空管應急系統通信保障問題研究

+ 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（ATC），由各級管制機構和空管自動化系統組成，主要承擔管制指揮、空域運行管理、飛行流量管理和低空飛行服務等指揮協調任務，在保障民航生產運行、軍航作戰訓練的安全飛行中發揮了重要作用。

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

二、國內外空管系統應急現狀

按照國際慣例，空管應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：是在一個管制機構同時部署2套ATC自動化系統，互為主備用工作，即一套故障之后，另一套應急接替；

異地備援：是不同管制機構之間的異地備份和支援，即A區域管制機構失效后，由臨近的B區域管制機構應急接替；

移動備援：是通過機動式管制系統或便攜式管制設備對固定管制機構進行應急接替和支援。一方面可應急接替失效的固定管制機構；另一方面作為固定管制機構的派出機構,承擔應急管制任務。

1.國外空管系統應急現狀

美國空域廣闊，各級管制機構數量龐大，技術設備先進，又在美國聯邦航空管理局FAA）統一管理下，有共同的管制作業標準，且不同管制機構的系統組成、功能、互聯接口和協議標準基本上一致，因此當某一管制機構失效時，很容易被臨近的管制機構接替。在1997年FAA發布的《空中交通服務應急處置計劃》中，美國空管應急處置策略主要為“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象比較常見，空管單位數量少，一個管制機構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）發布了《空中交通服務應急處置原則》，確定空管應急的處置策略 “以本地備援為主，異地備援為輔”。

日本空域較廣，管制機構眾多，容量大的機場間距離近，地面交通發達，其空管應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、臺風襲擾，“本地備援”理念也根深蒂固，備份空管系統建設十分完善，基本上每個管制機構都是雙系統互為熱備份運行。近年來，在“移動備援”空管系統開發研究及使用方面，日本也在國際上處于領先地位。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.國內空管系統應急現狀

我國空管應急系統建設與國外發達國家相比存在較大差距，即使與國內電信、電力、鐵路等其他部門相比也差距明顯。在大多數軍航管制中心，目前只建設一套管制自動化系統，缺少備用和應急系統。僅通過采用有線和無線通信手段互為備份，配置必要的機動式地空通信裝備和便攜式通信導航設備等方式來提高軍航應急保障能力；民航管制中心普遍采用“本地備援”的應急策略，建設了主用系統和應急系統，但兩套系統多同址部署，在遇到地震、火災等重大自然災害時，經常共同毀損，因此在應對重大自然災害時應急處置能力較弱。

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

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

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，川大智勝公司技術人員趕到現場架設應急自動化系統；4時08分，飛行學院新津分院、廣漢分院送來兩套貝克電臺和三個OTE單機。

5月14日2時，區調、進近管制室恢復運行。14時，老航管樓塔臺重新恢復，管制員從停機坪的塔臺車移到室內值班。

看過以上統計數據，有人會問，為什么像雙流這種國內大型機場，在地震發生時還需要從附近研究所和飛行學院臨時抽調電臺支援？地空通信電臺是管制指揮的重要手段，平時就應在機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緊急調撥。由此可以看出，中國在空管應急系統建設方面才剛剛起步，還有很大的建設和發展空間。

三、空管應急系統通信保障需求

1.空管業務信息傳輸需求

空管業務信息主要包括語音、數據和視頻等業務。

（1）語音業務

語音業務主要包括管制移交電話和地空話音業務，其中管制移交電話主要使用地面程控電話以及衛星電話資源，用于管制員之間管制指揮權移交的語音通信保障；地空話音業務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，可通過地網通信網絡將分散部署的超短波電臺聯網，以實現電臺資源的共享利用。

（2）數據業務

根據空管業務系統對信息傳輸、處理時限要求的不同，空管數據業務信息可分為“空管實時業務信息”和“空管非實時業務信息”兩類。

空管實時業務信息包括雷達情報（一、二次雷達監視信息）和ADS-B（自動相關監視）信息。其傳輸需求如下：

①傳輸特征：全天時連續傳輸、傳輸時延小而且相對固定；

②傳輸協議：一、二次雷達監視信息采用HDLC/BSC協議；ADS-B信息采用HDLC/UDP協議；

③ 接口類型: V.24，以太網接口；

④信息速率：一、二次雷達監視信息2.4kbps～64kbps/路，大多數為9.6kbps/路。ADS-B信息64～128kbps/地面站，現階段采用64kbps可滿足要求；

