現(xiàn)代空中交通管理(全套PPT課件)

1、現(xiàn)代空中交通管理現(xiàn)代空中交通管理第一章第一章 概論概論隨著商業(yè)飛行的開始，航空運(yùn)輸涉及的范圍越來越多為了安全和效率起見，要求飛行活動能按照一定的規(guī)則來組織進(jìn)行，這就是空中交通管理。 1.1 空中交通管理的發(fā)展空中交通管理的發(fā)展l第一階段是在20世紀(jì)30年代以前 l第二階段是在19341945年期間 l第三階段出現(xiàn)在1945年至20世紀(jì)80年代 l第四階段從20世紀(jì)80年代后期開始 1.1 空中交通管理的發(fā)展空中交通管理的發(fā)展一、第一階段是在20世紀(jì)30年代以前 小飛機(jī)目視飛行 紅旗和綠旗 信號燈 1.1 空中交通管理的發(fā)展空中交通管理的發(fā)展6DC321座 波音24710座 無線電通信和導(dǎo)航 儀

2、表飛行規(guī)則程序管制航路網(wǎng)和管制中心 1.1 空中交通管理的發(fā)展空中交通管理的發(fā)展二、第二階段是在19341945年期間B-52 波音 367-80，波音 707 的原型 雷達(dá)管制 1.1 空中交通管理的發(fā)展空中交通管理的發(fā)展三、第三階段在1945年至20世紀(jì)80年代先進(jìn)航電系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用 空地協(xié)同空管系統(tǒng) 1.1 空中交通管理的發(fā)展空中交通管理的發(fā)展四、第四階段從20世紀(jì)80年代后期開始1.2 空中交通管制系統(tǒng)的分類按照管制范圍的不同按照管制范圍的不同 區(qū)域管制區(qū)域管制 進(jìn)近管制進(jìn)近管制 機(jī)場管制機(jī)場管制 飛行在航路上的航空器由區(qū)域管制中心負(fù)責(zé)提供空中交通管制服務(wù)。主要是飛行高度6000米以

3、上的在大范圍內(nèi)運(yùn)行的航空器。任務(wù)是根據(jù)飛行計(jì)劃，批準(zhǔn)飛機(jī)在其管制區(qū)內(nèi)的飛行，保證飛行的間隔，然后把飛機(jī)移交到相鄰空域，或把到達(dá)目的地的飛機(jī)移交給進(jìn)近管制。依靠空地通信、地面通信和遠(yuǎn)程雷達(dá)設(shè)備來確定飛機(jī)的位置，按照規(guī)定的程序調(diào)度飛機(jī)，保持飛行的間隔和順序。1.2 空中交通管制系統(tǒng)的分類按照管制范圍的不同按照管制范圍的不同 區(qū)域管制區(qū)域管制 進(jìn)近管制進(jìn)近管制 機(jī)場管制機(jī)場管制 主要負(fù)責(zé)飛機(jī)的離場進(jìn)入航線和進(jìn)近著陸。進(jìn)近管制是塔臺管制和航路管制的中間環(huán)節(jié)。進(jìn)近管制要向航空器提供進(jìn)近管制服務(wù)、飛行情報(bào)服務(wù)和防撞告警。依靠無線電通信和雷達(dá)設(shè)備來監(jiān)控飛機(jī)的。下接機(jī)場管制區(qū)，上接航路管制區(qū)。部分重疊的，一般

4、范圍大約在機(jī)場90公里半徑之內(nèi)，高度5000米以下。1.2 空中交通管制系統(tǒng)的分類按照管制范圍的不同按照管制范圍的不同 區(qū)域管制區(qū)域管制 進(jìn)近管制進(jìn)近管制 機(jī)場管制機(jī)場管制 由機(jī)場管制塔臺提供。主要靠目視來管理飛機(jī)在機(jī)場上空和地面的運(yùn)動。機(jī)場地面監(jiān)視雷達(dá)。范圍：航空器在機(jī)場管制區(qū)的空中飛行；航空器的起飛和降落；航空器在機(jī)坪上的運(yùn)動；防止飛機(jī)在運(yùn)動中與地面車輛和地面障礙物的碰撞。較大的機(jī)場塔臺把任務(wù)分為兩部分，分別由機(jī)場地面交通管制員和空中交通管制員負(fù)責(zé)。按照管制手段的不同按照管制手段的不同 程序管制程序管制 雷達(dá)管制雷達(dá)管制 1.2 空中交通管制系統(tǒng)的分類主要的設(shè)備環(huán)境是地空通話設(shè)備。管制員在

5、工作時(shí)，通過飛行員的位置報(bào)告分析、了解飛機(jī)間的位置關(guān)系，推斷空中交通狀況及變化趨勢，同時(shí)向飛機(jī)發(fā)布放行許可，指揮飛機(jī)飛行。飛行計(jì)劃內(nèi)容包括飛行航路（航線）、使用的導(dǎo)航臺、預(yù)計(jì)飛越各點(diǎn)的時(shí)間、攜帶油量和備降機(jī)場等。按照管制手段的不同按照管制手段的不同 程序管制程序管制 雷達(dá)管制雷達(dá)管制 1.2 空中交通管制系統(tǒng)的分類雷達(dá)管制員根據(jù)雷達(dá)顯示，可以了解本管制空域雷達(dá)波覆蓋范圍內(nèi)所有航空器的精確位置，因此能夠大大減小航空器之間的間隔，使管制工作變得主動，管制人員由被動指揮轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃又笓]，提高了空中交通管制的安全性、有序性、高效性。目前在民航管制中使用的雷達(dá)種類為一次監(jiān)視雷達(dá)和二次監(jiān)視雷達(dá)。1.3 新航

6、行系統(tǒng)概述導(dǎo)航（N）通信（C）監(jiān)視（S）空中交通管理（ATM）新航行系統(tǒng)，由通信（C）、導(dǎo)航（N）、監(jiān)視（S）和空中交通管理（ATM）四部分組成，其中通信、導(dǎo)航和監(jiān)視系統(tǒng)是基礎(chǔ)設(shè)施，空中交通管理是管理體制、配套設(shè)施及其引用軟件的組合。新航行系統(tǒng)主要新在“星基”上，即系統(tǒng)是以空中衛(wèi)星為基本特征的。導(dǎo)航是系統(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。1.3 新航行系統(tǒng)概述導(dǎo)航（N）通信（C）監(jiān)視（S）空中交通管理（ATM）新航行系統(tǒng)主要是“衛(wèi)星技術(shù)數(shù)據(jù)鏈技術(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”的應(yīng)用。系統(tǒng)在采用新技術(shù)方面有如下特點(diǎn)：一是利用衛(wèi)星技術(shù)，從陸基通信、導(dǎo)航、監(jiān)視系統(tǒng)逐步向星

7、基通信、導(dǎo)航、監(jiān)視系統(tǒng)過渡，逐步以星基系統(tǒng)為主；二是數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的開發(fā)利用，實(shí)現(xiàn)空地、地地可靠的數(shù)據(jù)交換、并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)空空數(shù)據(jù)交換；三是系統(tǒng)的數(shù)字化、計(jì)算機(jī)處理及聯(lián)網(wǎng)。1.3 新航行系統(tǒng)概述同現(xiàn)行系統(tǒng)相比，主要具有以下三個(gè)特點(diǎn)：（1）具有充分的覆蓋性，不受山區(qū)、沙漠和海洋的限制，能隨時(shí)準(zhǔn)確掌握空情，從而大大提高飛行安全和空域利用率，飛機(jī)可以靈活選擇最佳的航線飛行，節(jié)約飛行時(shí)間和油料消耗。（2）能夠充分利用信息資源，實(shí)現(xiàn)一定程度上的集中管理，發(fā)揮流量管理中心和管制中心計(jì)算機(jī)的自動數(shù)據(jù)處理能力，也有利于航行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全球統(tǒng)一協(xié)調(diào)運(yùn)行，提高飛機(jī)的自治飛行能力。（3）大大減少地面空管設(shè)施的數(shù)量，大幅度降低

