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        空管應(yīng)急系統(tǒng)通信保障問題研究

        2013-06-05 08:23:44郭福來空軍裝備研究院某研究所
        衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò) 2013年1期
        關(guān)鍵詞:空管衛(wèi)星通信機(jī)動

        + 郭福來 空軍裝備研究院某研究所

        一、概述

        空中交通管制系統(tǒng)(ATC),由各級管制機(jī)構(gòu)和空管自動化系統(tǒng)組成,主要承擔(dān)管制指揮、空域運行管理、飛行流量管理和低空飛行服務(wù)等指揮協(xié)調(diào)任務(wù),在保障民航生產(chǎn)運行、軍航作戰(zhàn)訓(xùn)練的安全飛行中發(fā)揮了重要作用。

        在重大自然災(zāi)害和突發(fā)事件發(fā)生時,空中飛行流量將急劇攀升,空管系統(tǒng)在保障軍航正常戰(zhàn)備值班、民航航班飛行的同時,還需要承擔(dān)搶險救災(zāi)所需的首長專機(jī)飛行,救災(zāi)人員、物資集結(jié),空中輸送、空投空降,災(zāi)區(qū)上空任務(wù)飛行等高強度管制任務(wù)保障。2008年汶川地震發(fā)生時,從5月12日至6月12日,空管系統(tǒng)在四川災(zāi)區(qū)實施了新中國成立以來最大規(guī)模的航空管制,保障抗震救災(zāi)飛行6600余架次,開辟了一條條“空中生命線”和“空中綠色通道”。地震發(fā)生后,在成都地區(qū)先后集結(jié)了空軍、陸航、成都軍區(qū)和民航的200多架各型飛機(jī),多種任務(wù)同時集中在4萬平方千米的管制空域內(nèi),每天的飛行流量是平時的幾十倍。僅5月14日當(dāng)天,空管系統(tǒng)就保障38架各型運輸機(jī)、直升機(jī)飛行134架次,將救災(zāi)部隊從各個戰(zhàn)區(qū)空運至災(zāi)區(qū),首次實現(xiàn)了我軍歷史上的萬人空中大投送。

        二、國內(nèi)外空管系統(tǒng)應(yīng)急現(xiàn)狀

        按照國際慣例,空管應(yīng)急處置主要包括本地備援、異地備援和移動備援三種模式,其中:

        本地備援:是在一個管制機(jī)構(gòu)同時部署2套ATC自動化系統(tǒng),互為主備用工作,即一套故障之后,另一套應(yīng)急接替;

        異地備援:是不同管制機(jī)構(gòu)之間的異地備份和支援,即A區(qū)域管制機(jī)構(gòu)失效后,由臨近的B區(qū)域管制機(jī)構(gòu)應(yīng)急接替;

        移動備援:是通過機(jī)動式管制系統(tǒng)或便攜式管制設(shè)備對固定管制機(jī)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)急接替和支援。一方面可應(yīng)急接替失效的固定管制機(jī)構(gòu);另一方面作為固定管制機(jī)構(gòu)的派出機(jī)構(gòu),承擔(dān)應(yīng)急管制任務(wù)。

        1.國外空管系統(tǒng)應(yīng)急現(xiàn)狀

        美國空域廣闊,各級管制機(jī)構(gòu)數(shù)量龐大,技術(shù)設(shè)備先進(jìn),又在美國聯(lián)邦航空管理局FAA)統(tǒng)一管理下,有共同的管制作業(yè)標(biāo)準(zhǔn),且不同管制機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)組成、功能、互聯(lián)接口和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)基本上一致,因此當(dāng)某一管制機(jī)構(gòu)失效時,很容易被臨近的管制機(jī)構(gòu)接替。在1997年FAA發(fā)布的《空中交通服務(wù)應(yīng)急處置計劃》中,美國空管應(yīng)急處置策略主要為“異地備援”方式。

        歐洲國家眾多,空域狹小,空域與空域之間的重疊現(xiàn)象比較常見,空管單位數(shù)量少,一個管制機(jī)構(gòu)需要管理兩到三個小國家,且各國管制體制和方式不盡相同,典型的“麻雀隨小,五臟俱全”。因此1997年歐洲空管安全組織(EUROCONTROL)發(fā)布了《空中交通服務(wù)應(yīng)急處置原則》,確定空管應(yīng)急的處置策略 “以本地備援為主,異地備援為輔”。

