现代通信导航系统在航空管制中的应用

一、引言
随着我国经济的发展，带动了民用航空事业的高速发展，根据预测，到2010年世界空中旅客运输的年均增长率为6%，我国的民航业将以平均每年9%的高速度增长。

可见现行的以地面设施为基础的陆基的航空通信、导航和监视管理系统，将不能适应日益增长的空中交通流量和新型飞机航速、航程扩展的需要；同时也给航空管制设备提出了更高要求。

新空域的开发，边远地区和越洋飞行密度的增加给飞行管制增加了难度，同时大量的空地、空空信息的互换使旧的语音通信设备难以胜任，所有的一切都说明，卫星通信导航设备在航空管制中的地位和作用越来越明显。

随着卫星通信导航技术的应用在民航应用也越来越普遍，这给我们建立自己的卫星通信导航系统提供了技术支持。

那么卫星通信导航设备存在什么样的问题？我们怎样去解决呢？本文将试图进行初步探讨，以期待引起航空管制界，特别是军航界对这一问题的重视。

二、卫星通信导航的发展概况
（一）卫星通信导航概述
卫星通信导航的设想产生于70年代初期，最初称为未
来航行系统。

国际民航组织为尽快使各国认识到新航行系统低投入，高效益的特点，尽快在21世纪初期，在全球普及该系统，后来改名为新航行系统。

即卫星导航、卫星通信和数据通信的新的空中交通管理系统，也就是人们常说的新的CNS/ATM系统。

空中交通管理系统的技术基础主要是三大硬件，即通信、导航与监视。

而卫星通信导航系统主要新在“空基”上，也就是说系统是以空中卫星为基本特征的系统。

导航是该系统的核心，通信是系统的必要条件，监视可以说是系统安全保障的手段，缺一不可。

下面对其三个组成部分做一下简介。

通信：航空通信包括空地通信和平面通信。

新航行系统的通信是实现CNS/ATM的一个极其重要的条件，现已发展并被广泛应用的卫星通信、数据通信以及航空电信网等，使系统的地面与空地通信有机的融为一体。

此外，航空电信网使AOS、GNSS与各种通信系统有机结合起来，实现了各空中交通管理计算机系统之间，以及各类航空用户间的数据交换。

导航：CNS/ATM导航采取国际民航组织提出的全球导航卫星系统（GNSS）方案。

GNSS是一种发展概念，主要靠
GPS和GLONASS，而INMARSAT-III的作用主要是改变其实时定位精度，增强民航导航的可靠性。

使用GNSS，飞机就可直线飞行，既缩短了飞机间隔，又能省时省油，并提高了安全性、准点率与空间利用率，并且还能以此为基础作自动相关监视。

监视：CNS/ATM的监视系统是在现行的系统基础上增加自动相关监视（ADS）和S模式二次雷达所形成的。

它不仅可用于无雷达监视区，而且也用于交通高密集区，作二次雷达的备用与扩充。

保证飞机在整个飞行过程中，无论是在海洋、沙漠等任何地方上空，都处于准确实时的监视中。

SSR特别是S模式，用于空中高密度区，监视空中飞机，在新系统中同ADS集成使用。

同时，用ADS技术和VHF 数据通信，在十分繁忙的机场上，进行场面监视，防止车辆非法进入跑道等，增加场面活动安全。

（二）卫星通信导航技术的发展现状
我国自从1990年加入国际民航组织以来，一直十分关注卫星通信导航技术在FANS的应用情况，并参与及跟踪研究此项工作。

先后组织人员完成系统建设的可行性论证，起草制订了《我国发展新航行系统总则规划》及相关许多
文件。

并于1998年开始在军、民航结合各自实际情况实施。

经过“九五”及“十五”初的建设，目前我国己完成了一部分有关空间和机载设备的跟踪了解和引进验证工作；作为新航行系统的重要组成部分的空中交通管制保障系统的研究和建设正在抓紧进行。

其中北京、上海、广州三大航路管制中心，甚高频地空的数据通信网、自动雷达终端监视系统及雷达信息联网是具有代表性的项目，对中国未来空管系统的发展具有决定性的作用。

此外，中国民航在西部建设了部分新航行系统地面设施，为装备FANS系统设备的飞机开辟了昆明、成都、兰州、乌鲁木齐的L888航路，它的建成是我国向新航行系统过渡具有重要意义的实践；并借此经验在2002年3月把CNS/ATM航路向前推进，开辟了联结中美极地的CNS/ATM航路中国段航路；在成都至拉萨航路实现并成功采用了自动相关监视技术。

