1、1第十一章 飛機(jī)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)11.1 ACARS系統(tǒng) 11.2 VDL系統(tǒng) 11.3 其它數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 211.1 ACARS系統(tǒng)飛機(jī)通信尋址報(bào)告(ACARS)系統(tǒng)Aircraft Communications Addressing and Reporting System甚高頻空地?zé)o線數(shù)據(jù)通信第一個(gè)解決方案世界民航的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，非國際標(biāo)準(zhǔn)功能空/地?cái)?shù)字式數(shù)據(jù)鏈通信網(wǎng)絡(luò)，通過它可以進(jìn)行空地之間數(shù)據(jù)和信息的自動(dòng)傳輸交換311.1 ACARS系統(tǒng)歷史發(fā)展20世紀(jì)70年代初美國ARINC公司開發(fā)，1978年投入使用ACARS地面站全球數(shù)量已達(dá)800個(gè)，幾乎覆蓋世界的所有航路ACARS對(duì)應(yīng)的還有與之相兼

2、容的國際航空電信會(huì)(SITA)的AIRCOM數(shù)據(jù)鏈，在170多國家已部署了794個(gè)遠(yuǎn)端站（RGS）411.1 ACARS系統(tǒng)全球地空數(shù)據(jù)鏈分布情況511.1 ACARS系統(tǒng)典型的ACARS空域3300m以上覆蓋狀態(tài)中國民航1995年開始建立自己的ACARS系統(tǒng)包括一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（NMDPS）和120個(gè)VHF遠(yuǎn)端地面站（RGS）611.1 ACARS系統(tǒng) 通信媒介VHF:高高度上傳輸范圍約200nmSATCOM:不能覆蓋高緯度HF:彌補(bǔ)SATCOM覆蓋死角下行鏈飛機(jī)到地面上行鏈地面到飛機(jī)性能增強(qiáng)711.1 ACARS系統(tǒng)提供哪些信息？OOOI（out off on in）時(shí)間發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)

3、飛機(jī)故障數(shù)據(jù)提供給誰？空管部門ATC（Air Traffic Control）航空公司AOC（Airplane Operating Control, 運(yùn)行控制中心）811.1 ACARS系統(tǒng)ACARS系統(tǒng)的應(yīng)用機(jī)組識(shí)別報(bào)告OOOI(out, off, on, in)時(shí)間Out 推出登機(jī)門：門關(guān)上，剎車松開Off 離地：空地電門處于“空中”狀態(tài)On 落地：空地電門處于“地面”狀態(tài)In 進(jìn)入登機(jī)門：剎車剎住，門打開出航、入港、返航、延誤等信息報(bào)告氣象更新發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)視911.1 ACARS系統(tǒng)ACARS系統(tǒng)的應(yīng)用故障報(bào)告燃油狀態(tài)報(bào)告維修事項(xiàng)報(bào)告自動(dòng)終端信息服務(wù)（ATIS）乘客服務(wù)（訂票、訂旅館、當(dāng)

4、地信息、換乘登機(jī)門等）空中交通管制重量與平衡1011.1 ACARS系統(tǒng)ACARS通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)自動(dòng)、實(shí)時(shí)、不易出錯(cuò)減輕機(jī)組負(fù)擔(dān)每次飛行地空交換信息平均20-25次地面空管中心無法轉(zhuǎn)發(fā)如此龐大信息量沒有多信宿限制通信量大，業(yè)務(wù)種類不受限1111.1 ACARS系統(tǒng) ACARS系統(tǒng)的組成ACARS機(jī)載設(shè)備(VHF 遠(yuǎn)端地面站（RGS）)VHF地面無線電網(wǎng)ACARS控制中心航空公司信息中心（運(yùn)控中心AOC）1211.1 ACARS系統(tǒng)ACARS機(jī)載設(shè)備組成控制顯示組件（CDU）管理組件（MU）VHF收發(fā)機(jī)打印機(jī)1311.1 ACARS系統(tǒng) ACARS系統(tǒng)的工作原理下行鏈例子：離場延遲CDU上輸入延