        日本空域較廣,管制機(jī)構(gòu)眾多,容量大的機(jī)場間距離近,地面交通發(fā)達(dá),其空管應(yīng)急處置策略與美國一致,重于“異地備援”。但由于日本深受地震、臺風(fēng)襲擾,“本地備援”理念也根深蒂固,備份空管系統(tǒng)建設(shè)十分完善,基本上每個管制機(jī)構(gòu)都是雙系統(tǒng)互為熱備份運行。近年來,在“移動備援”空管系統(tǒng)開發(fā)研究及使用方面,日本也在國際上處于領(lǐng)先地位。因此日本采用“本地備援、異地備援和移動備援并重”的策略。

        2.國內(nèi)空管系統(tǒng)應(yīng)急現(xiàn)狀

        我國空管應(yīng)急系統(tǒng)建設(shè)與國外發(fā)達(dá)國家相比存在較大差距,即使與國內(nèi)電信、電力、鐵路等其他部門相比也差距明顯。在大多數(shù)軍航管制中心,目前只建設(shè)一套管制自動化系統(tǒng),缺少備用和應(yīng)急系統(tǒng)。僅通過采用有線和無線通信手段互為備份,配置必要的機(jī)動式地空通信裝備和便攜式通信導(dǎo)航設(shè)備等方式來提高軍航應(yīng)急保障能力;民航管制中心普遍采用“本地備援”的應(yīng)急策略,建設(shè)了主用系統(tǒng)和應(yīng)急系統(tǒng),但兩套系統(tǒng)多同址部署,在遇到地震、火災(zāi)等重大自然災(zāi)害時,經(jīng)常共同毀損,因此在應(yīng)對重大自然災(zāi)害時應(yīng)急處置能力較弱。

        下面通過“5.12”地震西南空管局12日至14日間應(yīng)急保障情況來具體了解一下目前中國空管應(yīng)急處置的水平和現(xiàn)狀。

        5月12日14:28,地震發(fā)生后雙流機(jī)場雷達(dá)故障、部分管制設(shè)備故障,西南空管局啟動應(yīng)急預(yù)案,航班備降重慶、西安民航機(jī)場和臨近空軍機(jī)場,全天雙流169個進(jìn)港航班和108個出港航班受到影響。15:00,西南空管局開始架設(shè)應(yīng)急指揮中心,利用三部電臺搭建了臨時塔臺、區(qū)調(diào)。20:00,應(yīng)急空管設(shè)備開始運行,成都雙流機(jī)場和成都空域重新開放,由震前的雷達(dá)管制改為程序管制。

        5月13日零時27分,民航二所送來了急需的VHF電臺;零時38分,川大智勝公司技術(shù)人員趕到現(xiàn)場架設(shè)應(yīng)急自動化系統(tǒng);4時08分,飛行學(xué)院新津分院、廣漢分院送來兩套貝克電臺和三個OTE單機(jī)。

        5月14日2時,區(qū)調(diào)、進(jìn)近管制室恢復(fù)運行。14時,老航管樓塔臺重新恢復(fù),管制員從停機(jī)坪的塔臺車移到室內(nèi)值班。

        看過以上統(tǒng)計數(shù)據(jù),有人會問,為什么像雙流這種國內(nèi)大型機(jī)場,在地震發(fā)生時還需要從附近研究所和飛行學(xué)院臨時抽調(diào)電臺支援?地空通信電臺是管制指揮的重要手段,平時就應(yīng)在機(jī)場和空管局儲備充足的備件以備不急之需,而不是震后從其他地區(qū)緊急調(diào)撥。由此可以看出,中國在空管應(yīng)急系統(tǒng)建設(shè)方面才剛剛起步,還有很大的建設(shè)和發(fā)展空間。

        三、空管應(yīng)急系統(tǒng)通信保障需求

        1.空管業(yè)務(wù)信息傳輸需求

        空管業(yè)務(wù)信息主要包括語音、數(shù)據(jù)和視頻等業(yè)務(wù)。

        (1)語音業(yè)務(wù)

        語音業(yè)務(wù)主要包括管制移交電話和地空話音業(yè)務(wù),其中管制移交電話主要使用地面程控電話以及衛(wèi)星電話資源,用于管制員之間管制指揮權(quán)移交的語音通信保障;地空話音業(yè)務(wù)主要使用超短波地空通信電臺,用于管制員對空實施管制指揮語音通信保障,可通過地網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)將分散部署的超短波電臺聯(lián)網(wǎng),以實現(xiàn)電臺資源的共享利用。

        (2)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

        根據(jù)空管業(yè)務(wù)系統(tǒng)對信息傳輸、處理時限要求的不同,空管數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信息可分為“空管實時業(yè)務(wù)信息”和“空管非實時業(yè)務(wù)信息”兩類。

