羅歡吉，雷國志

(1.中航工業(yè)第一飛機設(shè)計研究院，西安 710089;2.中國西南電子技術(shù)研究所，成都 610036)

1 引言

在和平與發(fā)展的主題下，隨著航空技術(shù)的發(fā)展，作為有限資源的天空將更加繁忙，資源沖突也將愈加劇烈。2013 年，中國民航發(fā)布通知，北京國際機場等占據(jù)國內(nèi)80%流量的八大機場嚴禁“流量管控”，這相當(dāng)于以法規(guī)的形式限制了軍機在民用機場空域使用，但這并不是解決天空資源沖突的最優(yōu)解決方案。為提高天空使用率，歐洲(EuroControl)提出了“統(tǒng)一天空”的概念［1］，美國提出了類似的NextGen 計劃，中國國家空管委也指出“深化改革，統(tǒng)一管制，軍民聯(lián)合，空防一體”的思路。國內(nèi)的研究者從運行管理體制、需求標準體系以及對應(yīng)的通信導(dǎo)航監(jiān)視/空中交通管理(CNS/ATM)技術(shù)發(fā)展出發(fā)，探討了實現(xiàn)軍民機統(tǒng)一天空的方法。這些研究表明，共享天空資源的一個前提是在各自的運行體系上軍航和民航能夠進行互操作［2］，而本文就軍民航實現(xiàn)互操作的方法進行分析。

2 互操作性分析

互操作意味著軍民機之間可以實現(xiàn)飛行任務(wù)和飛行計劃的協(xié)同以及空中指揮和空中交通管理的統(tǒng)一。實現(xiàn)“協(xié)同”和“統(tǒng)一”，要求兩種體制下的技術(shù)手段能夠?qū)崿F(xiàn)互操作。下面就所涉及到的通信(C)、導(dǎo)航(N)、監(jiān)視(S)、頻譜(F)和認證(A)領(lǐng)域的互操作性進行逐一分析。

2.1 通信的互操作性

通信的互操作性主要體現(xiàn)在軍用通信系統(tǒng)與民用通信系統(tǒng)的互通性上。表1 列出了目前軍民機系統(tǒng)已有的互通手段，從表中可以看出軍民機已達到能夠通信的要求。但要實現(xiàn)互操作，還需要將軍民通信系統(tǒng)統(tǒng)一在一個框架下，實現(xiàn)任務(wù)計劃、飛行態(tài)勢、協(xié)調(diào)調(diào)度和空中交通的統(tǒng)一管理，實現(xiàn)輔助指揮/空管人員在同一平臺管理不同系統(tǒng)，提高飛行效率。圖1 展示了在軍民互操作架構(gòu)下通信互操作過程。

表1 軍民用航空通信手段對照表Table 1 Military－civil aviation communications comparison

圖1 軍民互操作架構(gòu)Fig.1 Military－civil interoperability framework

2.2 導(dǎo)航的互操作性

導(dǎo)航的互操作性主要體現(xiàn)在覆蓋性上，即軍用飛機能夠在民用導(dǎo)航設(shè)施的輔助下完成各類防務(wù)和安全任務(wù)，而民用飛機也能借用軍用導(dǎo)航手段增強自身的導(dǎo)航性能。國際民航組織(ICAO)通過定義民用航空器導(dǎo)航基本性能指標，統(tǒng)一了不同時間、不同體制的導(dǎo)航技術(shù)。進一步將軍用導(dǎo)航手段(如多模接收機(MMR)、數(shù)據(jù)鏈等)按照ICAO 的方法進行定義，可以實現(xiàn)軍民機導(dǎo)航的互操作。

2.3 監(jiān)視的互操作性

通信互操作性強調(diào)的是軍民機之間可以相互通信，導(dǎo)航互操作性強調(diào)的是軍民機導(dǎo)航基礎(chǔ)設(shè)施可以相互兼容，而監(jiān)視互操作性則體現(xiàn)在監(jiān)視的操作性上。監(jiān)視的主要作用是持續(xù)提供識別目標狀態(tài)，肩負安全防務(wù)使命的軍機更側(cè)重于識別非合作目標，而民機則側(cè)重識別合作目標［3］。

