通用航空器加裝ATG空地寬帶通信機(jī)載系統(tǒng)及其小型化研究

摘要：中國民用航空飛行學(xué)院一直致力于民航空地?zé)o線寬帶通信技術(shù)的驗(yàn)證及應(yīng)用。本文對CE525飛機(jī)和新舟600飛機(jī)兩種機(jī)型加裝ATG系統(tǒng)及其小型化進(jìn)行研究，為通用航空器加改裝及航電產(chǎn)品研發(fā)提供有益的參考。

關(guān)鍵詞：通用航空;空地?zé)o線寬帶;ATG加裝;小型化

中圖分類號：TN919.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）07-0113-02

1 簡介

民航空地?zé)o線寬帶通信技術(shù)（以下簡稱ATG，Air to Ground）已經(jīng)日趨成熟。ATG系統(tǒng)使用沿飛行航路或指定空域架設(shè)的地面基站與航空器之間收發(fā)無線電信號，提供連續(xù)不斷的寬帶數(shù)據(jù)通信服務(wù)，打破了空中信息孤島。ATG系統(tǒng)最早于2012年在中國民用航空飛行學(xué)院（以下簡稱中飛院）CE525飛機(jī)上完成適航取證并試驗(yàn)運(yùn)行。本文介紹并分析了在中飛院兩種機(jī)型上加裝ATG系統(tǒng)的案例和設(shè)計(jì)，提出了通航航電產(chǎn)品研發(fā)需要充分考慮加裝和小型化的實(shí)際要求，為通用航空器加裝ATG系統(tǒng)和航電產(chǎn)品研發(fā)提供有益參考。

2 加裝ATG系統(tǒng)案例分析

ATG技術(shù)目前在運(yùn)輸航空和通用航空均有應(yīng)用。大型航空器上采用的完整構(gòu)型是：ATG收發(fā)機(jī)及機(jī)架，機(jī)載服務(wù)器及機(jī)架，機(jī)載無線AP，雙LTE下天線、GPS天線等。在通航小型航空器上加裝時(shí)采用簡單構(gòu)型，包括ATG收發(fā)機(jī)及機(jī)架、單LTE天線即可。HA100RN系列ATG收發(fā)機(jī)提供了GPS、LTE、WIFI天線接口，以及ARINC429數(shù)據(jù)接口、以太網(wǎng)口和RS232串口等豐富接口。

2.1 CE525飛機(jī)加裝ATG

CE525飛機(jī)客艙空間緊湊，使用ATG收發(fā)機(jī)的直連WIFI即可覆蓋，系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。加裝中特意將ATG收發(fā)機(jī)安裝在緊靠座艙后部原UAT收發(fā)機(jī)位置處，將原UAT下天線的接口從UAT收發(fā)機(jī)上脫開，就近接入ATG收發(fā)機(jī)。同時(shí)對UAT收發(fā)機(jī)進(jìn)行編程，將配置從雙天線改成單天線即可正常工作。ATG連接GPS天線，是通過分路器接入U(xiǎn)AT系統(tǒng)的現(xiàn)有GPS天線上。

該加裝設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是，合理利用了現(xiàn)有機(jī)載天線資源，避免在增壓艙上施工來加裝新的天線，在未實(shí)施ATG運(yùn)行時(shí)可以恢復(fù)回原構(gòu)型。此外，2020年之后學(xué)院將不再運(yùn)行UAT ADS-B系統(tǒng)（按局方要求統(tǒng)一改裝到1090ES ADS-B系統(tǒng)），屆時(shí)下天線和GPS天線均可以固定分配給ATG系統(tǒng)使用。

2.2 新舟600飛機(jī)加裝ATG

為探索解決馬航MH370失聯(lián)所揭示的運(yùn)輸機(jī)連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)控問題，中飛院提出在新舟600飛機(jī)上基于ATG技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)研究，目前已經(jīng)初步完成功能聯(lián)試和加裝設(shè)計(jì)。新舟600飛機(jī)是超過三十座的支線運(yùn)輸機(jī)，需要安裝無線AP以提供艙內(nèi)WIFI覆蓋，其加裝設(shè)計(jì)如圖2所示。完整構(gòu)型有利于新舟600飛機(jī)作為ATG應(yīng)用展示平臺發(fā)揮全部性能。

