羅海明

（中國(guó)西南電子技術(shù)研究所，成都 610036）

1 引言

軍用飛機(jī)和民用飛機(jī)在不同的空域飛行，接受不同部門的交通管制，早期軍民航空中交通管理體制的差異和空域管理的沖突并不明顯。隨著軍事訓(xùn)練任務(wù)增多，訓(xùn)練高度、地域范圍增大，軍機(jī)容易出現(xiàn)偏離訓(xùn)練空域靠近民用航路航線，導(dǎo)致軍民航飛機(jī)小于安全間隔的情況。另外軍用運(yùn)輸類飛機(jī)在執(zhí)行撤僑、遠(yuǎn)程運(yùn)輸?shù)热蝿?wù)時(shí)，會(huì)在境外民航空域飛行并接受他國(guó)的空中交通管制。目前軍民航之間的飛行活動(dòng)信息不能實(shí)現(xiàn)有效且及時(shí)的溝通，造成空管信息傳遞不暢，從而增加了軍民航管制協(xié)調(diào)工作量，帶來(lái)飛行安全隱患，也影響民航運(yùn)行效率。

軍民融合國(guó)家戰(zhàn)略為軍用和民用航空在空中交通管理領(lǐng)域的融合創(chuàng)新發(fā)展提供了理論指導(dǎo)，軍機(jī)通過(guò)擴(kuò)展通信導(dǎo)航監(jiān)視技術(shù)兼容民航空中交通管理是其中的一個(gè)融合方向。具備民航通信導(dǎo)航監(jiān)視技術(shù)能力的軍機(jī)在民航空域飛行時(shí)，支持空中交通管制部門與其進(jìn)行通信及監(jiān)視，從而實(shí)現(xiàn)空管信息的無(wú)縫傳遞。隨著全球航行系統(tǒng)的發(fā)展，空中交通管理對(duì)飛行安全和運(yùn)行效率提出更高要求，通信導(dǎo)航監(jiān)視等技術(shù)也在不斷發(fā)展革新。本文主要探討為滿足兼容民航空中交通管理需要，軍機(jī)在通信導(dǎo)航監(jiān)視領(lǐng)域可擴(kuò)展的技術(shù)能力。

2 民航航空系統(tǒng)組塊升級(jí)技術(shù)路線圖

國(guó)際民用航空組織（ICAO）早期以技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)推出了新航行系統(tǒng)(CNS/ATM)，近期以全球空中交通管理運(yùn)行概念作為愿景，以運(yùn)行效能要求為目標(biāo)，提出了航空系統(tǒng)組塊升級(jí)（ASBU）概念，用工程化的方法指導(dǎo)全球空中交通管理系統(tǒng)的規(guī)劃與實(shí)施。中國(guó)民用航空局于2015年發(fā)布了《中國(guó)民航航空系統(tǒng)組塊升級(jí)發(fā)展與實(shí)施策略》，從通信導(dǎo)航監(jiān)視及航電技術(shù)等方面提出了指導(dǎo)中國(guó)民航航行系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)劃。

2.1 通信技術(shù)

民航通信方式正從話音通信逐步向數(shù)據(jù)通信過(guò)渡，通信技術(shù)實(shí)施路線如圖1所示。飛機(jī)通信尋址與報(bào)告新系統(tǒng)（ACARS）是目前民航應(yīng)用最為廣泛的地空數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，絕大多數(shù)民航飛機(jī)均裝備了ACARS通信管理設(shè)備，通過(guò)甚高頻（VHF）、雷達(dá)（SATCOM）和高頻（HF）鏈路支持面向航空公司的航空運(yùn)營(yíng)控制（AOC）應(yīng)用，面向交通管制部門的管制員飛行員數(shù)據(jù)鏈通信（CPDLC），以及合約式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-C）等FANS-1/A空中交通服務(wù)（ATS）應(yīng)用。

雖然ACARS在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)仍將繼續(xù)提供數(shù)據(jù)服務(wù)，但航空電信網(wǎng)（ATN）作為ICAO規(guī)劃和推動(dòng)新一代全球航空業(yè)的專用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)已在歐洲等地區(qū)開始運(yùn)行。歐洲空管局基于Link2000+項(xiàng)目通過(guò)VDL模式2技術(shù)及ATN網(wǎng)絡(luò)提供CPDLC服務(wù)。中國(guó)民航已開始規(guī)劃建設(shè)ATN網(wǎng)絡(luò)并分階段實(shí)施，近期逐步升級(jí)現(xiàn)有地面站、應(yīng)用系統(tǒng)及ACARS 地空數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)，提供基于AOA協(xié)議的VDL模式2服務(wù)；中期將地空數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)移到ATN網(wǎng)絡(luò)中，推動(dòng)機(jī)載數(shù)據(jù)鏈設(shè)備的升級(jí)，支持VDL模式2和ATN/OSI地空網(wǎng)絡(luò)，支持CPDLC等ATN基線1服務(wù)和應(yīng)用；遠(yuǎn)期全面實(shí)施支持ATN網(wǎng)絡(luò)的地面基礎(chǔ)設(shè)施和機(jī)載設(shè)備，將數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用過(guò)渡到ATN地空網(wǎng)絡(luò)，推進(jìn)基于ATN基線2服務(wù)和應(yīng)用。