⑤傳輸時延：一、二次雷達監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。

空管非實時業務信息主要包括：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。非實時業務信息傳輸需求如下：

①傳輸特征：對處理時限要求相對較低，具有突發性，多為非連續數據流；

②傳輸協議：TCP/IP；

③接口類型: 以太網接口；

④接口速率：10/100Mbps。

（3）視頻業務

在突發事件發生時，可將空管應急現場視頻圖像上傳至指定管制機構，為領導機關決策指揮提供第一手現場情況。

①傳輸特征：連續傳輸、傳輸時延小且相對固定；

②傳輸協議：TCP/IP；

③接口類型: 以太網接口；

④接口速率：10/100Mbps。

2.空管應急通信保障需求

空管應急通信保障需求主要體現在以下幾個方面。

（1）自成系統、獨立運行，易于快速部署和安裝。

（2）系統健壯性好，當管制中心地面線路遭到破壞后，業務可自動切換至備用路由繼續傳輸。備用路由主要是指衛星、微波和散射等無線通信手段建立的應急鏈路。

（3）隨遇接入能力強，空管應急系統可通過無線、有線等多種通信手段快速接入空管通信網絡，實現與固定管制機構間的信息交互。

（4）業務保障多樣化，可滿足管制中心話音、實時和非實時數據、視頻等業務傳輸需求。

（5）系統具有良好的傳輸性能，在同步數據傳輸方面應滿足低時延和低抖動要求；具有良好的QoS、安全和網絡管理保證。

（6）裝備機動性、便攜性好，功耗低，適于惡劣自然環境應用。

四、機動管制中心系統伴隨通信保障

1.機動管制中心系統建設

“十二五”期間國家在提高各級空管機構“本地備援”能力的同時，高度重視“機動備援”能力的全面提升，計劃建設艦（船）載管制中心系統、車載應急管制中心系統和便攜式應急管制設備。這些機動管制中心系統/設備必須能夠快速與相關的機場/分區/區域管制中心建立通信鏈路，交互必要的空情監視、飛行情報和氣象情報等信息。

2.機動管制中心系統通信需求

機動管制中心系統的工作模式主要包括以下兩種：一種為自主保障方式，不依托事發地既有空管基礎設施，通過配屬的空管監視雷達、通信和電源設施即可實現自主保障。另一種為快速入網保障方式，應急管制中心系統可隨遇接入既有空管通信網絡，與相關管制機構進行信息交互。

機動管制中心系統通信保障需求：具備從軍民航管制中心選擇接收多路雷達信息的能力；具備通過衛星、微波等無線通信手段接入空管通信網，與固定管制機構進行雙向信息交互能力；具備地空和平面語音通信的能力。

五、衛星通信在空管應急保障中的應用

1.空管衛星通信應用

根據空管系統應急通信保障需求，結合衛星通信的技術特點，按照“突出重點、發揮特長，應急接替、確保暢通”的應用思路，為空管業務系統信息可靠傳輸提供保障。

（1）發揮衛星通信的廣播優勢，滿足監視信息、氣象信息和視頻等空管業務信息廣播接收需求。

（2）發揮衛星通信廣域覆蓋、開通便捷等特點，滿足空管地面傳輸鏈路應急備份需求，全面提升網絡的可靠性和穩定性。

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

2.機動管制中心衛星通信手段運用

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

在空管衛星通信網絡規劃建設中，應充分考慮機動管制中心系統的信息傳輸需求和通信保障要求，發揮衛星通信技術優勢，選擇適宜的技術體制、網絡架構以及應用模式，使機動管制中心配套衛星通信裝備可快速入網，快速擔負任務保障。空管應急衛星通信技術體制比較如表1所示。

圖1 機動管制中心系統衛星通信典型應用

表1 空管應急衛星通信技術體制比較

根據表1確定的技術體制，機動管制中心衛星通信的典型應用如圖1所示：

（1）通過單向衛星接收終端自主選擇接收所需雷達監視信息。

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

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

六、建議

由于中國空管應急系統建設起步較晚，體系化保障能力差，因此在空管應急體系建設時，應制度建設先行，手段建設隨后趕上。可重點從以下幾個方面著手，全面提高空管系統的應急保障能力：一要建立健全空管系統應急工作機制，二要推動空管應急裝備體系建設，三要促進空管應急系統技術標準制定，四要加強空管應急系統人才隊伍建設，五要加強第一線機場空管應急手段建設。