大型客機所需通信性能研究

摘 要:本文介紹了大型客機所需通信性能的發展歷史。分析了所需通信性能對飛機定位誤差的影響，使得各個飛行階段所需的業務通信系統中有明確的通信能要求，據此可以有效的減輕管制員的工作負荷。選取時間做衡量誤差的參數，研究在通信過程中個系統性能參數對飛機定位誤差影響。最后對大型客機所需通信性能的未來進行了展望。

關鍵詞:飛行所需通信性能 數據鏈 性能計算 衛星通信

中圖分類號:V221文獻標識碼: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年運行數據鏈專家組(OPLINKP)擬訂了RCP概念文件，2008年ICAO發布了RCP手冊第一版。

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

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

(1)以性能為基礎。

(2)以人為中心。

(3)對運行有重要意義。

(4)不受技術的約束。了新的與安全有關的通信能力的應用。

采用RCP可以促進航空通信市場的競爭力，發展出更滿足商業需求的成本效益手段。

1 所需通信性能類型

RCP類型代表了運行中通信處理的性能標準，對應每個類型給出了通信處理時間、連續性、可用性和完好性的數值。

RCP類型涉及四個參數:

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

(3)可用性(Availability):當需要時，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，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和響應時間組成。初始化時間是管制員人機交互的反應時間;TRN是從管制員發出消息到管制員接收到回復的過程，即端到端的監視性能;RCTP是通信處理過程中與人為因素無關的，由技術性能決定的時間;響應時間則是指機組人員從接收到消息到發出回復的反應時間。RCTP的整個傳輸時間又分為ATSU、通信服務提供者(CSP)和航空器系統三部分的傳輸時間。

RCP手冊中明確規定的RCP類型如表1所示。但是，在RCP的實施過程中可以根據需要確定新的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。確定相關組織機構:監管部門，空中航行技術部門，空中交通服務供應商，空域使用者，安全部門，通信服務供應商。

(2)制定RCP計劃，運行需求，RCP的時間進度表并確定所需的調整變化。

(3)制定程序步驟、空域和空中交通服務需求。研究運行使用方針，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境，根據空域中的ATM功能選擇合適的RCP類型。

(5)制定指導性的文件材料。進行所需的ATM/航電部門的認證，飛行員和ATS部門的培訓和認證。

(6)建立實施完成后的審查和監測系統以確保RCP安全有效運行。

(7)規定所需RCP類型，并通過適當的地方文件形式發布。

(8)資格運行認證，確定通信系統中所有涉及的有關組織機構，并根據給定的RCP類型隊所有的組織進行性能需求劃分和資格測試。

(9)實施RCP的引進計劃并注意審查和監測。

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劃方法手冊》4的基礎上進行間隔研究。對于通信性能，間隔研究采用了通信和管制員干預緩沖的概念。緩沖可以容許這種可能性，即當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的通信能力的功能和性能特點做出假設。需要開展進一步的工作，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，特別是對于在RCP概念的框架內的管制員干預和駕駛員開始的因天氣改航。

(2)概念與相互可操作性的關系。RCP概念的特點是以性能為基礎。然而，新興技術的涌現導致了使用不同技術解決辦法來提供類似的ATS功能。這使得CNS/ATM環境的規劃和實施更加復雜，對于在使用不同技術的世界各地經營的經營人，這大大地增加了航空器裝備、飛行機組合格計劃和程序制定的成本和復雜性。需要開展進一步工作，解決由于使用不同技術完成類似ATS功能而產生的影響，并為更好地理解RCP概念與相互可操作性的關系提供指南。

(3)類型和分配的標準化。RCP概念文件建議將實施的RCP類型數量減至最少。RCP概念文件注意到，規定RCP類型或RCP類型的分配超出了其范圍。然而，RCP類型的數量沒有限制，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類型和相關的分配的數量，以便在全球應用RCP概念。

(4)類型的分配。一種或多種RCP類型的分配應當考慮給提供空中交通服務方面的分配、視情給經營人的通信服務提供者(CSP)的分配，以及給航空器裝備的分配。經營人的CSP、航空器裝備和駕駛艙程序占了運行通信性能的很大一部分。分配給經營人和航空器的RCP類型需要在全球協調一致，這樣，各國就能夠確定經營人和航空器裝備是否符合空中交通服務的使用條件。否則，經營人和航空器裝備可能符合世界某一地區的ATS功能所適用的RCP類型，但可能不符合另一地區同一ATS功能所適用的RCP類型。例如，經營人可能得到批準，可以利用使用多重子網的管制員-駕駛員數據鏈通信(CPDLC)，如衛星和高頻(HF)數據鏈。如果衛星子網不能使用，那么，要求特定RCP類型的運行在使用HF數據鏈時可能還不夠。另一個例子是，經營人在進入使用第三方或訂立合同的通信服務提供者(CSP)(該CSP和特定空中交通服務提供者訂立合同的CSP是同一個)的空中交通數據鏈服務時可能符合RCP類型。然而，當空中交通服務提供者通過不同的CSP訂立通信服務合同時，經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和業界小組正在進一步展開RCP的研究工作。一些RCP的性能規范正在制定過程中:

(1)RCP 240應用于數據鏈系統的標準，如基于SATCOM(/D)的CPDLC;

(2)RCP 400應用于數據鏈系統的標準，如基于HFDL(/D)的CPDLC;

(3)RCP 400應用于“非傳統”情況的標準，如衛星通信語音系統;

(4)新RCP類型，如RCP60或者RCP120應用于陸地(國內)數據鏈系統，如CPDLC基于VDLM2(/D);

(5)監視標準，如不同間隔標準下的位置報告標準。

5 所需通信性能應用

針對已有的RCP標準，部分地區已經展開RCP相關參數的測試工作。日本民航局2009年12月到2010年3月間在福岡飛行情報區采用銥星進行RCP試驗，測試CPDLC中TRN性能，結果如圖2所示。(假定ATSU系統和航空器系統的處理時間可以忽略。)

數據分析的結果顯示:TRN基本能夠滿足TT95%的要求(180秒)，但滿足ET99.9%的要求(210秒)，這是由于響應時間沒有達到要求。

試驗結果表明:銥星通信基本可以滿足RCP240/D中對CSP系統的要求，但是由于樣本空間較小，這樣斷定還為時尚早，需要進一步的試驗和分析。

參考文獻

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

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