除空地通信外，用于機(jī)場(chǎng)無(wú)線通信的機(jī)場(chǎng)航空移動(dòng)通信系統(tǒng)（AeroMACS）是一個(gè)新的技術(shù)應(yīng)用方向。AeroMACS基于WiMAX無(wú)線城域網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)范圍內(nèi)飛機(jī)、橋位、塔臺(tái)、移動(dòng)車輛之間的高速數(shù)據(jù)通信，按規(guī)劃可接入ATN地面網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)ATS應(yīng)用。

2.2 導(dǎo)航技術(shù)

民航計(jì)劃從傳統(tǒng)的基于傳感器的導(dǎo)航逐步過(guò)渡到基于性能的導(dǎo)航（PBN），從陸基導(dǎo)航逐步過(guò)渡到星基導(dǎo)航，導(dǎo)航技術(shù)及應(yīng)用實(shí)施路線如圖2所示。PBN通過(guò)區(qū)域?qū)Ш剑≧NAV）和所需導(dǎo)航性能（RNP）來(lái)規(guī)范，將飛機(jī)機(jī)載設(shè)備能力與衛(wèi)星導(dǎo)航及其他先進(jìn)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，涵蓋了從航路、終端區(qū)到進(jìn)近著陸的所有飛行階段，為民航提供更加精確、安全的飛行方法和更高效的空中交通管理模式。

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）是PBN發(fā)展的核心技術(shù)，也是未來(lái)導(dǎo)航服務(wù)能力提升的基礎(chǔ)。GNSS通過(guò)地基增強(qiáng)系統(tǒng)（GBAS）等外部系統(tǒng)以增強(qiáng)其性能，基于GPS的GBAS在部分國(guó)家和地區(qū)的機(jī)場(chǎng)已用于I類精密進(jìn)近。ICAO正在進(jìn)行針對(duì)GBAS用于Ⅱ/Ⅲ類精密進(jìn)近的運(yùn)行驗(yàn)證。

近年來(lái)，隨著RNAV和RNP的逐步應(yīng)用，新的航路網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃對(duì)陸基導(dǎo)航設(shè)施（VOR/DME/NDB/ILS）的依賴逐漸減少，但傳統(tǒng)導(dǎo)航設(shè)施在未來(lái)仍會(huì)作為GNSS的備份，同時(shí)慣性導(dǎo)航仍將持續(xù)使用。

支持多種傳感器、傳統(tǒng)導(dǎo)航和區(qū)域?qū)Ш焦芾淼娘w行管理功能是實(shí)現(xiàn)PBN不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)，中遠(yuǎn)期規(guī)劃飛行管理系統(tǒng)需進(jìn)一步提升能力以支持4D航跡能力。

圖1 ASBU通信技術(shù)路線圖

圖2 ASBU導(dǎo)航技術(shù)路線圖

2.3 監(jiān)視技術(shù)

我國(guó)現(xiàn)用于空中交通服務(wù)的監(jiān)視技術(shù)主要有一次監(jiān)視雷達(dá)、場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)、二次監(jiān)視雷達(dá)、自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視和多點(diǎn)定位等，監(jiān)視技術(shù)實(shí)施路線如圖3所示。其中廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）是未來(lái)的主要監(jiān)視技術(shù)，它將衛(wèi)星導(dǎo)航、通信技術(shù)、機(jī)載設(shè)備及地面設(shè)備等先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，為空中交通提供了更加安全、高效的監(jiān)視手段，能有效提高管制員和飛行員的運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知能力。目前國(guó)內(nèi)重點(diǎn)區(qū)域已實(shí)現(xiàn)ADS-B OUT初始運(yùn)行，計(jì)劃在2020年前實(shí)現(xiàn)全空域覆蓋，并在2025年運(yùn)行ADS-B IN擴(kuò)展空空監(jiān)視功能，實(shí)現(xiàn)空中交通情景意識(shí)功能和機(jī)載間隔輔助應(yīng)用。對(duì)于機(jī)載ADS-B設(shè)備來(lái)說(shuō)，導(dǎo)航源將引入北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，以提高GNSS的安全性與定位能力。ADS-B的地空通信鏈路可擴(kuò)展到衛(wèi)星通信，通過(guò)星基ADS-B技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)洋區(qū)和極地區(qū)域的覆蓋。