这些都为新航行系统平稳、顺利过渡打下了坚实的基础。

（三）卫星通信导航技术在航空管制中的发展前景
1、卫星通信导航技术应用的必要性
卫星通信导航技术使用的目的是要在全球实现无间隙的空中交通管制，以最大限度的利用空中资源，满足不断
增长的航空运输的需要。

目前我国航管水平远远落后于发达国家，不再适应和满足我国日益增长的空中运输量。

而卫星通信导航系统由于其大量的优点，在我国推广使用后，有利于我国航管水平的迅速发展提高。

首先，卫星通信导航以卫星技术为基础，较现在的陆基航行系统覆盖面广，且新航行系统先进的技术支持的CNS对机场、跑道和其它着陆区域提供导航和进近服务，系统的自动化程度高，能为飞机提供良好的服务，增强飞行安全，减少延误，提高空域、机场和跑道利用率。

其次，先进的ATM系统为航空器提供了精确的三维和四维航迹，优化了飞行剖面，使更多的飞机可以沿着或靠近最佳航路与有利高度飞行；节省了时间，节约了燃油；扩充了飞行容量，从而提高了经济和社会效益。

还有，现在的空地信息互换设备发展不协调，加之航路设计与航路结构灵活性远远满足不了用户的需求，限制了飞机流量增加。

再则，目前CNS/ATM系统对世界各国来说，基本上处在同一水平的开发实施阶段，它的完成运用需要一个较长的过渡时期。

这对于我国缩小与发达国家的航管水平差距，提供了充足的空间和时间。

以迅速适应我国迅速发展航空运输业并尽快与国际接轨。

综上
所述，可见我国发展卫星通信导航技术在航空管制中的应用十分必要。

2、卫星通信导航系统建设的目标
逐步采用成熟的现代卫星通信导航技术，在今后10年多的时间里建成具有数据链通信、卫星导航、空中交通管制和服务自动化处理等特点的，与国际接轨又相对独立，满足我国军民航需要的新的交通管理系统。

将该系统在安全性、规范性、有效性、空域共享和人文因素等方面做出规定。

我国新的交通管理系统达将与各国、各地区协调一致的运行，使空中交通管制和空域利用达到最佳水平；从而决定卫星通信导航技术在新系统中能否实现全球一体化目标。

因此，以卫星通信导航技术为依托新航行系统的最终发展趋势是建立一个全球一体化的系统。

三、现代卫星通信导航技术在航空管制中的地位和作用
（一）现代卫星通信导航技术在航空管制中的地位
1、基础地位
现代卫星通信导航系统有三个要素：第一是数据链通信，保障飞机和管制中心的信息互换传输；第二是卫星导
航，随时测定与掌握飞机在空中的位置；第三是空中交通管制与信息自动化处理。

系统中所有的结构、设施都是围绕这三个要素发挥各自的功能的。

现代航空管制系统就是指以卫星通信导航技术了解空中飞机动态, 以管制中心信息处理为核心，以语音和数据链通信为网络，空中交通管制和服务自动化处理系统。

未来航空管制的工作是建立在卫星通信导航技术基础上的。

2、主体地位
我国近年来民用航空运输飞速发展，飞机起降架次逐年增长，部分地区出现了短时间的流量阻塞，在此情况之下，卫星通信导航技术在航空管制中的应用就显得尤为重要了。

我军空中交通管制普遍采用程序管制或者是雷达监视下的程序管制。

设备简陋，不能很好的解决空中流量和控制问题，只能够通过电话来协调各个飞行之间发生的冲突。

我国民航基本上形成了比较完善的卫星通信、导航、情报、气象保障系统。

卫星通信保障方面，在绝大多数民用机场配置了卫星语音地面站和卫星数据地面站，每个管
制单位装备了两套以上的甚高频对空通信电台，部分对空中通信薄弱的地区配备了甚高频的转播台，在我国东部地区实现了7000米以上甚高频对空通信覆盖。

导航保障方面，绝大多数民航机场配备了仪表着陆系统，全向信标台和测距仪，大部分高空，中低空管制区配备了二次或一、二次雷达，在我国东部地区基本达到了7000米以上雷达覆盖。