5、遲原因、期望離場時(shí)間MU將此報(bào)文發(fā)送到現(xiàn)有的一種無線電設(shè)備上RGS接收完整報(bào)文，通過地面線轉(zhuǎn)發(fā)至ACARS控制中心根據(jù)ACARS報(bào)文頭和主機(jī)上的路由表，將報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)至不同航空公司接收、重新格式化、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)航班操作、維修、財(cái)務(wù)1411.1 ACARS系統(tǒng) ACARS系統(tǒng)的工作原理上行鏈例子：氣象報(bào)告機(jī)載無線電接收機(jī)接收解調(diào)后，轉(zhuǎn)為數(shù)字報(bào)文送至MUMU驗(yàn)證飛機(jī)注冊號(hào)通過CDU查看、打印廣播此報(bào)文傳送至距飛機(jī)最近的RGS響應(yīng)一條氣象請求，生成上傳報(bào)文（飛機(jī)注冊號(hào)、實(shí)際氣象信息等）并發(fā)送1511.1 ACARS系統(tǒng) ACARS系統(tǒng)的工作原理ARINC規(guī)范：定義ACARS執(zhí)行的處理過程和基本硬件需求AR

6、INC 618定義了ACARS甚高頻通信的空地協(xié)議和ACARS報(bào)文格式ARINC 620定義了地地通信協(xié)議。包括了地面站之間的報(bào)文格式及路由ARINC 724BACARS MU與ARINC 724B連接線的規(guī)范ARINC 758采用ARINC 758連接線時(shí)的ACARS通信管理單元(CMU)規(guī)范ARINC 739多功能駕駛艙顯示器(MCDU)規(guī)范ARINC 740駕駛艙打印機(jī)規(guī)范1611.1 ACARS系統(tǒng)ACARS系統(tǒng)的工作原理ACARS報(bào)告由頭部信息和報(bào)告數(shù)據(jù)組成報(bào)告頭部信息含報(bào)告類型、航班號(hào)、航班起點(diǎn)和終點(diǎn)、注冊號(hào)和發(fā)射日期與時(shí)間等信息1711.1 ACARS系統(tǒng)ACARS系統(tǒng)的工作原理

7、ACARS報(bào)告每個(gè)ACARS電文最大可支持220個(gè)字符對(duì)于長信息，則由ACARS通信處理器將其分成數(shù)段航空無線電技術(shù)委員會(huì)（RTGA）規(guī)定的數(shù)據(jù)格式1811.1 ACARS系統(tǒng)ACARS機(jī)載設(shè)備工作原理1911.1 ACARS系統(tǒng)ACARS管理組件（MU）功能自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、控制發(fā)射和其它相關(guān)功能MU控制VHF-3收發(fā)機(jī)交換數(shù)據(jù)若VHF-3失效，可通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)2011.1 ACARS系統(tǒng)ACARS管理組件（MU）（續(xù)）組成（P175圖11-4）2111.1 ACARS系統(tǒng)ACARS管理組件（MU）（續(xù)）組成（P175圖11-4）電源115V AC（通過變壓獲得所需直流電壓）

8、28V DC離散輸入/輸出接口輸入離散數(shù)據(jù)主要有飛機(jī)識(shí)別與登記、OOOI狀態(tài)等輸出離散數(shù)據(jù)主要有話音/數(shù)據(jù)監(jiān)控、頻率端口選擇、呼叫通告等ARINC-429輸入/輸出接口輸入輸出符合ARINC-429總線協(xié)議的數(shù)據(jù)2211.1 ACARS系統(tǒng)ACARS管理組件（MU）（續(xù)）組成（P175圖11-4）微處理器單元系統(tǒng)軟件：與飛機(jī)和航空公司無關(guān)應(yīng)用軟件：與飛機(jī)和航空公司有關(guān)的專用數(shù)據(jù)庫利用機(jī)載數(shù)據(jù)裝載器或便攜式數(shù)據(jù)裝載器（數(shù)據(jù)裝載控制面板P180 圖11-8）為ACARS裝載軟件和數(shù)據(jù)庫BITE邏輯單元和BITE顯示連續(xù)監(jiān)控ACARS MU的故障情況2311.1 ACARS系統(tǒng)ACARS管理組件（M