3 軍用飛機(jī)擴(kuò)展民航空中交通管理

軍機(jī)航空無(wú)線電系統(tǒng)中普遍包含通信、導(dǎo)航、識(shí)別（監(jiān)視）設(shè)備，現(xiàn)有的AM話音通信、衛(wèi)星導(dǎo)航和VOR/DME/NDB/ILS無(wú)線電導(dǎo)航、S模式航管應(yīng)答等技術(shù)能夠與民航空中交通管理兼容。隨著全球航行系統(tǒng)的發(fā)展，民航通信導(dǎo)航監(jiān)視領(lǐng)域的新技術(shù)可用于提升軍機(jī)的空中交通管理能力和安全飛行水平。從國(guó)外情況來(lái)看，美國(guó)國(guó)防部實(shí)施CNS/ATM現(xiàn)代化項(xiàng)目來(lái)升級(jí)其C-5、KC-10、C-130等飛機(jī)，以滿足空中交通管理的需要。

圖3 ASBU監(jiān)視技術(shù)路線圖

3.1 ACARS/ATN及空中交通服務(wù)應(yīng)用

運(yùn)輸類中大型軍用飛機(jī)通過(guò)擴(kuò)展ACARS/ATN功能及提升ATS應(yīng)用能力，可實(shí)現(xiàn)與民航空管通信系統(tǒng)的無(wú)縫連接，以提升空中交通管理的自動(dòng)化能力，增強(qiáng)其在民航空域的飛行安全。另外，我軍現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)只覆蓋了國(guó)內(nèi)及周邊區(qū)域，軍機(jī)在執(zhí)行境外飛行任務(wù)時(shí)缺乏有效通信手段，升級(jí)民航ACARS及ATN數(shù)據(jù)通信功能后，可借助民用海事衛(wèi)星通信及民航覆蓋全球的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)軍機(jī)的遠(yuǎn)程位置跟蹤和狀態(tài)監(jiān)控。

機(jī)載數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)按功能可分為通信子網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用3層。ACARS系統(tǒng)的通信子網(wǎng)包含VHF模式A、VDL模式2和提供Aero服務(wù)的衛(wèi)通子網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層駐留ACARS消息處理和鏈路管理協(xié)議，數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用層駐留AOC和ATS應(yīng)用。AOC應(yīng)用可根據(jù)對(duì)軍機(jī)使用需求進(jìn)行自定義，通常包括飛行計(jì)劃請(qǐng)求、位置報(bào)告、飛機(jī)狀態(tài)信息通告、故障信息下傳和文電上傳等。ACARS支持的ATS應(yīng)用包括ARINC 623中規(guī)定的面向字符的應(yīng)用及FANS 1/A應(yīng)用。ATN系統(tǒng)的通信子網(wǎng)包含VDL模式2和提供寬帶數(shù)據(jù)服務(wù)的衛(wèi)通子網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)層駐留ATN協(xié)議棧，數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用層駐留AOC應(yīng)用及CPDLC、ADS-C、飛行情報(bào)服務(wù)（FIS）等ATS應(yīng)用。

對(duì)于采用聯(lián)合式架構(gòu)的航電系統(tǒng)，ACARS及ATN功能實(shí)現(xiàn)方案如圖4所示。在改裝方案中通信子網(wǎng)駐留于超短波數(shù)傳電臺(tái)和衛(wèi)通設(shè)備等通信設(shè)備中，數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用功能與飛行計(jì)劃等功能一起駐留在飛行管理計(jì)算機(jī)中，也可將數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用層與ACARS/ATN協(xié)議棧一起在通信管理設(shè)備中得以實(shí)現(xiàn)。在加裝設(shè)備方案中將數(shù)據(jù)鏈協(xié)議、應(yīng)用及顯示控制放在一個(gè)獨(dú)立設(shè)備（ATSU）中實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于采用綜合式架構(gòu)的航電系統(tǒng)，數(shù)據(jù)鏈協(xié)議和應(yīng)用均以軟件形式駐留在通用信息處理器中，超短波或衛(wèi)星通信子網(wǎng)可與現(xiàn)有的信道資源復(fù)用。

圖4 聯(lián)合式架構(gòu)下ACARS/ATN實(shí)現(xiàn)框架

3.2 RNP

由于受地形和氣候因素影響，在高原機(jī)場(chǎng)起降時(shí)可能出現(xiàn)傳統(tǒng)導(dǎo)航進(jìn)近程序無(wú)法實(shí)施的情況。軍用飛機(jī)在具備RNP運(yùn)行能力后，可根據(jù)導(dǎo)航精度要求在航路和終端進(jìn)近區(qū)提供連續(xù)精確的航跡引導(dǎo)，減少對(duì)陸基導(dǎo)航設(shè)施的依賴及氣候的影響，以保障飛行安全。