航行情报保障方面，建设了航行情报自动化系统，航行通报及航行资料制作技术有了明显改进。

气象保障方面，各机场配备了气象观测、预报设备，部分机场配备了气象雷达、自动观测系统、气象卫星云图接收设备，为航班飞行及时提供了所需要的航行资料。

我国民航能较好地保障了全国民航运输的正常运行。

但是，与世界先进国家相比，民航管制系统在管理上，技术上还存在不少问题。

美国是当今世界的民用航空大国，为了保证其空中交通顺畅有序的运行，在联邦航空局内建设了一套较为先进有效的空中交通管理系统。

该系统以位于华盛顿的联邦航空局流量控制中心为主，统一管理全国的飞行流量，由各航路管制中心，枢纽终端雷达管制区和受流量影响较大的机场组成。

流量控制中心对全国各大机场的飞行流量实施
监控，一旦某一机场的飞行流量控制超过或即将超过该机场实际接受能力，则由该区域范围内的航路控制中心与流量控制中心协调，对进出该机场实施控制，每一架起降的飞机都必须经过批准后方可起飞或降落。

美国的航路管制设备在世界范围内都是比较先进的，这都需要相关的通信导航设备和卫星技术的支持来完成，美国的卫星通信导航技术是世界上最先进的，这是美国解决空域拥挤问题的先决条件。

学习美国流量的管理方法，提高自己航空管制设备的技术水平，对于改善我国的空中交通管理，逐步改善自己空中交通流量问题是十分有利的。

从军航、民航以及美国航空管制的现状横向比较来看，不难看出，卫星通信导航设备的发展制约着航空管制的发展。

卫星通信导航技术的发展，能够很好的解决空中交通拥挤的问题。

所以说现代卫星通信导航技术在航空管制中占据着十分重要的地位。

3、主导地位
随着航空事业的飞速发展，空中交通的流量必然也随之增加。

与流量增长相适应，在不提高设备技术水平的前提下，现行航管操作费用也在上升。

没有先进的卫星通信
导航设备容量的增长只能通过减小现行的管制区的大小的限制了航空事业的发展。

从民航以及外国航空管制技术发展来看先进的航管设备的使用能有效的减少高峰期的延误和等待，减少了管制员和机组人员的工作量、增加了空域的容量和减少飞行事故的发生、减少管制员的数量等等。

卫星通信导航技术的发展决定了航空管制事业的发展。

卫星通信导航装备现代化程度也决定着航空管制现代化程度，主导着其未来的发展方向和现代的水平。

（二）现代卫星通信导航技术在航空管制中的作用
现代卫星通信导航技术在航空管制中占据着十分重要的地位，同时也在航空管制中发挥着十分重要的作用。

新的、先进的卫星通信导航技术有利于保障飞行安全、提高对飞行的时间和空间利用率。

航空管制的根本目的就是为了保障飞行安全，安全是第一位的。

保障飞行安全的同时提高对时间空间的利用率，可以提高经济效益，提高对空域资源的利用率。

1、保证了飞行安全
现在，我们航空管制所要解决的安全问题主要是防相撞问题。

防相撞也就是说航空器之间要有规定的飞行间隔，
飞机间隔是为了防止飞行冲突，保证飞行安全，提高飞行时间空间利用率，防止航空器与航空器，航空器与地面物相撞。

防相撞工作是飞行管制上午中心工作，也是一项严肃的政治任务。

因此，一旦空中飞机相撞，将会极大的损害国家、军队的形象和声誉，给国家和人民的生命财产和安全造成了不可估量的损失。

当前，我国航路（航线）纵横交错，使部队飞行空域呈现条块分割状况，本来部队日常训练飞行穿越航路（航线）的就多，而且以后的训练更加贴近实战，飞行机动动作大、留空时间长、航线转弯点多，每次出动飞机数量多，所以今后军航的飞机穿越航路（航线）的次数就会更加频繁尤其是航路（航线）集中的飞行密度大地区，飞行机动性大，占据空间范围大、协调复杂。