8、建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用。通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈通信（DataLink） 航空移動衛(wèi)星業(yè)務(wù)（AMSS） 航空電信網(wǎng)（ATN） 高頻數(shù)據(jù)鏈通信（HF）甚高頻數(shù)據(jù)鏈通信（VHF）二次監(jiān)視雷達(dá)（SSR）的S模式自動相關(guān)監(jiān)視（ADS）飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)控情報(bào)服務(wù)等數(shù)據(jù)鏈通信（DataLink） 航空移動衛(wèi)星業(yè)務(wù)（AMSS） 航空電信網(wǎng)（ATN） 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(shí)時(shí)有效的通信，且在空管中心的實(shí)時(shí)監(jiān)視之中。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。通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈通信（DataLink） 航空移動衛(wèi)星業(yè)務(wù)（AMSS） 航空電信網(wǎng)（ATN） 新航行系統(tǒng)中通信系統(tǒng)的主體，融地

9、面與空地?cái)?shù)據(jù)通信為一體。多子網(wǎng)、多優(yōu)先級、區(qū)分安全通信和非安全通信。航空運(yùn)輸各個(gè)單位的互聯(lián)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行端到端的連接和高速數(shù)據(jù)交換。管制員飛行員數(shù)據(jù)鏈通信（CPDLC），利用數(shù)據(jù)通信代替話音通信的ATC通信方式。通信系統(tǒng)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS） 所需導(dǎo)航性能（RNP） 廣域增強(qiáng)系統(tǒng)（WAAS） 本地增強(qiáng)系統(tǒng)（LAAS） 導(dǎo)航系統(tǒng)星基空中交通管理系統(tǒng)的核心美國的全球定位系統(tǒng)（GPS）俄羅斯的GLONASS歐洲的伽利略中國的二代系統(tǒng)使用GNSS，飛機(jī)就可直線飛行，既縮短了飛機(jī)間隔，又省時(shí)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。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）

10、 所需導(dǎo)航性能（RNP） 廣域增強(qiáng)系統(tǒng)（WAAS） 本地增強(qiáng)系統(tǒng)（LAAS） 導(dǎo)航系統(tǒng)RNP是指在指定空域和航路內(nèi)，裝備各種導(dǎo)航系統(tǒng)（或設(shè)備）的飛機(jī)在規(guī)定概率上能夠保持在指定軌跡的允許偏差以內(nèi)的能力。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS） 所需導(dǎo)航性能（RNP） 廣域增強(qiáng)系統(tǒng)（WAAS） 本地增強(qiáng)系統(tǒng)（LAAS） 導(dǎo)航系統(tǒng)精度尚未達(dá)到IIIII類精密進(jìn)近著陸的要求。在GPS的監(jiān)測和增強(qiáng)方面廣泛采用差分技術(shù)來提高精度，使系統(tǒng)成為“增強(qiáng)系統(tǒng)”。當(dāng)前航空界正在部署LAAS和WAAS。LAAS主要用在機(jī)場周圍。WAAS它可以解決海洋及邊遠(yuǎn)荒漠地區(qū)的導(dǎo)航性能。AC模式二次監(jiān)視雷達(dá) S模式二次監(jiān)視雷達(dá) 自動相關(guān)監(jiān)視

11、（ADSA/C） 廣播式自動相關(guān)監(jiān)視（ADSB） 監(jiān)視系統(tǒng)在民航中逐步淘汰，主要用于防空主用系統(tǒng)，帶有數(shù)據(jù)鏈功能，視距監(jiān)視未來的主用系統(tǒng)依靠衛(wèi)星導(dǎo)航和數(shù)據(jù)通信空中交通管理系統(tǒng)空域管理（ASM） 空中交通服務(wù)（ATS） 流量管理（ATFM） 飛行情報(bào)服務(wù)（FIS）空中交通管制（ATC） 航空氣象服務(wù)（AWS）告警服務(wù)（AL）空中交通管理系統(tǒng)空域管理（ASM）在既定的空域條件下，實(shí)現(xiàn)對空域資源的充分利用。它以時(shí)分共享空域的方式，按短期需求劃分空域以便滿足不同類型用戶的需要。 空中交通管理系統(tǒng)空中交通服務(wù)（ATS）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。

12、 空中交通管理系統(tǒng)流量管理（ATFM）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)的可用能力時(shí)，預(yù)先采取適當(dāng)措施，保證空中交通流量最佳地流入或通過相應(yīng)的區(qū)域?？罩薪煌髁抗芾碛兄趯?shí)現(xiàn)空中交通管制的目的，能夠達(dá)到對機(jī)場和空域容量的最大利用效率?？罩薪煌ü芾硐到y(tǒng)空中交通管理系統(tǒng)空中交通管理的目的是考慮空中及地面系統(tǒng)的運(yùn)行能力以及經(jīng)濟(jì)上的需要，為用戶提供空域利用上的最大效能；考慮飛機(jī)裝備的等級和運(yùn)行目的的不同，靈活地組織不同用戶之間分享空域；保證空中交通管理系統(tǒng)的總效率；空中交通管制向用戶提供從起飛到著陸的連續(xù)協(xié)調(diào)、有效服務(wù)和管制，確保安全；保持國際上的協(xié)調(diào)一致，保證飛越國境時(shí)能順利運(yùn)

13、行。 思考題l簡述空中交通管制的概念。l簡述空中交通管制的分類，并列舉各分類的主要功能。l新航行系統(tǒng)中（CNS/ATM）中，C代表什么意思，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，它有那些特點(diǎn)？l新航行系統(tǒng)中，導(dǎo)航系統(tǒng)主要涉及哪幾個(gè)方面，每個(gè)方面都有哪些突出特點(diǎn)？l與現(xiàn)行的空管系統(tǒng)相比，新航行系統(tǒng)在技術(shù)、安全和經(jīng)濟(jì)方面有哪些特點(diǎn)？通過對第一章的學(xué)習(xí)，談?wù)勀銓罩薪煌ü芾淼恼J(rèn)識。第二章 國外空管發(fā)展現(xiàn)狀2.1典型國家的空管體制 國際民用航空組織（簡稱ICAO）是根據(jù)1944年國際民用航空公約（簡稱芝加哥公約）建立的國際組織，是聯(lián)合國系統(tǒng)中負(fù)責(zé)處理國際民航事務(wù)的專門機(jī)構(gòu)，是世界民用航空界唯一的官方權(quán)威機(jī)構(gòu)?？偛吭O(shè)在加拿大

14、蒙特利爾，現(xiàn)有186個(gè)締約國。中國是國際民航組織創(chuàng)始國之一。國際民航組織的最高權(quán)力機(jī)構(gòu)為大會，每三年召開一次，所有締約國均可派代表參加，每國擁有一票表決權(quán)。大會由理事會負(fù)責(zé)召集。國際民用航空組織的宗旨和目的在于發(fā)展國際航行的原則和技術(shù)，并促進(jìn)國際航空運(yùn)輸?shù)囊?guī)劃和發(fā)展。美國空管體制改革大體分為兩個(gè)階段美國空管體制改革大體分為兩個(gè)階段 ：1、1958年以前，全國分為民航和軍航兩個(gè)系統(tǒng)，分別管制，并設(shè)立了空協(xié)調(diào)委員會，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)軍民航空中交通管制方面的關(guān)系 。2、1958年以后，設(shè)立了聯(lián)邦航空局（FAA），國會指令該局經(jīng)營和維持空中交通管理系統(tǒng)，制定各種規(guī)章制度和法律，并管理國家空域 。美美 國國FA

15、A 空管的具體形式：FAA設(shè)有空管系統(tǒng)指揮中心1個(gè)，航路管制中心21個(gè)，終端進(jìn)近管制中心242個(gè)，塔臺管制中心463個(gè)，飛行服務(wù)站175個(gè)。FAA 空管的具體形式：FAA負(fù)責(zé)管理國家空域，但無所有權(quán)，作為國家空域資源管理者，必須與國防部（DOD）密切聯(lián)系與合作，時(shí)刻保持良好的協(xié)調(diào)關(guān)系。 FAA要保持適當(dāng)?shù)膽?yīng)變能力，在戰(zhàn)時(shí)由國防部接管，成為國防部的一個(gè)職能部門，利用現(xiàn)有的空管手段，全力支持國防部和指定的軍事部門。 FAA 空管的具體形式：美國空管系統(tǒng)和防空系統(tǒng)的關(guān)系：兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，但關(guān)系密切。聯(lián)邦航空局航管中心必須按規(guī)定的程序?qū)⑺袊H飛行計(jì)劃，傳送給北美防空司令部。防空部門設(shè)有防空識別區(qū)，對