2.4 頻率資源的互操作性

隨著無線電技術(shù)的迅猛發(fā)展，頻率資源變得十分有限，它作為有限資源需要被統(tǒng)一管理、集中分配，這就需要軍方和政府進行共同管理和長期合作。

2.5 認證的互操作性

由于軍機和民機的認證體系不同，而且涉及到國家安全、知識產(chǎn)權(quán)、資質(zhì)互信等方面，因此實現(xiàn)認證的互操作將是一個十分復(fù)雜的過程。從MTL－297 和FAA 的認證體系能看出軍民機認證的互操作性正在被持續(xù)研究中［4－5］。

從上面的分析可以看出，除了頻譜和認證的互操作涉及到政府管理外，CNS 的互操作完全局限在技術(shù)范疇，因此，可以得出具備互操作性的CNS 是實現(xiàn)軍民機互操作技術(shù)基礎(chǔ)的結(jié)論。

3 統(tǒng)一CNS 的技術(shù)手段

由于世界上大部分國家的軍方既是空域的使用者又是空域的管理者，在天空資源的使用上有著先天的優(yōu)勢，而且其在空域上的使用是突發(fā)性的，因此軍機的CNS 技術(shù)對于空域的使用率和運行成本考慮得相對較少。相反地，在民用航空領(lǐng)域，為了降低成本在有限的空域?qū)崿F(xiàn)最大的航班流量，ICAO 提出了系統(tǒng)所需性能(RTSP)概念，即通過定義飛行各階段的通信、導(dǎo)航、監(jiān)視功能所需的性能來指導(dǎo)空中和地面設(shè)置的建設(shè)，成功地降低了航空公司和機場的建設(shè)和運營成本。

RTSP 拋開了CNS 系統(tǒng)具體的技術(shù)手段，直接從CNS 系統(tǒng)提供的服務(wù)出發(fā)，定義了CNS 系統(tǒng)的性能，指導(dǎo)廠家設(shè)計符合要求的產(chǎn)品，提供了一種解決不同年代、不同技術(shù)體系、不同制造商的不同CNS設(shè)備間的互操作可能。

因此，以RTSP 框架為基礎(chǔ)，建立軍機CNS 系統(tǒng)的所需性能標準，然后在所需性能這個層面進行互操作，可以成為實現(xiàn)軍民機互操作的合理方法。

3.1 軍民機所需性能分析

如圖2 所示，民機系統(tǒng)RTSP 由3個部分組成，分別是通信所需性能(RCP)、導(dǎo)航所需性能(RNP)和監(jiān)視所需性能(RSP)。下面以通信為例按照圖3 所示的流程提出軍機通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)所需性能方案。

圖2 系統(tǒng)所需性能分解Fig.2 Breakdown of RTSP

圖3 軍機所需性能需求的提出流程Fig.3 Proposed military requirements process

如圖4，ICAO 首先分析了民機飛行全過程與通信相關(guān)的需求RCP(如帶寬、通信時間、可用性、完好性和連續(xù)性)，然后給出這些需求準確的定義和量化指標。由于軍民機的通信系統(tǒng)的組成和使用流程是一致的，因此民機RCP 也能夠正確描述軍機的通信性能。文獻［6］綜述了美軍數(shù)據(jù)通信的需求，按照任務(wù)使命軍機通信可劃分為戰(zhàn)略級、戰(zhàn)術(shù)級、武器協(xié)同級，不同級別也對應(yīng)著帶寬、速率、可靠性、系統(tǒng)容量等性能需求，這些性能指標是可以由RCP 的指標計算得出，有了民機RCP 與軍機RCP 的映射關(guān)系，就可以得出軍機通信性能需求的定義。

同樣，按照圖3 的流程可以梳理出軍機CNS 系統(tǒng)所需性能需求的定義。

圖4 通信系統(tǒng)一次完整的通信過程Fig.4 A complete communication process of communication system

3.2 CNS 系統(tǒng)互操作分析

在軍民機都建立了統(tǒng)一的基于所需性能的CNS系統(tǒng)后，就可以實現(xiàn)軍民機的互操作。文獻［7］給出了民機與軍機典型飛行過程中的RTSP 需求，可以看出CNS 系統(tǒng)的性能需求能夠涵蓋軍民機從計劃到飛行的全過程，因此將CNS 系統(tǒng)的性能需求作為CNS系統(tǒng)互操作“語言”可以實現(xiàn)飛行任務(wù)和飛行計劃的協(xié)同以及空中指揮和空中交通管理的統(tǒng)一。

