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        大型客機(jī)所需通信性能研究

        2012-12-31 00:00:00張昊
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2012年22期

        摘 要:本文介紹了大型客機(jī)所需通信性能的發(fā)展歷史。分析了所需通信性能對飛機(jī)定位誤差的影響,使得各個飛行階段所需的業(yè)務(wù)通信系統(tǒng)中有明確的通信能要求,據(jù)此可以有效的減輕管制員的工作負(fù)荷。選取時間做衡量誤差的參數(shù),研究在通信過程中個系統(tǒng)性能參數(shù)對飛機(jī)定位誤差影響。最后對大型客機(jī)所需通信性能的未來進(jìn)行了展望。

        關(guān)鍵詞:飛行所需通信性能 數(shù)據(jù)鏈 性能計算 衛(wèi)星通信

        中圖分類號:V221文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)08(a)-0023-02所需通信性能(Required Communication Performance,RCP)的概念是在航空移動通信專家組(AMCP)1996年的第四次會議中提出的,2001年運(yùn)行數(shù)據(jù)鏈專家組(OPLINKP)擬訂了RCP概念文件,2008年ICAO發(fā)布了RCP手冊第一版。

        在運(yùn)行概念中,RCP被定義為支持特定空中交通服務(wù)(ATS)功能的運(yùn)行通信的性能要求。新航行系統(tǒng)中用于運(yùn)行的通信組成部分及由所需通信性能確立的相關(guān)的性能,對建立全球無縫隙的空中交通管理系統(tǒng)是至關(guān)重要的,該系統(tǒng)混合使用話音和數(shù)據(jù)通信技術(shù)。2007年發(fā)布的航空無線電技術(shù)委員會(RTCA)DO-306/歐洲民用航空電子學(xué)組織(EUROCAE)ED-122文件也針對RCP類型做了詳細(xì)說明。

        RCP指出了ATM功能中通信部分的性能要求,對新技術(shù)具有開放性。RCP的概念有四個關(guān)鍵特點(diǎn):

        (1)以性能為基礎(chǔ)。

        (2)以人為中心。

        (3)對運(yùn)行有重要意義。

        (4)不受技術(shù)的約束。了新的與安全有關(guān)的通信能力的應(yīng)用。

        采用RCP可以促進(jìn)航空通信市場的競爭力,發(fā)展出更滿足商業(yè)需求的成本效益手段。

        1 所需通信性能類型

        RCP類型代表了運(yùn)行中通信處理的性能標(biāo)準(zhǔn),對應(yīng)每個類型給出了通信處理時間、連續(xù)性、可用性和完好性的數(shù)值。

        RCP類型涉及四個參數(shù):

        (1)通信處理時間(Communication transaction time):完成通信處理操作所需的最長時間。

        (2)連續(xù)性(Continuity):在通信處理時間內(nèi),通信處理操作能夠完成的概率。

        (3)可用性(Availability):當(dāng)需要時,一個通信處理操作能夠啟動的概率。

        (4)完整性(Integrity):在通信處理時間內(nèi),通信處理操作能夠完成并且沒有未被檢測出的錯誤的概率。

        RCP類型代表通信處理時間(如圖1)。而整個通信處理過程的時間由初始化時間和TRN兩部分組成,TRN又由RCTP和響應(yīng)時間組成。初始化時間是管制員人機(jī)交互的反應(yīng)時間;TRN是從管制員發(fā)出消息到管制員接收到回復(fù)的過程,即端到端的監(jiān)視性能;RCTP是通信處理過程中與人為因素?zé)o關(guān)的,由技術(shù)性能決定的時間;響應(yīng)時間則是指機(jī)組人員從接收到消息到發(fā)出回復(fù)的反應(yīng)時間。RCTP的整個傳輸時間又分為ATSU、通信服務(wù)提供者(CSP)和航空器系統(tǒng)三部分的傳輸時間。