16、沒有飛行計(jì)劃且無法識別的飛機(jī)，立即派飛機(jī)攔截查明情況。另外，美國總統(tǒng)規(guī)定，F(xiàn)AA要保持適當(dāng)?shù)膽?yīng)變能力，在戰(zhàn)時(shí)由國防部接管，成為國防部的一個(gè)職能部門，利用現(xiàn)有的空管手段，全力支持國防部和指定的軍事部門。 美國：空域等級的劃分澳澳 大大 利利 亞亞1995年，設(shè)立了由國家運(yùn)輸與通信部長直接負(fù)責(zé)四個(gè)實(shí)體，即“澳大利亞航空服務(wù)”、民航安全局（CASA）、交通與地區(qū)服務(wù)部和航空安全調(diào)查局（ATSB）。他們主要的職責(zé)是：“澳大利亞航空服務(wù)”：負(fù)責(zé)空域管理、航空情報(bào)、通信、無線電導(dǎo)航服務(wù)、機(jī)場救援和消防服務(wù)；CASA：負(fù)責(zé)航空安全標(biāo)準(zhǔn)制定、飛行員和航空工程師的執(zhí)照頒發(fā)以及飛機(jī)與運(yùn)營者的認(rèn)證；交通與地區(qū)服務(wù)部

17、：負(fù)責(zé)為政府在航空政策，調(diào)整國家航路及航空安全方面提供建議；航空安全調(diào)查局：負(fù)責(zé)獨(dú)立調(diào)查飛機(jī)事故和嚴(yán)重的空難事件。澳澳 大大 利利 亞亞l空域管理 “澳大利亞航空服務(wù)”負(fù)責(zé)為大約56，000，000平方公里即地球表面11的空域提供管制服務(wù)。澳大利亞飛行情報(bào)區(qū)分為北部和南部兩個(gè)區(qū)，分別受布里斯班和墨爾本兩個(gè)航路管制中心管轄。在整個(gè)澳大利亞，“澳大利亞航空服務(wù)”有23個(gè)塔臺和16個(gè)航空救援與消防單位。目前全國共設(shè)2(6)個(gè)飛行情報(bào)區(qū)、2(5)個(gè)航路中心、4(3)個(gè)終端管制中心和29(31)個(gè)塔臺。 澳澳 大大 利利 亞亞l空域等級劃分空域等級劃分 與國際民航組織的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)一致，澳大利亞的空域也分為

18、管制空域和非管制空域兩大類。對管制空域等級的劃分，參照ICAO的“空域等級”劃分標(biāo)準(zhǔn)，分為A、C、D、E、G五級， 澳澳 大大 利利 亞亞歐歐 洲洲中小國家林立，飛機(jī)半個(gè)小時(shí)內(nèi)就可飛越幾個(gè)國家。如果各國的空管法規(guī)千差萬別，通信、導(dǎo)航、監(jiān)視及空中交通管理設(shè)施設(shè)備五花八門且互不相容，國際航空就不可能得到安全、快速的發(fā)展。因此歐洲民航會議（ECAC）著意在歐洲建立“歐洲單一填空”，即以空中交通管理為目的的空域應(yīng)該是連續(xù)的、不受國家邊界限制的。這是歐洲安全航行組織（EUROCONTROL）的任務(wù)，也是ICAO所希望的。歐歐 洲洲90年代初，歐洲空中航行安全組織（Eurocontrol）提出的歐洲ATC

19、協(xié)調(diào)和綜合計(jì)劃(EATCHIP)，隨后歐洲民航會議（ECAC）又制訂了未來歐洲空管系統(tǒng)的EATMS，其目標(biāo)是把ECAC成員國的空域和ATM系統(tǒng)綜合起來，成為一個(gè)更為有效的ATM系統(tǒng)。SESAR（Single European Sky Implementation Programme)項(xiàng)目是為“單一歐洲天空”方案而做的技術(shù)和運(yùn)行準(zhǔn)備。SESAR以星基為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)一體化的通信、導(dǎo)航、監(jiān)視，通過建立通用數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)、Galileo導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)、雷達(dá)聯(lián)網(wǎng)和廣播式自動相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對歐洲高空空域的統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮，以最大程度地提高空域安全、容量和效率。思考題l簡述美國、澳大利亞國家空管的發(fā)展歷程，并

20、對兩國的發(fā)展歷程進(jìn)行比較。1.簡述歐洲ATM系統(tǒng)的形成原因。為使空中交通環(huán)境向有利方向發(fā)展，歐洲ATM系統(tǒng)做了那些改進(jìn)？第三章 空管通信系統(tǒng) 課程流程課程流程3.1 3.1 空管通信的特點(diǎn)空管通信的特點(diǎn) 3.2 3.2 空管通信的體制及技術(shù)空管通信的體制及技術(shù)3.3 3.3 空管數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)空管數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng) 3.4 ATN 3.4 ATN 3.5 3.5 中國民航甚高頻數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展中國民航甚高頻數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 內(nèi)容安排內(nèi)容安排3.1 空管通信的特點(diǎn)3.2 3.2 空管通信的體制及技術(shù)空管通信的體制及技術(shù)3.3 3.3 空管數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)空管數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng) 3.4 ATN

21、3.4 ATN 3.5 3.5 中國民航甚高頻數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展中國民航甚高頻數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 3.1 空管通信的特點(diǎn)空管通信是新航行系統(tǒng)中的一個(gè)必要條件廣泛應(yīng)用的衛(wèi)星通信、數(shù)據(jù)通信以及ATN等使系統(tǒng)的地地、空地和空空通信有機(jī)地融為一體 主要包含以下兩個(gè)特點(diǎn)：數(shù)字化:數(shù)據(jù)鏈全球化:ATN ()3.1 空管通信的特點(diǎn)l數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)强展芡ㄐ艛?shù)字化特點(diǎn)的體現(xiàn) ，是通信系統(tǒng)的核心 ，是數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用 l實(shí)現(xiàn)人人、機(jī)機(jī)和人機(jī)間的數(shù)據(jù)傳遞 l類型包括高頻數(shù)據(jù)鏈、甚高頻數(shù)據(jù)鏈、S模式二次雷達(dá)數(shù)據(jù)鏈和AMSS。l基本作用概括為：保證、共享、實(shí)時(shí)監(jiān)視與克服3.1 空管通信的特點(diǎn)l空管通信全球化的特點(diǎn)體現(xiàn)為

22、ATN lATN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，將航空運(yùn)輸界的機(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，能支持多國和多組織的運(yùn)行環(huán)境。3.1 空管通信的特點(diǎn)lATN按照 ISO的OSI 7層模型構(gòu)造，協(xié)議基于開放式系統(tǒng)互連結(jié)構(gòu)、面向比特。主要由3個(gè)子網(wǎng)構(gòu)成 ，包括：l機(jī)載電子設(shè)備通信子網(wǎng)（數(shù)據(jù)鏈管理系統(tǒng)）l空地通信子網(wǎng)l地面通信子網(wǎng)（分組交換網(wǎng)、局域網(wǎng)）路由器路由器 內(nèi)容安排內(nèi)容安排3.1 空管通信的特點(diǎn)3.2 3.2 空管通信的體制及技術(shù)空管通信的體制及技術(shù)3.3 3.3 空管數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)空管數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng) 3.4 ATN 3.4 ATN 3.5 3.5 中國民航甚高頻數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的