        空管實時業(yè)務(wù)信息包括雷達(dá)情報(一、二次雷達(dá)監(jiān)視信息)和ADS-B(自動相關(guān)監(jiān)視)信息。其傳輸需求如下:

        ①傳輸特征:全天時連續(xù)傳輸、傳輸時延小而且相對固定;

        ②傳輸協(xié)議:一、二次雷達(dá)監(jiān)視信息采用HDLC/BSC協(xié)議;ADS-B信息采用HDLC/UDP協(xié)議;

        ③ 接口類型: V.24,以太網(wǎng)接口;

        ④信息速率:一、二次雷達(dá)監(jiān)視信息2.4kbps~64kbps/路,大多數(shù)為9.6kbps/路。ADS-B信息64~128kbps/地面站,現(xiàn)階段采用64kbps可滿足要求;

        ⑤傳輸時延:一、二次雷達(dá)監(jiān)視信息傳輸時延要求小于3秒。ADS-B信息傳輸時延要求小于1秒。

        空管非實時業(yè)務(wù)信息主要包括:飛行情報、航行情報、氣象情報、對空射擊管理信息、飛行流量管理信息、空域運行管理信息等,對信息的傳輸時延要求不高。非實時業(yè)務(wù)信息傳輸需求如下:

        ①傳輸特征:對處理時限要求相對較低,具有突發(fā)性,多為非連續(xù)數(shù)據(jù)流;

        ②傳輸協(xié)議:TCP/IP;

        ③接口類型: 以太網(wǎng)接口;

        ④接口速率:10/100Mbps。

        (3)視頻業(yè)務(wù)

        在突發(fā)事件發(fā)生時,可將空管應(yīng)急現(xiàn)場視頻圖像上傳至指定管制機(jī)構(gòu),為領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)決策指揮提供第一手現(xiàn)場情況。

        ①傳輸特征:連續(xù)傳輸、傳輸時延小且相對固定;

        ②傳輸協(xié)議:TCP/IP;

        ③接口類型: 以太網(wǎng)接口;

        ④接口速率:10/100Mbps。

        2.空管應(yīng)急通信保障需求

        空管應(yīng)急通信保障需求主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

        (1)自成系統(tǒng)、獨立運行,易于快速部署和安裝。

        (2)系統(tǒng)健壯性好,當(dāng)管制中心地面線路遭到破壞后,業(yè)務(wù)可自動切換至備用路由繼續(xù)傳輸。備用路由主要是指衛(wèi)星、微波和散射等無線通信手段建立的應(yīng)急鏈路。

        (3)隨遇接入能力強,空管應(yīng)急系統(tǒng)可通過無線、有線等多種通信手段快速接入空管通信網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)與固定管制機(jī)構(gòu)間的信息交互。

        (4)業(yè)務(wù)保障多樣化,可滿足管制中心話音、實時和非實時數(shù)據(jù)、視頻等業(yè)務(wù)傳輸需求。

        (5)系統(tǒng)具有良好的傳輸性能,在同步數(shù)據(jù)傳輸方面應(yīng)滿足低時延和低抖動要求;具有良好的QoS、安全和網(wǎng)絡(luò)管理保證。

        (6)裝備機(jī)動性、便攜性好,功耗低,適于惡劣自然環(huán)境應(yīng)用。

        四、機(jī)動管制中心系統(tǒng)伴隨通信保障

        1.機(jī)動管制中心系統(tǒng)建設(shè)

        “十二五”期間國家在提高各級空管機(jī)構(gòu)“本地備援”能力的同時,高度重視“機(jī)動備援”能力的全面提升,計劃建設(shè)艦(船)載管制中心系統(tǒng)、車載應(yīng)急管制中心系統(tǒng)和便攜式應(yīng)急管制設(shè)備。這些機(jī)動管制中心系統(tǒng)/設(shè)備必須能夠快速與相關(guān)的機(jī)場/分區(qū)/區(qū)域管制中心建立通信鏈路,交互必要的空情監(jiān)視、飛行情報和氣象情報等信息。

        2.機(jī)動管制中心系統(tǒng)通信需求

        機(jī)動管制中心系統(tǒng)的工作模式主要包括以下兩種:一種為自主保障方式,不依托事發(fā)地既有空管基礎(chǔ)設(shè)施,通過配屬的空管監(jiān)視雷達(dá)、通信和電源設(shè)施即可實現(xiàn)自主保障。另一種為快速入網(wǎng)保障方式,應(yīng)急管制中心系統(tǒng)可隨遇接入既有空管通信網(wǎng)絡(luò),與相關(guān)管制機(jī)構(gòu)進(jìn)行信息交互。