進(jìn)行加裝設(shè)計(jì)時(shí)遇到一個(gè)問題，由于ATG收發(fā)機(jī)和服務(wù)器均為尺寸較大的6MCU設(shè)備，無法裝入新舟600飛機(jī)駕駛艙電子設(shè)備架。并且考慮到安裝空間和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度受限，也無法安裝到座椅上方行李架和地板下設(shè)備艙中。為此筆者提出兩種思路，一種是將ATG設(shè)備裝在前艙行李間內(nèi)，可以解決安裝空間的問題，但缺點(diǎn)是需要特制安裝臺，同時(shí)也占用了行李間的儲(chǔ)物空間。另一種思路，是結(jié)合2020年停用并拆除UAT系統(tǒng)的契機(jī)，騰出電子設(shè)備架上的原UAT位置來安裝ATG收發(fā)機(jī)。設(shè)想如果ATG系統(tǒng)各組件的重量、體積均能減小一半，那么確定安裝位置和開展后續(xù)設(shè)計(jì)就會(huì)容易許多。

3 小型化系統(tǒng)需求

上述案例中加裝ATG系統(tǒng)所遇到的設(shè)備較大而確定安裝位置較難的問題，需要航電廠商在設(shè)計(jì)之初就要針對性考慮系統(tǒng)組件的小型化問題。作為比較和借鑒，下面列出了Garmin公司的幾種UAT ADS-B產(chǎn)品進(jìn)行比較，如表1所示。

從表中可以看到，早期的GDL90型UAT已經(jīng)是小型化設(shè)備，但Garmin公司之后推出的新型號產(chǎn)品還在盡量縮減體積和重量，且產(chǎn)品功能還在增加。當(dāng)前ATG系統(tǒng)優(yōu)先考慮保證運(yùn)輸航使用中的通信性能和電磁兼容性，所以尺寸和重量都偏大，還有進(jìn)一步小型化改進(jìn)的空間。

除了設(shè)備本身需要小型化設(shè)計(jì)外，加改裝工作還會(huì)遇到安裝、結(jié)構(gòu)、供電、重量平衡等各方面問題，建議國內(nèi)航電廠商也應(yīng)提前將有利于加改裝設(shè)計(jì)和實(shí)施的要求融入設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，以降低最終產(chǎn)品的加裝難度，提升航電產(chǎn)品競爭力。

4 結(jié)語

目前在空地寬帶通信技術(shù)研究方面，衛(wèi)星寬帶通信技術(shù)和ATG技術(shù)呈現(xiàn)一定競爭態(tài)勢，也有研究提出可以融合兩種通信技術(shù)來兼顧航空器在遠(yuǎn)洋和陸地運(yùn)行的應(yīng)用場景。但是筆者認(rèn)為，ATG技術(shù)在通航領(lǐng)域更有發(fā)展優(yōu)勢，有以下分析：（1）小型化的ATG加裝成本和服務(wù)費(fèi)用更低，形成規(guī)模會(huì)更快。（2）我國通航運(yùn)行均位于大陸地區(qū)，地面基站配套較好解決。（3）ATG的帶寬還會(huì)隨著移動(dòng)通信技術(shù)的演進(jìn)而大幅度提升，更能滿足將來通航用戶對于運(yùn)行大數(shù)據(jù)和智能應(yīng)用的需求。（4）美國通過推行NextGen體系保持全球航電產(chǎn)品領(lǐng)導(dǎo)地位，我國基于ATG技術(shù)是有可能研發(fā)出可替代、更具競爭力的航電系統(tǒng)。

綜上所述，ATG技術(shù)在通用航空領(lǐng)域擁有非常好的發(fā)展前景，也有中飛院在通用航空器加裝方面取得的經(jīng)驗(yàn)，下一步很有必要繼續(xù)優(yōu)化研發(fā)適用于通用航空器加裝的ATG機(jī)載系統(tǒng)，為我國通航提升新航行技術(shù)應(yīng)用水平打好基礎(chǔ)。

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