23、應(yīng)用與發(fā)展中國民航甚高頻數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 3.2 3.2 空管通信的體制及技術(shù)空管通信的體制及技術(shù)l3.2.1 空管通信的體制l3.2.2 空管數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)3.2.1 空管通信的體制l航空通信系統(tǒng)的劃分l從業(yè)務(wù)上：航空固定業(yè)務(wù)（平面業(yè)務(wù)） 航空移動業(yè)務(wù)（空地通信） l航空固定業(yè)務(wù)（AFS） ：指在固定地點(diǎn)之間的電信業(yè)務(wù) ，該業(yè)務(wù)由航空固定電信網(wǎng)（AFTN）來完成，并逐步向ATN過渡 3.2.1 空管通信的體制l航空移動業(yè)務(wù)（空地通信）：指航空器電臺與航空地面對空電臺之間或航空器電臺之間的無線電通信業(yè)務(wù) l主要包括：甚高頻通信，高頻通信和航空移動衛(wèi)星業(yè)務(wù) 3.2.1 空管通信的體制l航空

24、通信系統(tǒng)從傳輸信息對象劃分：話音通信和數(shù)據(jù)通信 l簡單介紹各種話音通信 l甚高頻話音通信：頻率范圍是118136.975MHz，頻率間隔25KHz 。沿直線視距傳播，采用雙邊帶調(diào)幅（DSBAM）工作方式 3.2.1 空管通信的體制l高頻話音通信：頻率范圍是2.822MHz，頻率間隔100Hz ；靠電離層反射，可以覆蓋幾千公里，但通話質(zhì)量較差l衛(wèi)星話音通信：以衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信為基礎(chǔ)，通話質(zhì)量好，但費(fèi)用較高 l總結(jié)：隨著飛機(jī)數(shù)目的激增，人員語言表達(dá) 等問題阻礙了話音通信的使用，催生出新的面向民用的航空數(shù)據(jù)鏈 。3.2.1 空管通信的體制l航空數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)一般由傳感器系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、鏈路控制子系統(tǒng)和信息

25、處理顯示子系統(tǒng)等構(gòu)成，成為發(fā)展的主導(dǎo)l克服了航空話音通信系統(tǒng)傳輸速度慢、占用信道時(shí)間長、可靠性差等缺點(diǎn)，并且具有抗干擾能力強(qiáng)、誤碼率低的特點(diǎn)l航空數(shù)據(jù)鏈按應(yīng)用對象不同分為軍用航空數(shù)據(jù)鏈和民用航空數(shù)據(jù)鏈 3.2.1 空管通信的體制l按使用頻段不同分為：l高頻數(shù)據(jù)鏈、甚高頻數(shù)據(jù)鏈、超高頻（UHF）數(shù)據(jù)鏈、L頻段數(shù)據(jù)鏈和衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈。l航空數(shù)據(jù)鏈按信息傳輸對象的位置分為： 空空數(shù)據(jù)鏈（又稱機(jī)間數(shù)據(jù)鏈）、空地?cái)?shù)據(jù)鏈地和地?cái)?shù)據(jù)鏈3.2.1 空管通信的體制l空空數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng) ：實(shí)現(xiàn)飛機(jī)間的數(shù)據(jù)通訊，為實(shí)現(xiàn)自由飛行奠定基礎(chǔ) l空地?cái)?shù)據(jù)鏈系統(tǒng) ：將飛機(jī)位置，飛行狀態(tài)等各種信息傳送給地面設(shè)備和人員，實(shí)現(xiàn)駕駛員與管制

26、員之間的雙向信息交換 l地地?cái)?shù)據(jù)鏈系統(tǒng) ：實(shí)現(xiàn)管制中心之間，以及管制中心與其他地面儀器及部門之間的信息交換3.2.1 空管通信的體制l航空數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用于民用航空，根據(jù)業(yè)務(wù)類型可以分為四類：（1）空中交通服務(wù) （2）航空管理通信 （3）航空行政管理通信 （AAC）（4）航空旅客通信 （APC）l在這四類數(shù)據(jù)通信中，空中交通服務(wù)和航空管理通信與飛行安全和效率有關(guān)，具有高優(yōu)先級。3.2.1 空管通信的體制l利用航空數(shù)據(jù)鏈技術(shù)產(chǎn)生了一種新的監(jiān)視手段自動相關(guān)監(jiān)視 （ADS）l自動相關(guān)監(jiān)視（自動相關(guān)監(jiān)視（ADS）的定義：）的定義：自動相關(guān)監(jiān)視是用于空中交通服務(wù)（自動相關(guān)監(jiān)視是用于空中交通服務(wù)（ATS）的一）

27、的一種技術(shù)，即飛機(jī)通過數(shù)據(jù)鏈自動提供機(jī)載導(dǎo)航和種技術(shù)，即飛機(jī)通過數(shù)據(jù)鏈自動提供機(jī)載導(dǎo)航和定位系統(tǒng)導(dǎo)出的各種數(shù)據(jù)。定位系統(tǒng)導(dǎo)出的各種數(shù)據(jù)。l釋義：釋義：Automatic （自動）：無需機(jī)組人員人工發(fā)送信息。（自動）：無需機(jī)組人員人工發(fā)送信息。Dependent（相關(guān)）：地面依據(jù)飛機(jī)的報(bào)告得知飛機(jī)的（相關(guān)）：地面依據(jù)飛機(jī)的報(bào)告得知飛機(jī)的 位置，信息來自飛機(jī)本身而不是地面站。位置，信息來自飛機(jī)本身而不是地面站。Surveillance(監(jiān)視監(jiān)視)：飛機(jī)的位置得到監(jiān)視。：飛機(jī)的位置得到監(jiān)視。ATNATS網(wǎng)及各種網(wǎng)及各種地面專用網(wǎng)絡(luò)地面專用網(wǎng)絡(luò)IMMRSSATGNSS顯示顯示數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)鏈Ground信

28、源信源數(shù)據(jù)鏈（數(shù)據(jù)鏈（B模式）模式）ADS 技術(shù)原理簡介技術(shù)原理簡介3.2 3.2 空管通信的體制及技術(shù)空管通信的體制及技術(shù)l3.2.1 空管通信的體制l3.2.2 空管數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)3.2.2 空管數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)l已使用和即將使用的數(shù)據(jù)鏈技術(shù)包括： 1. S模式二次雷達(dá)數(shù)據(jù)鏈 它是下一代地基雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)，與A、C模式數(shù)據(jù)鏈交互通信，同時(shí)提供獨(dú)立的監(jiān)視能力，并且完全與ATN兼容 使用選擇詢問的技術(shù)，排除了A、C模式現(xiàn)存的問題。并與之完全兼容支持現(xiàn)在使用1030MHz/1090MHz的飛機(jī)通信選址報(bào)告系統(tǒng)（ACARS） 3.2.2 空管數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)2、VDL模式1低速的、面向比特的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

29、在甚高頻頻段，調(diào)制方式為AMMSK使用載波偵聽多路訪問（CSMA）的媒質(zhì)訪問方式物理層與現(xiàn)有ACARS系統(tǒng)一致，速率為2400bit/s采用地面網(wǎng)管集中處理的方式。3.2.2 空管數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)3. VDL模式2l類似VDL模式1，使用差分8相相移鍵控（D8PSK）調(diào)制速率31.5Kbit/s。在歐、美廣泛應(yīng)用。4. VDL模式3l是目前ICAO建議未來的系統(tǒng)，調(diào)制方式為D8PSK，速率為31.5Kbit/s。使用TDMA方式，每120ms為一幀，每幀4個(gè)30ms的時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙形成獨(dú)立的雙向地空鏈路，上、下行鏈路使用同一頻率，可以傳輸模擬話音，也可傳輸數(shù)據(jù)。3.2.2 空管數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)l5