这样就使航空管制界的难度增大了，也就容易发生航空器相撞，出现危险接近。

目前我军飞行管制部门对飞行动态的监控主要是依靠的一、二次雷达信号和无线电守听。

一般情况下，多数的飞行动态可以清晰的在显示器显示出来的，管制员可以清晰的了解飞机的位置和高度，有利于识别飞行冲突，及时进行调配。

现代化通信导航设备的应用，有利于帮助管制员监控飞机，掌握飞行动态，有
效的防止航空器发生危险。

所以说，现代卫星通信导航设备的使用对保障飞行安全起到了重要的作用。

2、提高了时间和空间利用率
在保障飞行安全的同时，提高时间和空间的利用率，也是很必要的。

航空器的间隔包括水平间隔和垂直间隔，水平间隔又包括横向间隔和纵向间隔。

可以通过采用先进的通信导航设备来缩短航空器之间的间隔。

现有航空器之间的前后安全间隔是10分钟，如果按照每小时900公里/小时考虑的话，那航空器纵向间隔就是150公里。

航空器的横向间隔是10公里，航空和空域之间的间隔是20公里。

航空器的垂直间隔是7600米以下300米，7600以上600米。

而雷达管制的安全间隔为一般情况下不小于5海里（9.25公里），特定情况下为3海里（5.55公里）如果按照程序管制下1架次时速900公里的飞机的纵向安全间隔距离，可以容下雷达管制条件下同速度飞机16个架次。

程序管制下航路和空域的安全距离，可以容下两条航线。

在相同的空域、航线数和飞行架次越多，空域利用率就越高。

这样的话管制人员，按照程序管制的安全间隔协调的话，就会浪费大量的空间资源。

比如说8架飞机同时到场的时
候，要保持程序管制的安全间隔，飞机相互避让，需要80到90 分钟的安全间隔，而雷达管制只需要5分钟的安全间隔。

所以说利用先进的通信导航技术来监控飞机，就可以缩短飞机的安全间隔，从而可以提高时间和空间利用率。

3、提高了管制员的工作效率
程序管制条件下的飞行管制员是根据飞行计划和飞行报告的航线监控飞行中的航空器之间的安全间隔。

就我所在实习机场来说，每个值班的管制员六点前就起床处理其他场站发来的报文，对路过本场空域的报文还得做转场卡片的填写，并且要用电话通知相关的单位。

本场飞行的时候，不但要向相关单位通报飞行情况，并且要通告起飞的时候。

所有这一切都是通过电话来完成的，最多一天能接一千多个电话，工作量很大但是工作效益不高，一旦出现什么情况处置的不好，将严重的影响一天的工作。

通过情报编辑系统发送报文并得知其他机场的飞行动态，对本场空域和相关机场空域使用情况一目了然。

飞机之间可以通过机载防相撞系统警告飞机的机组人员可能发生的冲突，为空中交通服务提供备份，该系统完全属于机载设备而不依靠任何地面系统设施。

防相撞设备询问邻近飞机的二次
雷达应答机并接收他们的回答，通过计算机分析这些回答，确定哪一架飞机可能和自己有潜在的飞行冲突，给机组人员提供适应的信息以确定飞机间隔。

这样的话飞机在指定的航线、航路中飞行，飞行管制员不用过多的去管理，大大的减少了管制员的工作量，提高了工作效益。

纵上所述，现代卫星通信导航技术在航空管制中占据着十分重要的地位，发挥着十分重要的作用。

加速卫星通信导航设备的建设对保证飞行安全，提高时间和空间利用率，提高管制员工作效益有着决定性的意义，只有这样才能促进航管事业的建设，推动航空事业的发展。

四、目前卫星通信导航设备应用中存在的问题
（一）设备抗干扰能力差
随着航空管制条件的逐步改善，各机场到军区空军除了有两条以上军用线路外，还租用了邮电中继电路和一部邮电全国直拨电话。

应该说，有线电话手段和电路数量较两年前有了改善，防相撞能力有了很大的提高。

但是从航空管制信息传递角度考虑，影响防相撞的问题仍然存在：一是“结合部”之间有线通信保障能力仍然比较低。

没有隶属关系的管制区与所属飞行管制室之间；飞行管制室和
友邻机场飞行管制室之间，航空通信直达线路少，稳定性不高。

二是管制分区与所属机场管制室之间的有线电话依然陈旧，受天气和人为因素的影响，也会发生中断现象，一旦中断，恢复需要时间长，影响管制信息及时传递。

三是有线通信易受干扰、保密性不强。

佛山场站管制室的有线电话平时使用中声音小、噪音大，在传达重要问题时往往要反复核对；在同领导通话过程中，经常让领导重复重要内容，使管制工作很被动；特别是在有飞行活动的时候，本来噪音就比较大，再加上管制室附近的五号雷达工作时，电话中的噪音很大，严重的影响到正常通话。