9、U）（續(xù)）組成（P175圖11-4）數(shù)據(jù)輸入/輸出接口微處理器與VHF收發(fā)機(jī)間的接口電路包含調(diào)制與解調(diào)單元調(diào)制為1200Hz/2400Hz音頻信號(hào)后送VHF發(fā)射機(jī)調(diào)制方式：AM-MSK2411.1 ACARS系統(tǒng)ACARS調(diào)制方式：AM-MSKMSK（特殊的FSK）使用兩個(gè)頻率f1=1200Hz與f2=2400Hz頻率f1表示比特發(fā)生變化，頻率f2表示比特未發(fā)生變化2511.1 ACARS系統(tǒng)ACARS調(diào)制方式：AM-MSKMSK（特殊的FSK）相位連續(xù)，減小了暫態(tài)影響包絡(luò)恒定，信號(hào)幅度不反應(yīng)信息帶寬最小，帶外功率小誤碼率低，前后碼元由信息關(guān)系判決準(zhǔn)確度提高AM調(diào)制131.45MHz2611.

10、1 ACARS系統(tǒng)控制顯示組件（CDU）及ACARS頁面使用控制顯示組件（CDU）的功用：人機(jī)交互IDU: Interface Data Unit，接口數(shù)據(jù)單元DFDAU: 數(shù)字式飛行數(shù)據(jù)采集組件ACARS頁面使用(P178 圖11.6)2711.1 ACARS系統(tǒng)控制顯示組件（CDU）及ACARS頁面使用2811.1 ACARS系統(tǒng)ACARS系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)使用國際民航專用的VHF通信頻段，物理層傳輸帶寬為25kHz，傳輸速率2400bps通信方式為半雙工ACARS系統(tǒng)與現(xiàn)有話音系統(tǒng)在設(shè)備上兼容一種面向字符式通信協(xié)議，與航空電信網(wǎng)（ATN）不兼容采用“碰撞檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA）”通信

11、協(xié)議，所有飛機(jī)電臺(tái)在進(jìn)行通信前通過一個(gè)共同的通信媒體監(jiān)聽無線信道的活動(dòng)情況2911.1 ACARS系統(tǒng)載波偵聽多址訪問（CSMA）一種爭用型的介質(zhì)訪問控制協(xié)議每個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前，首先要進(jìn)行載波監(jiān)聽，只有介質(zhì)空閑時(shí)，才允許發(fā)送幀。這時(shí)，如果兩個(gè)以上的站同時(shí)監(jiān)聽到介質(zhì)空閑并發(fā)送幀，則會(huì)產(chǎn)生沖突現(xiàn)象，這使發(fā)送的幀都成為無效幀，發(fā)送隨即宣告失敗。每個(gè)站必須有能力隨時(shí)檢測沖突是否發(fā)生，一旦發(fā)生沖突，則應(yīng)停止發(fā)送3011.1 ACARS系統(tǒng)ACARS缺點(diǎn)：頻譜效率低頻譜為25kHz，容納頻帶少Q(mào)OS較差一般情況下5%的信息不能被正確傳輸電路阻塞同時(shí)多個(gè)信號(hào)發(fā)射時(shí)容易引起電路阻塞抗干擾能力較低31第十一

12、章 飛機(jī)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)11.1 ACARS系統(tǒng) 11.2 VDL系統(tǒng) 11.3 其它數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 3211.2 VDL系統(tǒng) VDLVHF Digital Link, 甚高頻數(shù)據(jù)鏈一種較ACARS更新的空地?cái)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)頻段：航空頻段最高四十個(gè)頻道，即136-137MHz3311.2 VDL系統(tǒng)對(duì)新VHF空地通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈的性能要求所有用戶都可以利用數(shù)據(jù)鏈應(yīng)支持各種長度信息電文，至少有傳送24字節(jié)應(yīng)用數(shù)據(jù)能力應(yīng)支持?jǐn)?shù)據(jù)鏈通信也分優(yōu)先等級(jí)終端用戶得到一份含有不可檢測錯(cuò)誤的電文的概率應(yīng)不大于1x10-8少于24字節(jié)應(yīng)用數(shù)據(jù)的電報(bào)應(yīng)以0.95的概率在1s內(nèi)傳送，以0.999的概率在5s內(nèi)傳送應(yīng)與ATN兼容