30、. VDL模式4lVDL模式4是瑞典推出的一種甚高頻數(shù)據(jù)鏈，它以標(biāo)準(zhǔn)的25KHz帶寬進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。l媒質(zhì)訪問方式是STDMA，基于OSI參考模型，支持19.2Kbit/s GFSK調(diào)制速率和31.5Kbit/s D8PSK調(diào)制速率。l信道被劃分為固定時(shí)間長度的時(shí)隙。l與VDL模式3不同的是它不需要地面處理和管理設(shè)施，但目前不支持話音通信，只支持各種地空、空空數(shù)據(jù)鏈通信應(yīng)用。3.2.2 空管數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)l6. 高頻數(shù)據(jù)鏈支持飛機(jī)使用短波完成數(shù)據(jù)通信，面向比特，符合OSI模型。7. AMSSl支持地空數(shù)據(jù)鏈通信的實(shí)施。以三種主要方式運(yùn)行：靜止軌道衛(wèi)星（GEOS）、中軌道衛(wèi)星（MEOS）、低軌道衛(wèi)

31、星（LEOS）。航空移動衛(wèi)星（航路）業(yè)務(wù)（AMS（R）S）是AMSS中的特殊部分，提供獨(dú)立的ATC服務(wù)，移動地球站安裝在飛機(jī)上。3.2.2 空管數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)l8. MLSl是滿足所有各型飛機(jī)、各類精密進(jìn)近著陸引導(dǎo)、所有運(yùn)行需求的系統(tǒng)。l使用差分相移鍵控（DPSK）調(diào)制、反復(fù)發(fā)送、周期冗余檢查和低比特誤碼率來確保其完整性和性能。該鏈路支持導(dǎo)航地基增強(qiáng)系統(tǒng)（GBAS）。lMLS運(yùn)行在50305091MHz，以300kHz的頻道間隔提供200個(gè)通道。MLS提供對空數(shù)據(jù)廣播能力來支持執(zhí)行精密進(jìn)近所必要的數(shù)據(jù)，包括基本的MLS數(shù)據(jù)、MLS區(qū)域?qū)Ш綌?shù)據(jù)和地面風(fēng)數(shù)據(jù)。3.2.2 空管數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)9. 導(dǎo)

32、航數(shù)據(jù)鏈l第一代GNSS基于GPS和GLONASS導(dǎo)航衛(wèi)星星座，一般通過其增強(qiáng)系統(tǒng)來改善精度、完整性、連續(xù)性和可用性，包括星基增強(qiáng)系統(tǒng)（SBAS）和地基增強(qiáng)系統(tǒng)（GBAS）lSBAS服務(wù)的覆蓋面與同步衛(wèi)星的相同GBAS使用的頻段可從C波段或者甚高頻波段選擇。在甚高頻波段上其調(diào)制方式為D8PSK或者GFSK。lD8PSK 工作在108117.975MHz，選用ILS和全向信標(biāo)臺（VOR）使用的導(dǎo)航頻段的信道間隔。lGFSK將使用相同頻段，TDMA調(diào)制方式，不具備運(yùn)行在25kHz頻道間隔的能力。3.2.2 空管數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)l10. ACARSlACARS是基于甚高頻的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，通過發(fā)送一套預(yù)

33、先編碼的電報(bào)交換各種信息l 面向字符，不滿足ISO的OSI/RM 7層體系結(jié)構(gòu)。采用MSK調(diào)制的模擬電臺，信息傳輸率最高只能達(dá)到2.4Kbit/sl采用的ARINC 618協(xié)議和ARINC 620協(xié)議是典型的文本電報(bào)字符格式3.2.2 空管數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)CNS/ATM數(shù)據(jù)鏈一覽表CNS/ATM數(shù)據(jù)鏈一覽表數(shù)據(jù)鏈一覽表內(nèi)容安排內(nèi)容安排3.1 空管通信的特點(diǎn)3.2 3.2 空管通信的體制及技術(shù)空管通信的體制及技術(shù)3.3 3.3 空管數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)空管數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng) 3.4 ATN 3.4 ATN 3.5 3.5 中國民航甚高頻數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展中國民航甚高頻數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 3.3 空管

34、數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)本節(jié)主要介紹數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)包括甚高頻數(shù)據(jù)鏈、衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈、高頻數(shù)據(jù)鏈和S模式二次雷達(dá)數(shù)據(jù)鏈 l3.3.1 甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)l3.3.2 衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)l3.3.3 高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)l3.3.4 S模式二次雷達(dá)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)3.3.1 甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng) l由于甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸延時(shí)小、機(jī)載設(shè)備和地面設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛使用l再過內(nèi)建立約80個(gè)遠(yuǎn)端地面站（RGS）和網(wǎng)絡(luò)管理與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，具備提供除西部部分航路之外干線航路的地空甚高頻覆蓋能力3.3.1 甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)l甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn)：（1）甚高頻電波傳播特性是直線傳播，電離層不能反射，故而是在視線范圍內(nèi)傳播，覆蓋

35、范圍一般只限于以地面為中心的一定半徑范圍內(nèi)。（2）對于地面站和機(jī)載設(shè)備頻率范圍，甚高頻信道均勻分布于118MHz至136.975MHz之間，信道間隔為25kHz，共760個(gè)信道。（3）公共信令信道（CSC）設(shè)定為136.975MHz。（4）提供獨(dú)立代碼和獨(dú)立字節(jié)的數(shù)據(jù)傳輸。（5）提供鏈路層廣播服務(wù)。3.3.1 甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)甚高頻地空數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)組成示意圖甚高頻地空數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)組成示意圖 3.3.1 甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)l典型應(yīng)用如下：（1）ADS系統(tǒng)（2）CPDLC（3）飛機(jī)放行許可（PDC）（4）海洋放行許可（OC）（5）數(shù)字自動終端信息服務(wù)應(yīng)用（DATIS）（6）ADSB（7）CNS/ATM航

36、路3.3.1 甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)3.3.1.1 甚高頻數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展甚高頻數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展3.3.1.2 甚高頻數(shù)據(jù)鏈的分層結(jié)構(gòu)l ICAO對甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，按照OSI參考模型的7層體系結(jié)構(gòu)，定義了甚高頻數(shù)字鏈設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 3.3.1.2 甚高頻數(shù)據(jù)鏈的分層結(jié)構(gòu) VDL 7層體系結(jié)構(gòu)的定義和功能層體系結(jié)構(gòu)的定義和功能 3.3.1.2 甚高頻數(shù)據(jù)鏈的分層結(jié)構(gòu)l7層體系結(jié)構(gòu)分析：層體系結(jié)構(gòu)分析：l最低3層（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層）實(shí)現(xiàn)通信子網(wǎng)的功能，l最高3層（會話層、表示層、應(yīng)用層）實(shí)現(xiàn)用戶的應(yīng)用要求，l傳輸層則在最低3層通信子網(wǎng)的基礎(chǔ)上為最高3層協(xié)議提供源端系統(tǒng)到目的端系統(tǒng)

37、之間可靠的數(shù)據(jù)通信，是低層子網(wǎng)通信和高層用戶應(yīng)用之間的隔離層。 3.3.1.2 甚高頻數(shù)據(jù)鏈的分層結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)鏈的分層結(jié)構(gòu)比較數(shù)據(jù)鏈的分層結(jié)構(gòu)比較3.3.1.3 ACARS系統(tǒng)l70年代末期，美國ARINC公司研制典型甚高頻空地的數(shù)據(jù)鏈ACARSlACARS系統(tǒng)主要由機(jī)載設(shè)備、地面設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)控制中心（中央交換系統(tǒng)）組成。lACARS的頻率間隔為25KHz，數(shù)據(jù)傳輸速率為2.4Kbit/s，采用單信道半雙工的工作方式。l甚高頻通信是視距通信，覆蓋范圍與飛行高度有關(guān) 3.3.1.3 ACARS系統(tǒng)ACARS系統(tǒng)組成框圖系統(tǒng)組成框圖3.3.1.3 ACARS系統(tǒng)ACARS系統(tǒng)組成分析系統(tǒng)組成分析l機(jī)載設(shè)