（二）设备现状与发展需求的差距大
近年来为了保障管制通信导航，卫星通信导航设备的应用，如应急单边带话网和卫星话（数）网的使用，对确保航空管制信息迅速，可靠的传递起了很大的作用。

但从使用情况看，仍有许多问题需要解决，一是操作不便利造成管制人员不愿意使用这些设备，使这些通信导航设备作用发挥不出来。

二是这些设备在实际运用过程中发现，由于设备不配套，设备间的兼容性差。

这些不同类型的系统之间飞行情报不能很好的互联互通，导致某些机场管制中
心有设备却用不上。

如汉口机场，虽然其在前些年就已经联网，但到目前为止很多工作还是只能采取手工执行。

其主要原因有：报文格式未进行改造，各地采用的报文格式标准不同，往往是因为各地区情况不同，使用报文格式也就不同，飞管系的教材虽然对电报格式进行了严格的要求，但在实习中发现，各地区会因地区习惯采用适合本地区的简便方法。

如佛山机场，对航行电报的处理是编主备计划两批，主备航线只在后面进行注明，这样就无法在现有设备中区分出来，往往被认为是错误的，只能通过电话或电报上报。

经过几次航管设备的集中建设，管制设备有所改进，但“八五”“九五”中新建的系统不能很好的兼容，空二所和南京28所在理解、执行《飞行情报规范》和《飞行情报操作规范》上也存在一定的差异。

“八五”期间空军新建的管制中心是15个，“九五”空军新建的管制中心有57个，而其他机场管制室未配备飞行情报终端，如昆明机场，该机场是一个军民两用的机场，平时飞行量大，虽然最近几年配备了新的设备，能够从屏幕上监控飞机的位置，飞机的指挥都是交给了民航，但在执行一些特殊的任务时就比较被动。

如米-8飞机在执行护林任务的保障中，由于飞
机高度低，地形复杂，单单就一部122电台进行指挥，而122电台作用距离有限，对飞机根本就联系不上，有时联系上了通话质量都很差，最后只有通过站调进行指挥，给机场管制工作带来了很大的被动。

卫星话数网担负传递航行电报的任务后，对航行电报及时准确的传递起了很大的作用，但其效益远远没有得到发挥。

首先，机场管制室大多数没有装备卫星终端，航行电报仍然是通过机要加密，经过卫星数据网或是电报传递，环节众多，需时长，没有发挥出设备简单、迅速传递的优势。

（三）老旧设备维修难度大
经过“八五”“九五”期间的航管设备的集中建设，我国的航管设备建设取得了一定的进步，但一些地区、不同部门间的设备差距还很大。

同一单位中多种设备并存，给设备的维护带来了很大的难度。

随着航空技术的飞跃发展，卫星通信导航设备不断更新换代，但是由于种种原因，我国的航管设备的发展很不均衡，原有的设备零部件短缺，往往是拆了东墙补西墙，严重的影响到了设备的正常工作。

也给设备的维护带来了很大的难度，对维护人员的要求也更高。

航管设备的精度和可靠性要求提高，需要专业人员精心维护，但目前一般的管制室只有一个技师，甚至连技师也没有，而让一个战士经过简单的培训来充当技师，这样就不能保证航管设备维护的连续性，一旦出现问题，而技师又处理不了，将严重影响飞行任务的执行。

所以管制室应当编配正规的专业技师，他们应该具备很强的专业知识，不仅对航管设备在应用过程中的问题能够熟练的解决，而且要在平时的维护过程中能及时的发现一些隐患把它消灭在萌芽之中，延长设备的使用寿命。

（四）知识的更新滞后于设备的发展
由于管制中心设备技术含量高，结构复杂，可靠性和稳定性要求高，国内又没有现成的设备可利用。

因此“八五计划”管制中心到99年2月份才全部安装到位，部分管制中心的飞行情报系统还没有组织全国联网，而且部分管制室出现了设备等人的现象。

尤其是在设备的某些功能上，有的人根本没有听说过，这就等于新的设备只是一个摆设，而无实际用处。

再就是在人才培养上，主要是飞管系，因为它是管制员的摇篮，而飞管系现在教学用的教材讲义都是八十年代。