4 關(guān)鍵技術(shù)和主要步驟

前面的分析可以看出，實現(xiàn)軍民機的互操作關(guān)鍵在于建立統(tǒng)一的CNS 系統(tǒng)，建立完成軍機CNS 系統(tǒng)所需性能標準是實現(xiàn)軍民機互操作的關(guān)鍵技術(shù)。在軍民機互操作的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)軍民機互操作還要在組織管理層面進行協(xié)同，建立長效的軍民機聯(lián)合運行機制，實現(xiàn)共同決策、聯(lián)合管理，其主要技術(shù)步驟如下:

(1)參考民機RTSP，梳理軍機CNS 所需總系統(tǒng)性能需求;

(2)在所需性能這個層面，定義互操作語言，建立互操作架構(gòu);

(3)分析并制定詳細的軍民兼容的發(fā)展路線圖;

(4)實現(xiàn)長期的能力覆蓋基礎(chǔ)，實現(xiàn)和諧飛行。

5 結(jié)束語

在未來繁忙的空域中，基于RTSP 的CNS 系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)軍民機CNS 系統(tǒng)的互操作，為軍民機和諧發(fā)展、實現(xiàn)統(tǒng)一天空奠定基礎(chǔ)。在以和平和發(fā)展為主題的未來，天空資源的競爭沖突將隨著航空技術(shù)的發(fā)展逐漸擴大。根據(jù)本文的研究，軍機可以接入民用機場實現(xiàn)“自由”飛行，民用飛機可以自由使用軍用設(shè)施，達到軍民機和諧飛行的目的。同時，由于系統(tǒng)架構(gòu)是面向需求的，與具體的技術(shù)細節(jié)無關(guān)，因此，基于系統(tǒng)所需性能的CNS 系統(tǒng)也將極大地延長CNS 系統(tǒng)老舊設(shè)備的使用時間。

［1］EUROCONTROL.Roadmap on Enhanced Civil－Military CNS Interoperability and Technology Convergence［R］.Brussels:EUROCONTROL，2013:1－112.

［2］秦緒林.軍民航空管聯(lián)合運行機制［J］.中國民用航空，2012(6):34－35.QIN Xulin.Military－civil joint ATC operating mechanism［J］.China Civil Aviation，2012(6):34－35.(in Chinese)

［3］肖順旺，李升才，張長泉，等.敵我識別系統(tǒng)及其進展［J］.火力與指揮控制，2008(11):5－7.XIAO Shunwang，LI Shengcai，ZHANG Changquan，et al.The Identification Friend or Foe System and its Development［J］.Fire Control and Command Control，2008(11):5－7.(in Chinese)

［4］王軍峰.淺談軍用運輸機適航性［J］.民用飛機設(shè)計與研究，2013(S2):71.WANG Junfeng.Research on Fittness for Military Transport and Aircraft［J］.Civil Aircraft Design and Research，2013(S2):71.(in Chinese)

［5］雷國志，王雷，王濤濤.民機CNS 系統(tǒng)適航驗證方法分析與實踐［J］.電訊技術(shù)，2014，54(7):996－1001.LEI Guozhi，WANG Lei，WANG Taotao.Analysis and Practice of Airworthy Method for Verification of Civil CNS System［J］.Telecommunication Engineering，2014，54(7):996－1001.(in Chinese)

［6］Koczo S.Overview of NextGenICNS Functional Requirements［C］//Proceedings of 2010 Integrated Communications，Navigation and Surveillance Conference.Cancun，Mexico:IEEE，2010:1－5.

［7］吳澤民，吳忠清，張磊.美軍武器協(xié)同數(shù)據(jù)鏈的分析與比較［J］.軍事通信技術(shù)，2007(4):117－120.WU Zemin，WU Zhongqing，ZHANG Lei.Analysis and Comparison of Weapon Cooperative Data Link for US Army［J］.Journal of Military Communications Technology，2007(4):117－120.(in Chinese)