38、備：增加了一個(gè)ACARS通信管理單元CMU。一方面與標(biāo)準(zhǔn)機(jī)載收發(fā)信機(jī)相連，另一方面與其他機(jī)載數(shù)據(jù)終端設(shè)備相連。完成數(shù)據(jù)處理等功能l地面設(shè)備：在地面布置甚高頻RGS網(wǎng)絡(luò)，增加了一個(gè)數(shù)據(jù)控制與接口單元（DCIU）l中央交換系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)多個(gè)飛機(jī)和多個(gè)RGS機(jī)站的多用戶通信。實(shí)現(xiàn)航空公司和ATS用戶間的資源的共享，實(shí)現(xiàn)空地終端間的自動數(shù)據(jù)通信 3.3.1.3 ACARS系統(tǒng)l為了消除由于信道過分擁擠造成延遲， ARINC采用了廣播調(diào)頻或多基頻技術(shù)，提高了ACARS在重要機(jī)場的可靠性。l新的ACARS系統(tǒng)采用甚高頻數(shù)字鏈路技術(shù)，即VDL模式2，它采用面向比特協(xié)議l調(diào)制方式為D8PSK，速率可達(dá)31.5Kb

39、it/sl下面繼續(xù)介紹VDL模式23.3.1.4 VDL模式2 概述概述lVDL模式2是ATN地空移動通信的主要方式，以面向比特的方式傳輸，傳輸速率達(dá)到31.5kbit。采用ISO8208面向連接的方式與機(jī)載子網(wǎng)、地面子網(wǎng)一起構(gòu)成了地空統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)lVDL模式2作為ATN的一種移動子網(wǎng)，承載著地空移動通信中的網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)包。規(guī)定了地空移動通信的物理層、鏈路層和子網(wǎng)層協(xié)議。鏈路層協(xié)議由MAC子層、DLS和鏈路管理子層組成。其中采用的是HDLC協(xié)議的子集AVLC。 l基本結(jié)構(gòu)如下圖：3.3.1.4 VDL模式2概述概述 VDL模式模式2協(xié)議結(jié)構(gòu)協(xié)議結(jié)構(gòu) 3.3.1.4 VDL模式2物理層協(xié)議與服務(wù) l物

40、理層為數(shù)據(jù)鏈路層的比特?cái)?shù)據(jù)傳送建立、維持和取消連接。l數(shù)據(jù)鏈路層的用戶數(shù)據(jù)通過服務(wù)原語傳遞到物理層，物理層通過甚高頻信道將數(shù)據(jù)送到通信另一端的物理層。l物理層再通過服務(wù)原語將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)鏈路層。3.3.1.4 VDL模式2物理層協(xié)議與服務(wù) 1、物理層的功能 收發(fā)頻率控制：物理層的頻率選擇根據(jù)鏈路層的請求而定 通告功能：通過信號質(zhì)量指示參數(shù)來通告信號質(zhì)量 數(shù)據(jù)發(fā)射功能：指物理層將從鏈路層收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過適當(dāng)?shù)鼐幋a通過射頻（RF）信道發(fā)送 數(shù)據(jù)接收功能：指將接收到的數(shù)據(jù)解碼，使高層應(yīng)用能夠準(zhǔn)確讀出 3.3.1.4 VDL模式2物理層協(xié)議與服務(wù) 2、VDL模式2的發(fā)送特點(diǎn) 調(diào)制方案：采用D8PSK調(diào)

41、制，用=0.6升余玄濾波器，將要發(fā)送的信息每三個(gè)比特組成一個(gè)符號作為相位的變化 編碼：一個(gè)進(jìn)入差分?jǐn)?shù)據(jù)編碼器的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流被轉(zhuǎn)換為三個(gè)獨(dú)立的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流X、Y、Z 調(diào)制速率：調(diào)制速率為10500符號/秒，所以比特率10500*3=31.5Kbit/s 編碼相位編碼相位 3.3.1.4 VDL模式2物理層協(xié)議與服務(wù) 訓(xùn)練序列：（a）發(fā)射機(jī)功率穩(wěn)定和接收機(jī)設(shè)置：即 000 000 000 000 （b）同步和模糊分辨：（c）保留符號：000（d）發(fā)射數(shù)據(jù)長度（e）FEC幀頭 FEC：lFEC編碼采用系統(tǒng)定長RS編碼。249字節(jié)一幀的數(shù)據(jù)，可以糾正3個(gè)字節(jié)的錯(cuò)誤。l原始多項(xiàng)式為l生成多項(xiàng)式為： )

42、1()(278xxxxxp)(125120iix3.3.1.4 VDL模式2物理層協(xié)議與服務(wù) 交織（Interleaving）：每一幀數(shù)據(jù)位包含249個(gè)字節(jié)，共2498=1992 bit 3、偵聽算法（CSMA）：l在發(fā)送數(shù)據(jù)或語音包之前運(yùn)行CSMA時(shí)，VDL模式2接收機(jī)可以通過能量檢測算法來檢測信道是否空閑 l信道從忙到空閑的檢測及信道從空閑到忙的檢測的方法見書)(1992)(bitsbitsC發(fā)送長度)(1992)(bitsbitsC發(fā)送長度)(1992)(bitsbitsC發(fā)送長度)(1992)(bitsbitsC發(fā)送長度 )(1992)(bitsbitsC發(fā)送長度)(1992)(bit

43、sbitsC發(fā)送長度3.3.1.4 VDL模式2物理層協(xié)議與服務(wù)4、物理層與鏈路層的接口：l物理層與鏈路層的接口由數(shù)據(jù)原語、頻率改變原語、信道偵聽原語、信號質(zhì)量原語、對等地址原語、信道占用原語組成 5、物理層與物理設(shè)備接口：l物理層與物理設(shè)備接口由發(fā)射原語、接收原語組成注：以上原語見網(wǎng)絡(luò)總結(jié)圖：3.3.1.4 VDL模式2 鏈路層協(xié)議與服務(wù) l鏈路層負(fù)責(zé)將信息從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體傳送到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體，傳送錯(cuò)誤通告，以及提供如下服務(wù)：l幀的組合與拆分、建立幀同步、拋棄非標(biāo)準(zhǔn)幀、幀差錯(cuò)的檢測與控制、RF信道的選擇、地址識別、產(chǎn)生幀校驗(yàn)序列。l鏈路層通過RF信道提供基本的比特傳輸。l鏈路層的數(shù)據(jù)在地空收發(fā)

44、設(shè)備中作為比特流進(jìn)行傳輸。 3.3.1.4 VDL模式2 鏈路層協(xié)議與服務(wù) 1、MAC子層：lMAC子層對共享信道提供對DLS子層透明的獲取功能。MAC子層的服務(wù)主要包括兩個(gè)部分：利用P堅(jiān)持CSMA算法進(jìn)行多路接入，以及信道擁塞通告服務(wù) ，具體包括： 多址方式：利用CSMA算法讓所有的地面站有平等的機(jī)會發(fā)送數(shù)據(jù) 3.3.1.4 VDL模式2 鏈路層協(xié)議與服務(wù) 信道擁塞檢測：l當(dāng)檢測出通道擁塞時(shí)，MAC子層將向甚高頻管理實(shí)體（VME）子層通告。l在試圖接入通道之前，MAC子層必須保證信道是空閑的。實(shí)現(xiàn)過程：l發(fā)射端在試圖進(jìn)行傳輸之前首先偵聽信道，等待信道的空閑。1.當(dāng)確定信道空閑的時(shí)候，試圖以概

45、率p進(jìn)行傳輸，而以概率1p后退等待。在一個(gè)最大訪問次數(shù)M1之后，MAC子層將在信道空閑之后立刻傳輸包。3.3.1.4 VDL模式2 鏈路層協(xié)議與服務(wù)l如果經(jīng)過計(jì)時(shí)器TM2時(shí)間幀仍未被傳送，則MAC子層將檢測出擁塞，并通告VME子層。lP堅(jiān)持CSMA算法允許在達(dá)到系統(tǒng)吞吐量最佳、傳輸延遲最小和沖突最少的時(shí)候，所有的基站都有機(jī)會進(jìn)行傳輸。具體時(shí)間如下：MAC子層參數(shù)子層參數(shù) 3.3.1.4 VDL模式2 鏈路層協(xié)議與服務(wù) 2、DLS：lDLS利用AVLC協(xié)議支持面向比特的地空通信服務(wù)，包括：l幀順序：接收端的DLS子層保證重復(fù)的幀被丟棄，且所有的幀都出現(xiàn)且只出現(xiàn)一次。l差錯(cuò)檢測：DLS子層保證檢測