        機(jī)動管制中心系統(tǒng)通信保障需求:具備從軍民航管制中心選擇接收多路雷達(dá)信息的能力;具備通過衛(wèi)星、微波等無線通信手段接入空管通信網(wǎng),與固定管制機(jī)構(gòu)進(jìn)行雙向信息交互能力;具備地空和平面語音通信的能力。

        五、衛(wèi)星通信在空管應(yīng)急保障中的應(yīng)用

        1.空管衛(wèi)星通信應(yīng)用

        根據(jù)空管系統(tǒng)應(yīng)急通信保障需求,結(jié)合衛(wèi)星通信的技術(shù)特點,按照“突出重點、發(fā)揮特長,應(yīng)急接替、確保暢通”的應(yīng)用思路,為空管業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息可靠傳輸提供保障。

        (1)發(fā)揮衛(wèi)星通信的廣播優(yōu)勢,滿足監(jiān)視信息、氣象信息和視頻等空管業(yè)務(wù)信息廣播接收需求。

        (2)發(fā)揮衛(wèi)星通信廣域覆蓋、開通便捷等特點,滿足空管地面?zhèn)鬏旀溌窇?yīng)急備份需求,全面提升網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性。

        (3)發(fā)揮衛(wèi)星通信建鏈迅速、受地理環(huán)境條件限制小等特點,實現(xiàn)無地面通信依托情況下的自主通信,滿足機(jī)動式管制中心系統(tǒng)伴隨通信保障的需求。

        2.機(jī)動管制中心衛(wèi)星通信手段運用

        機(jī)動管制中心應(yīng)急通信保障應(yīng)以衛(wèi)星通信手段為主,一方面通過研制多種機(jī)動方式的衛(wèi)星通信裝備接入既有空管衛(wèi)星通信網(wǎng),為機(jī)動管制中心系統(tǒng)提供伴隨通信保障,滿足語音、空情監(jiān)視和飛行情報等業(yè)務(wù)傳輸需求;另一方面針對海事衛(wèi)星、銥星等民用通信系統(tǒng)的空管應(yīng)用展開研究。形成多手段互備的管制中心衛(wèi)星通信保障格局,提高在多種應(yīng)用背景下的空管應(yīng)急通信快速響應(yīng)能力。

        在空管衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)中,應(yīng)充分考慮機(jī)動管制中心系統(tǒng)的信息傳輸需求和通信保障要求,發(fā)揮衛(wèi)星通信技術(shù)優(yōu)勢,選擇適宜的技術(shù)體制、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及應(yīng)用模式,使機(jī)動管制中心配套衛(wèi)星通信裝備可快速入網(wǎng),快速擔(dān)負(fù)任務(wù)保障??展軕?yīng)急衛(wèi)星通信技術(shù)體制比較如表1所示。

        圖1 機(jī)動管制中心系統(tǒng)衛(wèi)星通信典型應(yīng)用

        表1 空管應(yīng)急衛(wèi)星通信技術(shù)體制比較

        根據(jù)表1確定的技術(shù)體制,機(jī)動管制中心衛(wèi)星通信的典型應(yīng)用如圖1所示:

        (1)通過單向衛(wèi)星接收終端自主選擇接收所需雷達(dá)監(jiān)視信息。

        (2)通過FDMA終端快速建立與相關(guān)固定管制中心的點到點衛(wèi)星專線,實現(xiàn)報文、語音等信息的雙向交互。

        (3)根據(jù)艦載和車載管制中心衛(wèi)星天線和功放配置余量大等特點,可增配MF-TDMA衛(wèi)星設(shè)備,以提高點到多點通信能力。

        六、建議

        由于中國空管應(yīng)急系統(tǒng)建設(shè)起步較晚,體系化保障能力差,因此在空管應(yīng)急體系建設(shè)時,應(yīng)制度建設(shè)先行,手段建設(shè)隨后趕上??芍攸c從以下幾個方面著手,全面提高空管系統(tǒng)的應(yīng)急保障能力:一要建立健全空管系統(tǒng)應(yīng)急工作機(jī)制,二要推動空管應(yīng)急裝備體系建設(shè),三要促進(jìn)空管應(yīng)急系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定,四要加強空管應(yīng)急系統(tǒng)人才隊伍建設(shè),五要加強第一線機(jī)場空管應(yīng)急手段建設(shè)。

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