiàn)ED-122/DO-306向ED-154/DO-305協(xié)議的無縫轉(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)語雖然我國FANS系統(tǒng)的開展落后于歐美，但通過吸取興旺國家開展中遇到的問題和經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)嚴(yán)謹(jǐn)測試和合理規(guī)劃開掘出更適合我國FANS推進(jìn)步驟，逐步推進(jìn)數(shù)據(jù)鏈通信由場面到終端區(qū)，進(jìn)而覆蓋全階段航班運(yùn)行效勞，最終FANS系統(tǒng)將會(huì)實(shí)現(xiàn)不通過語音通信實(shí)現(xiàn)更多先進(jìn)未來航行系統(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，成對航跡先進(jìn)間隔管理，數(shù)字化滑行引導(dǎo)等。參考文獻(xiàn)【1】FAA.TCASOPERATIonALPERFORMANCEASSESSMENTEB/OL. tcasreport /.【2】IC