46、并丟棄所有在傳輸中出現(xiàn)差錯(cuò)的幀。l站識別：DLS子層通過點(diǎn)到點(diǎn)的連接接收且只接收發(fā)向它自己的幀。l廣播地址：廣播地址可被所有接收者識別和接收。a.數(shù)據(jù)傳送：數(shù)據(jù)將在VDL信息幀（INFO）、用戶接口幀（UI）、標(biāo)識交換幀（XID）的信息域中被傳送。3.3.1.4 VDL模式2 鏈路層協(xié)議與服務(wù) VDL模式2幀結(jié)構(gòu)：l模式2幀結(jié)構(gòu)按照ISO3309幀結(jié)構(gòu)，如圖：VDL模式模式2幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu) 3.3.1.4 VDL模式2 鏈路層協(xié)議與服務(wù)l VDL模式2幀結(jié)構(gòu)分析：l地址結(jié)構(gòu)：地址域包括8個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)的最小有效比特（LSB）為擴(kuò)展保留位。l地址域：地址域包含目的地址域和源地址域。目的地址域包含

47、目的DLS地址或廣播地址，源地址域包含一個(gè)DLS地址。l廣播地址：廣播地址僅做為目的地址用于UI幀和XID幀中，用來廣播地面站信息。l鏈路控制域：該字節(jié)的編碼參照ISO4335。3.3.1.4 VDL模式2 鏈路層協(xié)議與服務(wù) DLS層與上一層的接口原語 ：注：以上原語見網(wǎng)絡(luò)總結(jié)圖：3、LME：lDLE存在于數(shù)據(jù)鏈路子層中，提供面向連接的點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路。LME用于建立和管理DLE之間的連接 l一個(gè)VDL模式2地面系統(tǒng)包括甚高頻地面站，提供與ATN連接的地面網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)VME，來管理與地面站建立連接的VDL模式2飛機(jī)。 3.3.1.4 VDL模式2 鏈路層協(xié)議與服務(wù)lLME提供的服務(wù)有：提供連接和改變

48、連接通告 l提供連接：每一個(gè)地面VME為每一架飛機(jī)產(chǎn)生一個(gè)LME，同樣，每一個(gè)機(jī)載VME將為每個(gè)地面系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)LMEl改變連接通告：VME將通知中間系統(tǒng)系統(tǒng)管理實(shí)體（SME）鏈路連接的變化3.3.1.4 VDL模式2 鏈路層協(xié)議與服務(wù) LME的工作過程：l頻率管理過程：頻率搜捕過程。l鏈路連接過程：機(jī)載和地面LME將用如下過程來維護(hù)甚高頻數(shù)據(jù)鏈。 LME與上一層的接口 ：l提供一系列原語，具體見網(wǎng)絡(luò)總結(jié)，如下圖：提供一系列原語，具體見網(wǎng)絡(luò)總結(jié)，如下圖： 107子網(wǎng)層子網(wǎng)層媒體訪問控制層物理層物理層隊(duì)列管理子層邏輯鏈路控制子層數(shù)字鏈路服務(wù)子層3鏈路管理實(shí)體3數(shù)字鏈路服務(wù)子層2數(shù)字鏈路服務(wù)子層1

49、鏈路管理實(shí)體2鏈路管理實(shí)體1RF_IDLE.indication RF_BUSY.indicationRF_OCC.indicationRF_PDU.transmit RF_PDU.receivePH_IDLE.indicationPH_BUSY.indicationPH_DATA.requestMA_CTS.indicationMA_RTS.requestMA_EVENT_TM2.indication PH_FREQ.requestPH_ADD.requestPH_DATA.indicationPH_OCC.indicationPH_SQP.indDL_RST_DM.requestDL_XI

50、D.requestDL_XID.indicationDL_RST_N2.indicationDL_RST_TM2.indicationDL_RST_DM.indicationDL_DISC.indicationDL_RST_N2.indicationDL_RST_TM2.indicationDL_RST_FRMR.indicationTX_EVENT_TM2.indicationTX_QUEUE.requestTX_EVENT_TM2.indicationTX_QUEUE.requestDL_DATA.indicationDL_DATA.request數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層 108飛機(jī)鏈路層 甚

51、高頻管理實(shí)體鏈路管理實(shí)體1邏輯鏈路子層數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體1地面站鏈路層邏輯鏈路子層廣播廣播XIDXID幀幀DL_XID.indDL_XID.indXID.reqXID.req 甚高頻管理實(shí)體DL_XID.indDL_XID.indXID.reqXID.req建立建立DLEDLE實(shí)體實(shí)體DL_UNBLOCK.reqDL_UNBLOCK.req鏈路管理實(shí)體1數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體1廣播廣播XIDXID幀幀建立建立DLEDLE實(shí)體實(shí)體broadcastLINK飛機(jī)鏈路層 甚高頻管理實(shí)體鏈路管理實(shí)體1數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體1邏輯鏈路子層數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體2broadcastLINK鏈路管理實(shí)體23.3.1.4 VDL模式2 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)

52、議與服務(wù) lVDL模式2子網(wǎng)層協(xié)議的功能包括：對重復(fù)、丟失、無效分組的處理，以及對分組包的路由和轉(zhuǎn)發(fā)功能。子網(wǎng)協(xié)議被稱為子網(wǎng)接入?yún)f(xié)議：（SNACP） l其中網(wǎng)協(xié)議數(shù)據(jù)單元（SNPDU）是指當(dāng)收到鏈路層幀時(shí)，其凈荷部分l包括三個(gè)部分：3.3.1.4 VDL模式2 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議與服務(wù) 1、子網(wǎng)層服務(wù)：l按照ISO8208標(biāo)準(zhǔn) ，提供的服務(wù)包括如下四個(gè)方面： 子網(wǎng)連接管理：使用相應(yīng)的分組類型、過程和 設(shè)施來建立、結(jié)束和管理子網(wǎng)連接 。關(guān)鍵：連接的雙方端點(diǎn)盡可能多地保留連接狀態(tài)信息 分組的拆分和重組：允許子網(wǎng)用戶對大的數(shù)據(jù)單元進(jìn)行拆分傳送，接收將數(shù)據(jù)端重組3.3.1.4 VDL模式2 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議與服務(wù)

53、錯(cuò)誤恢復(fù)：VDL模式2中，采用拒絕幀分組進(jìn)行通信子網(wǎng)級的錯(cuò)誤恢復(fù)。這些分組將使發(fā)送端子網(wǎng)實(shí)體重傳錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包。 連接流量控制：連接流量控制采用分組序列號和滑動窗口實(shí)現(xiàn)。3.3.1.4 VDL模式2 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議與服務(wù) 2、VDL模式2分組格式：l分組序號采用模8格式。格式遵照ISO8208的規(guī)定，選用快速選擇設(shè)施3、VDL模式2所支持的設(shè)施：l設(shè)施包括：l分組重傳；非標(biāo)準(zhǔn)省略包大?。环菢?biāo)準(zhǔn)省略窗口大?。涣髁靠刂茀?shù)協(xié)商；快速選擇；被叫線地址更改通告；被叫地址擴(kuò)展3.3.1.4 VDL模式2 OPENET仿真實(shí)例3.3.1.4 VDL模式2 仿真分析1、目的： 系統(tǒng)可靠性驗(yàn)證，確保系統(tǒng)的正確運(yùn)行；