        RCP手冊中明確規(guī)定的RCP類型如表1所示。但是,在RCP的實施過程中可以根據(jù)需要確定新的RCP類型。

        2 所需通信性能實施步驟

        RCP實施步驟如下:

        (1)建立RCP實施小組。確定相關(guān)組織機(jī)構(gòu):監(jiān)管部門,空中航行技術(shù)部門,空中交通服務(wù)供應(yīng)商,空域使用者,安全部門,通信服務(wù)供應(yīng)商。

        (2)制定RCP計劃,運(yùn)行需求,RCP的時間進(jìn)度表并確定所需的調(diào)整變化。

        (3)制定程序步驟、空域和空中交通服務(wù)需求。研究運(yùn)行使用方針,所需最小間隔,用于RCP實施的空中交通管制程序。

        (4)確定空中交通管理功能和環(huán)境,根據(jù)空域中的ATM功能選擇合適的RCP類型。

        (5)制定指導(dǎo)性的文件材料。進(jìn)行所需的ATM/航電部門的認(rèn)證,飛行員和ATS部門的培訓(xùn)和認(rèn)證。

        (6)建立實施完成后的審查和監(jiān)測系統(tǒng)以確保RCP安全有效運(yùn)行。

        (7)規(guī)定所需RCP類型,并通過適當(dāng)?shù)牡胤轿募问桨l(fā)布。

        (8)資格運(yùn)行認(rèn)證,確定通信系統(tǒng)中所有涉及的有關(guān)組織機(jī)構(gòu),并根據(jù)給定的RCP類型隊所有的組織進(jìn)行性能需求劃分和資格測試。

        (9)實施RCP的引進(jìn)計劃并注意審查和監(jiān)測。

        3 所需通信性能實施步驟研究方向

        2003年的第十一次航行會議上提出了RCP下一步的研究方向:

        (1)概念與間隔研究的關(guān)系。ICAO間隔和空域安全專家組(SASP)在ICAO《確定最小間隔的空域規(guī)劃方法手冊》4的基礎(chǔ)上進(jìn)行間隔研究。對于通信性能,間隔研究采用了通信和管制員干預(yù)緩沖的概念。緩沖可以容許這種可能性,即當(dāng)獲得下一個距離檢查時,管制員可能會明顯地判斷出將會喪失間隔,從而需要管制員確立某些替代的間隔形式。間隔研究就與緩沖有關(guān)的通信能力的功能和性能特點(diǎn)做出假設(shè)。需要開展進(jìn)一步的工作,制定出確定性能要求的手段,這些要求需要適合間隔研究所做出的假設(shè),特別是對于在RCP概念的框架內(nèi)的管制員干預(yù)和駕駛員開始的因天氣改航。

        (2)概念與相互可操作性的關(guān)系。RCP概念的特點(diǎn)是以性能為基礎(chǔ)。然而,新興技術(shù)的涌現(xiàn)導(dǎo)致了使用不同技術(shù)解決辦法來提供類似的ATS功能。這使得CNS/ATM環(huán)境的規(guī)劃和實施更加復(fù)雜,對于在使用不同技術(shù)的世界各地經(jīng)營的經(jīng)營人,這大大地增加了航空器裝備、飛行機(jī)組合格計劃和程序制定的成本和復(fù)雜性。需要開展進(jìn)一步工作,解決由于使用不同技術(shù)完成類似ATS功能而產(chǎn)生的影響,并為更好地理解RCP概念與相互可操作性的關(guān)系提供指南。

        (3)類型和分配的標(biāo)準(zhǔn)化。RCP概念文件建議將實施的RCP類型數(shù)量減至最少。RCP概念文件注意到,規(guī)定RCP類型或RCP類型的分配超出了其范圍。然而,RCP類型的數(shù)量沒有限制,可以支持一種RCP類型的不同分配也沒有限制。需要開展進(jìn)一步工作,確定RCP手冊是否能提供切合實際的RCP類型和相關(guān)的分配的數(shù)量,以便在全球應(yīng)用RCP概念。