13、應(yīng)能用單一頻率覆蓋一個(gè)任意大小的空域3411.2 VDL系統(tǒng)現(xiàn)有VHF數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)面臨的問題某些地區(qū)VHF信道已趨于飽和（例如西歐）或不久將趨于飽和（例如北美）需提高頻譜利用率需提高抗干擾能力3511.2 VDL系統(tǒng)VHF數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)近期改進(jìn)主要措施改進(jìn)頻率指配準(zhǔn)則利用其它設(shè)備（例如導(dǎo)航設(shè)備）和頻率VHF廣播，節(jié)省部分廣播信道減小緊急頻率121.5MHz的保護(hù)頻帶頻譜利用最佳化，必要時(shí)重新研究各地面臺(tái)的頻率指配計(jì)劃充分利用136-137MHz頻帶3611.2 VDL系統(tǒng)VHF數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)近期改進(jìn)主要措施（續(xù)）充分利用25kHz信道為ATIS/AWOS/ASOS預(yù)留特殊頻率降低地面發(fā)射機(jī)功率多用

14、空地?cái)?shù)據(jù)鏈，少用語音信道增強(qiáng)抗干擾能力3711.2 VDL系統(tǒng)VHF數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)遠(yuǎn)期改進(jìn)應(yīng)盡可能滿足對(duì)VHF通信系統(tǒng)新提出的要求和希望具有的性能特別是有關(guān)增強(qiáng)安全、增加容量、降低成本、數(shù)/話兼容方面的要求應(yīng)考慮便于從現(xiàn)行系統(tǒng)向新系統(tǒng)過渡3811.2 VDL系統(tǒng)VHF數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)遠(yuǎn)期改進(jìn)主要方案系統(tǒng)1語音：12.5kHz雙邊帶調(diào)幅數(shù)據(jù)：25kHz載波偵聽多址訪問（CSMA）系統(tǒng)2語音：8.33kHz雙邊帶調(diào)幅數(shù)據(jù)：25kHz載波偵聽多址訪問（CSMA）系統(tǒng)3語音：5kHz等效調(diào)幅數(shù)據(jù)：25kHz載波偵聽多址訪問（CSMA）3911.2 VDL系統(tǒng)VHF數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)遠(yuǎn)期改進(jìn)主要方案（續(xù)）系統(tǒng)4語音

15、：5kHz數(shù)字語音數(shù)據(jù)：25kHz載波偵聽多址訪問（CSMA）系統(tǒng)5語音：5kHz數(shù)字語音數(shù)據(jù)：5kHz載波偵聽多址訪問（CSMA）系統(tǒng)6語音/數(shù)據(jù)共用射頻信道，25kHz時(shí)分多址（TDMA）系統(tǒng)7語音/數(shù)據(jù)共用射頻信道，分布式預(yù)約多址訪問4011.2 VDL系統(tǒng)最可能被采用的方案系統(tǒng)2語音：8.33kHz雙邊帶調(diào)幅數(shù)據(jù)：25kHz載波偵聽多址訪問（CSMA）許多歐洲國家支持將原有每個(gè)25kHz語音信道等分為3個(gè)8.33kHz信道容量增大，容易過渡中國民航正在新建和擴(kuò)建的VHF地空數(shù)據(jù)網(wǎng)屬于此類型4111.2 VDL系統(tǒng)最可能被采用的方案（續(xù)）系統(tǒng)6語音/數(shù)據(jù)共用射頻信道，25kHz時(shí)分多址（

16、TDMA）美國極力推薦全新方案將原來一個(gè)25kHz信道用時(shí)分多址（TDMA）分為四個(gè)獨(dú)立的信道全數(shù)字化系統(tǒng)，非常靈活技術(shù)關(guān)鍵：提高抗射頻干擾能力4211.2 VDL系統(tǒng)優(yōu)選的VDL方案VDL mode 1 對(duì)應(yīng)系統(tǒng)2VDL mode 2 對(duì)應(yīng)系統(tǒng)2VDL mode 3 對(duì)應(yīng)系統(tǒng)6VDL mode 44311.2 VDL系統(tǒng)VDL1從現(xiàn)有ACARS和其它VHF數(shù)據(jù)通信方式向VHF數(shù)據(jù)鏈方式過渡的中間步驟通信方式：單頻半雙工方式信道帶寬：仍用25kHz調(diào)制方式：AM-MSK信道速率：2400bps采用面向比特協(xié)議無線接入：采用載波偵聽多址訪問（CSMA）分組數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率小于10-6可用性達(dá)到99.9