54、 分析系統(tǒng)固有參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響情況2、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?：l飛機(jī)節(jié)點(diǎn)都包含自己的應(yīng)用設(shè)置，互相獨(dú)立和向地面進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。如：飛機(jī)與地面站發(fā)送和接收消息消息l理想情況下，飛機(jī)數(shù)量最多設(shè)置為140架，仿真時(shí)間周期設(shè)置為24小時(shí)。l仿真結(jié)果如下：3.3.1.4 VDL模式2 仿真分析 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)拓?fù)?3.3.1.4 VDL模式2 仿真分析3、節(jié)點(diǎn)模型 ：l節(jié)點(diǎn)代表了實(shí)際的通信實(shí)體，如固定節(jié)點(diǎn)地面站和移動節(jié)點(diǎn)飛機(jī)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以便能夠進(jìn)行通信 l按照ISO的標(biāo)準(zhǔn)層次設(shè)計(jì)和OPNET的建模需要各層簡化為應(yīng)用層、子網(wǎng)層、鏈路層、物理層。l應(yīng)用層作用產(chǎn)生包并最終接收包；l鏈路層又包括DLS子層、

55、MAC子層；l物理層主要采用了信道設(shè)計(jì) ，收發(fā)信機(jī)設(shè)計(jì)的方法 lVDL模式2模型的層次結(jié)構(gòu)如下圖：3.3.1.4 VDL模式2 仿真分析移動節(jié)點(diǎn)模型圖移動節(jié)點(diǎn)模型圖3.3.1.4 VDL模式2 仿真分析移動節(jié)點(diǎn)模型圖 移動節(jié)點(diǎn)模型層次圖移動節(jié)點(diǎn)模型層次圖3.3.1.4 VDL模式2 仿真分析4、仿真結(jié)果：a.第一組第一組:吞吐量隨飛機(jī)數(shù)量與吞吐量隨飛機(jī)數(shù)量與數(shù)據(jù)更新率的變化曲線數(shù)據(jù)更新率的變化曲線 平均延遲隨飛機(jī)數(shù)量平均延遲隨飛機(jī)數(shù)量與數(shù)據(jù)更新率的變化曲線與數(shù)據(jù)更新率的變化曲線3.3.1.4 VDL模式2 仿真分析 第二組，分析報(bào)文長度與飛機(jī)數(shù)量對系統(tǒng)吞吐量的影響第二組，分析報(bào)文長度與飛機(jī)數(shù)量

56、對系統(tǒng)吞吐量的影響 吞吐量隨飛機(jī)數(shù)量與報(bào)文長度的變化曲線吞吐量隨飛機(jī)數(shù)量與報(bào)文長度的變化曲線3.3.1.4 VDL模式2 仿真分析 第二組，驗(yàn)證并尋找系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載的臨界點(diǎn)并得到系統(tǒng)第二組，驗(yàn)證并尋找系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載的臨界點(diǎn)并得到系統(tǒng)的最佳工作范圍的最佳工作范圍 吞吐量隨實(shí)際負(fù)載的變化曲線吞吐量隨實(shí)際負(fù)載的變化曲線 信道效率隨實(shí)際負(fù)載的變化曲線信道效率隨實(shí)際負(fù)載的變化曲線3.3.1.4 VDL模式2 仿真結(jié)果總結(jié)l對VDL模式2進(jìn)行OPENET仿真，結(jié)論如下：1、系統(tǒng)吞吐量隨飛機(jī)數(shù)量的變化呈拋物線形狀。2、飛機(jī)數(shù)目對系統(tǒng)延遲影響明顯，隨著飛機(jī)數(shù)目的增加，延遲顯著增加。3、報(bào)文長度對系統(tǒng)吞吐量有明顯的

57、影響，與報(bào)文更新速率相同4、信道未飽和時(shí)，系統(tǒng)吞吐量隨系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載的增加而增加；而當(dāng)信道飽和后，系統(tǒng)吞吐量減小。5、系統(tǒng)在實(shí)際負(fù)載為0.40.7范圍內(nèi)時(shí)工作效果最佳，此時(shí)信道效率達(dá)到0.4左右。3.3.1.5 VDL模式4 概述 lVDL模式4數(shù)據(jù)鏈采用標(biāo)準(zhǔn)的甚高頻帶寬（25kHz）信道傳輸數(shù)字信息。其主要的特點(diǎn)在于信道預(yù)約訪問協(xié)議。 l信道被劃分為若干時(shí)隙，可以為飛機(jī)、地面站和其它地面通信設(shè)備的收發(fā)信機(jī)所使用。 具體見后圖l信道預(yù)約協(xié)議降低了信道占用沖突的概率l這一信道時(shí)隙使用和管理的方式稱為自組織時(shí)分多址協(xié)議。3.3.1.5 VDL模式4 概述 1234567時(shí)隙時(shí)隙1被預(yù)約被預(yù)約飛機(jī)飛機(jī)

58、A使用使用時(shí)隙時(shí)隙3被預(yù)約被預(yù)約飛機(jī)飛機(jī)B使用使用時(shí)隙時(shí)隙2被預(yù)約被預(yù)約地面站使用地面站使用 VDL模式模式4數(shù)據(jù)鏈運(yùn)行情況數(shù)據(jù)鏈運(yùn)行情況 VDL模式模式4數(shù)據(jù)為將來的數(shù)據(jù)為將來的CNS/ATM技術(shù)提供系統(tǒng)技術(shù)提供系統(tǒng)解決方案解決方案3.3.1.5 VDL模式4 物理平臺 l每一個(gè)VDL模式4的用戶都裝備有異頻收發(fā)信機(jī)，用來確定位置和時(shí)間，管理數(shù)據(jù)鏈上的傳輸并接收發(fā)送數(shù)據(jù) l下面介紹收發(fā)信機(jī)中各個(gè)部分的功能及工作頻段。VDL模式模式4收發(fā)信機(jī)收發(fā)信機(jī)3.3.1.5 VDL模式4 物理平臺 lGNSS接收機(jī)：為用戶提供精確的導(dǎo)航信息及時(shí)間信息，時(shí)間信號是由GNSS收發(fā)信機(jī)中獲得lVHF收發(fā)信機(jī)：

59、既用來發(fā)送自己的位置信息和其他的用戶的有關(guān)信息，又用來接收其他用戶發(fā)送的數(shù)據(jù) l通信處理機(jī)：是一臺用來調(diào)整使用通信信道的計(jì)算機(jī)，和VHF收發(fā)信機(jī)、GNSS接收機(jī)相連 l工作頻譜：VDL模式4工作在108136.975MHz的甚高頻航空數(shù)據(jù)鏈上3.3.1.5 VDL模式4數(shù)據(jù)鏈的運(yùn)作模式和通信結(jié)構(gòu) lVDL模式4可以用來構(gòu)成不同功能級別的運(yùn)作模式，即受控模式和自治模式 l受控運(yùn)作模式下，地面站按指令型預(yù)約協(xié)議為空中用戶分配使用時(shí)隙 l自治運(yùn)作模式下的VDL模式4數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)又可分為三種通信結(jié)構(gòu) ：l沒有地面系統(tǒng)的自治通信結(jié)構(gòu) l單蜂窩通信結(jié)構(gòu)1.多蜂窩通信結(jié)構(gòu)3.3.1.5 VDL模式4數(shù)據(jù)鏈的運(yùn)

60、作模式和通信結(jié)構(gòu) l自治通信結(jié)構(gòu)l用自組織協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)任何具有蜂窩重疊區(qū)用戶間的空空通信 ，應(yīng)用于低密集區(qū)、海域和兩極地帶。 提供ADSB和空空 通信支持 提供CDTI；ACAS； 以及搜索和救援的協(xié)調(diào)3.3.1.5 VDL模式4數(shù)據(jù)鏈的運(yùn)作模式和通信結(jié)構(gòu) l單蜂窩通信結(jié)構(gòu) lVDL模式4數(shù)據(jù)鏈地面站提供空地通信服務(wù)和地面監(jiān)視服務(wù)。授權(quán)的地面站可以按指令型預(yù)約協(xié)議來控制信道時(shí)隙的使用l地面站間無蜂窩重疊區(qū)單蜂窩通信結(jié)構(gòu)的功能受地面站覆蓋范圍的影響，越出單蜂窩區(qū)時(shí)，其功能和運(yùn)作方式與自治通信結(jié)構(gòu)一樣 3.3.1.5 VDL模式4數(shù)據(jù)鏈的運(yùn)作模式和通信結(jié)構(gòu) l單蜂窩通信結(jié)構(gòu)下，空地通信過程可分為三