RNP是指航空器在指定空域或根據(jù)航路、儀表飛行程序飛行時(shí)，對(duì)系統(tǒng)精確性、完好性、可用性、連續(xù)性及功能方面的性能要求，它包含對(duì)導(dǎo)航設(shè)備的性能要求，也包含對(duì)飛行管理系統(tǒng)的導(dǎo)航管理功能要求。RNP導(dǎo)航功能框架如圖5所示，主要功能如下：

（1）從飛機(jī)計(jì)劃功能中獲取航線信息并進(jìn)行同步更新和調(diào)整；

（2）從導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取航段對(duì)應(yīng)的RNP值及各個(gè)導(dǎo)航臺(tái)站信息；

（3）多傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行信息融合；

（4）根據(jù)當(dāng)前可用導(dǎo)航源選擇對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航模式，即將慣性參考系統(tǒng)（IRS）作為基準(zhǔn)導(dǎo)航源與其他導(dǎo)航源進(jìn)行組合，導(dǎo)航模式按優(yōu)先順序有：IRS/GNSS、IRS/DME/DME(或 TACAN)、IRS/DME/VOR，進(jìn)近階段采用IRS/LOC/MLS模式；

（5）根據(jù)航路選擇合適的導(dǎo)航臺(tái)，對(duì)機(jī)載DME和VOR設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧；

（6）進(jìn)行實(shí)時(shí)位置估算和系統(tǒng)誤差評(píng)估，計(jì)算實(shí)際導(dǎo)航性能（ANP），當(dāng)ANP大于RNP值時(shí)進(jìn)行警告。

軍用運(yùn)輸類飛機(jī)普遍裝備有GNSS和無(wú)線電導(dǎo)航設(shè)備，部分機(jī)型也裝備有飛行管理計(jì)算機(jī)，后續(xù)將逐步升級(jí)飛行管理的RNP導(dǎo)航功能，通過(guò)試飛測(cè)試等手段評(píng)估和優(yōu)化飛機(jī)RNP運(yùn)行能力，提升飛機(jī)導(dǎo)航精度和航跡引導(dǎo)能力。

圖5 RNP導(dǎo)航功能框圖

3.3 ADS-B IN

航管應(yīng)答機(jī)也是軍用飛機(jī)的標(biāo)配?？罩薪煌ü苤撇块T通過(guò)航管二次雷達(dá)的A/C及S模式詢問(wèn)實(shí)現(xiàn)對(duì)軍機(jī)的地空監(jiān)視，雖然民航逐漸開始應(yīng)用ADS-B技術(shù)，但軍方對(duì)ADS-B OUT的應(yīng)用并不迫切。另外，對(duì)于無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，飛行空域更復(fù)雜，在空中情景感知方面要求更高，ADS-B IN技術(shù)可實(shí)現(xiàn)軍用無(wú)人機(jī)與其他飛行器之間的空空監(jiān)視，自主實(shí)現(xiàn)航行調(diào)整和防撞規(guī)避操作。

ADS-B是一種基于GNSS，利用數(shù)據(jù)鏈通信完成交通監(jiān)視和飛行信息傳遞的監(jiān)視技術(shù)，現(xiàn)階段主要通過(guò)S模式二次雷達(dá)的1090ES數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)。機(jī)載ADS-B接收設(shè)備接收空域其他飛機(jī)發(fā)射的ADS-B OUT信息，獲取其飛行位置等信息，通過(guò)交通防撞算法實(shí)現(xiàn)避讓防撞。ADS-B IN功能可通過(guò)軍機(jī)現(xiàn)有的航管應(yīng)答設(shè)備實(shí)現(xiàn)ADS-B消息接收處理，不需額外增加硬件設(shè)備，實(shí)施周期短、成本低。

4 結(jié)束語(yǔ)

軍用飛機(jī)為實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)更重視作戰(zhàn)效能和戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)的先進(jìn)性，民用飛機(jī)更注重飛行安全和規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)符合性。從軍民融合的角度，借助民航的設(shè)計(jì)理念可提升軍機(jī)的安全性和可靠性，擴(kuò)展民航通信導(dǎo)航監(jiān)視領(lǐng)域最新技術(shù)，兼容民航空中交通管理，可提升國(guó)內(nèi)外民航空域、高原地區(qū)等特殊場(chǎng)景下軍機(jī)的飛行安全。

軍用和民用通信導(dǎo)航監(jiān)視技術(shù)有共通性，我國(guó)工業(yè)部門在民航相關(guān)產(chǎn)品研制上有技術(shù)積累和工程經(jīng)驗(yàn)，目前部分技術(shù)已具備設(shè)備產(chǎn)業(yè)化能力，因此在軍機(jī)上擴(kuò)展兼容空中交通管理能力完全可行。