17、%4411.2 VDL系統(tǒng)VDL1的局限性頻譜使用固定，且已接近極限存在其它航空組織的頻譜再分配壓力增加頻率干擾阻礙了某些信道的分配4511.2 VDL系統(tǒng)VDL2ICAO 1997年制定的空地?cái)?shù)據(jù)鏈方式不支持話音信道間隔：25kHz調(diào)制方式：差分8相相移鍵控（8DPSK）信道速率：31.5kbps，實(shí)際10kbps采用面向比特協(xié)議無線接入：CSMA4611.2 VDL系統(tǒng)D8PSK與前一波形相位差：未知，135度，225度，180度4711.2 VDL系統(tǒng)VDL2的局限性由于信息量增加引起信息延時(shí)化增加，故不適用于中高密度區(qū)域緊急時(shí)刻的應(yīng)用高的交通流量可能導(dǎo)致鏈路下降甚至為0，故不適用于中高

18、密度區(qū)域緊急時(shí)刻的應(yīng)用不提供優(yōu)先權(quán)功能4811.2 VDL系統(tǒng)VDL3頻段：118-137MHz信道帶寬：25kHz調(diào)制方式：D8PSK信道速率：31.5kbps接入方式：采用TDMA，每120ms為一幀，每幀分為4個(gè)30ms的時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙支持空地雙向?qū)崟r(shí)話音/數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用話音/數(shù)據(jù)兼容分組數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率小于10-7；可用性達(dá)到99.9994911.2 VDL系統(tǒng)VDL3的局限性這種模式由地面站提供時(shí)鐘和控制數(shù)據(jù)，因而工作區(qū)域受到限制，在遠(yuǎn)區(qū)域不能提供空空通信地面站的失效將影響整個(gè)系統(tǒng)頻譜管理問題克服鄰道（相鄰頻率信道）干擾有一定困難5011.2 VDL系統(tǒng)VDL4由瑞典民航局提出采用面向比特協(xié)議

19、不支持話音采用自組織時(shí)分多址（STDMA）利用GNSS系統(tǒng)信息定時(shí)具備通信、導(dǎo)航、監(jiān)視全面服務(wù)能力目前歐洲航行安全組織（Eurocontrol）正致力于開發(fā)用于通信、監(jiān)視服務(wù)的VDL4系統(tǒng)5111.2 VDL系統(tǒng)VDL4頻段：136.925MHz/136.825MHz信道帶寬：25kHz調(diào)制方式：GMSK信道速率：19.2kbps接入方式：采用STDMA（自組織時(shí)分多址），多個(gè)用戶間可以智能管理用戶接入，支持以統(tǒng)計(jì)方式進(jìn)行預(yù)約和優(yōu)先分配分組數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率小于10-7可用性達(dá)到99.9995211.2 VDL系統(tǒng)VDL4調(diào)制方式：GMSK5311.2 VDL系統(tǒng)VDL4的局限性由于采用GNSS授時(shí)，在GNSS失效后應(yīng)使用備份時(shí)鐘源，否則系統(tǒng)不能工作5411.2 VDL系統(tǒng)VDL方案比較VDL2、VDL3、VDL4都需要增加額外設(shè)備VDL3用一套VHF設(shè)備可完成數(shù)據(jù)和話音收發(fā)VDL2、VDL4需另外設(shè)備傳送語音VDL4需要1個(gè)發(fā)射天線和多個(gè)接收天線3種方式都需要增加新的管理模塊、各自的人機(jī)接口功能性、性能和頻譜利用方面VDL3、VDL4都明顯優(yōu)于VDL2VDL4更像是VDL2的下一代替代品5511.2 VDL系統(tǒng)VDL方案使用現(xiàn)狀VDL2已在歐洲和日本等地大量部署，現(xiàn)已幾乎成為既成事實(shí)的一種數(shù)據(jù)鏈方式美國