        (4)類型的分配。一種或多種RCP類型的分配應(yīng)當(dāng)考慮給提供空中交通服務(wù)方面的分配、視情給經(jīng)營人的通信服務(wù)提供者(CSP)的分配,以及給航空器裝備的分配。經(jīng)營人的CSP、航空器裝備和駕駛艙程序占了運(yùn)行通信性能的很大一部分。分配給經(jīng)營人和航空器的RCP類型需要在全球協(xié)調(diào)一致,這樣,各國就能夠確定經(jīng)營人和航空器裝備是否符合空中交通服務(wù)的使用條件。否則,經(jīng)營人和航空器裝備可能符合世界某一地區(qū)的ATS功能所適用的RCP類型,但可能不符合另一地區(qū)同一ATS功能所適用的RCP類型。例如,經(jīng)營人可能得到批準(zhǔn),可以利用使用多重子網(wǎng)的管制員-駕駛員數(shù)據(jù)鏈通信(CPDLC),如衛(wèi)星和高頻(HF)數(shù)據(jù)鏈。如果衛(wèi)星子網(wǎng)不能使用,那么,要求特定RCP類型的運(yùn)行在使用HF數(shù)據(jù)鏈時可能還不夠。另一個例子是,經(jīng)營人在進(jìn)入使用第三方或訂立合同的通信服務(wù)提供者(CSP)(該CSP和特定空中交通服務(wù)提供者訂立合同的CSP是同一個)的空中交通數(shù)據(jù)鏈服務(wù)時可能符合RCP類型。然而,當(dāng)空中交通服務(wù)提供者通過不同的CSP訂立通信服務(wù)合同時,經(jīng)營人可能不符合同一RCP類型。

        4 所需通信性能目前研究活動

        ICAO和業(yè)界小組正在進(jìn)一步展開RCP的研究工作。一些RCP的性能規(guī)范正在制定過程中:

        (1)RCP 240應(yīng)用于數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn),如基于SATCOM(/D)的CPDLC;

        (2)RCP 400應(yīng)用于數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn),如基于HFDL(/D)的CPDLC;

        (3)RCP 400應(yīng)用于“非傳統(tǒng)”情況的標(biāo)準(zhǔn),如衛(wèi)星通信語音系統(tǒng);

        (4)新RCP類型,如RCP60或者RCP120應(yīng)用于陸地(國內(nèi))數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng),如CPDLC基于VDLM2(/D);

        (5)監(jiān)視標(biāo)準(zhǔn),如不同間隔標(biāo)準(zhǔn)下的位置報告標(biāo)準(zhǔn)。

        5 所需通信性能應(yīng)用

        針對已有的RCP標(biāo)準(zhǔn),部分地區(qū)已經(jīng)展開RCP相關(guān)參數(shù)的測試工作。日本民航局2009年12月到2010年3月間在福岡飛行情報區(qū)采用銥星進(jìn)行RCP試驗,測試CPDLC中TRN性能,結(jié)果如圖2所示。(假定ATSU系統(tǒng)和航空器系統(tǒng)的處理時間可以忽略。)

        數(shù)據(jù)分析的結(jié)果顯示:TRN基本能夠滿足TT95%的要求(180秒),但滿足ET99.9%的要求(210秒),這是由于響應(yīng)時間沒有達(dá)到要求。

        試驗結(jié)果表明:銥星通信基本可以滿足RCP240/D中對CSP系統(tǒng)的要求,但是由于樣本空間較小,這樣斷定還為時尚早,需要進(jìn)一步的試驗和分析。

        參考文獻(xiàn)

        [1]ICAO, Doc9613-AN/937.Manual on Required Communication Performance (RCP).

        [2]C.R.Spitzer,Digital Avionics Handbook US,2007.

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