数据链通信( Data Link Communications)是用于发送和接收数据信息( digital information)的通信手段。数据链通信与语音通信( Voice Communications)是航空移动通信服务( Aeronautical MobileService)的组成部分。在飞行运行中广泛应用的数据链通信包括∶起飞前放行(PDC)、数字自动航站信息系统(D-ATIS)、通信导航监视/空中交通管理(CNS/ATM)、管制员-飞行员数据链通信(CPDLC)、飞行信息系统/空中交通信息系统(FIS/TIS)、自动相关监视(ADS)等。数据链通信按使用频段不同分为:高频( HF) 数据链、甚高频( VHF) 数据链、 超高频( UHF) 数据链、 L 频段数据链和卫星通信( SATCOM) 数据链,各个频段的数据链使用特点如下:甚高频信号受视距的限制——在3万英尺高度,以VHF为传输媒介的数据链的覆盖范围是以地面通信基站为中心,半径约240海里的区域。但由于其通信质量较好,稳定性高,HF数据链由于它的超视距通信能力,常用于跨极地、越洋飞行,以覆盖卫星、 VHF无法涵盖的区域,虽然速度较慢,但比卫星通信成本更低。战争期间卫星通信系统的易损性和HF传输的机动性使得它仍然是受欢迎的通信系统之一。目前,北极地区HF数据链仍是唯一的数据链通信方法。从1982年始,国际海事卫星组织(Inmarsat)成为全球第一家为海事、陆地移动通信和航空服务的组织,并于九十年代开始为飞机提供语音和数据链服务。Inmarsat通信系统由位于太平洋、印度洋、大西洋东/西部上空的四颗工作卫星及在轨等待随时启用的五颗备用卫星组成,这些卫星位于距离地球赤道上空约四万公里的同步轨道,一家位于英国伦敦的运营商提供对所有Inmarsat卫星的系统维护和运行操作。SATCOM为航空用户提供远距离数据链和语音通信,系统由卫星中继站、飞机机载通信设备和地面通信基站(包括卫星控制中心、遥测、跟踪和指挥站及网络运营中心)组成。与VHF通信相比,卫星通信延迟时间较长,机载设备昂贵, 通信费用更是VHF的10倍之多。目前装有SATCOM系统的飞机都有VHF系统,且都能自动转换,当无法接收VHF信号时,根据公司管理政策,系统会适时转换到卫星数据链。
数据链通信按信息传输对象的位置分为:空空数据链( 又称机间数据链) 、 空地数据链、 和地地数据链。其中空地数据链系统将飞机位置, 飞行状态等各种信息传送给地面设备和人员, 实现空中与地面之间的双向信息交换。应答机固有的基本A模式和具有高度报告的C模式是飞机常用的两种模式,简单易用,只能回答飞机的代号、气压高度,可交换信息有限。S模式是一种新兴的离散选址模式,与传统的A/C模式兼容,它是一种可以进行数据链传输的模式, ICAO已承认其成为标准的数据链规范并将其纳入新一代航空通信网络的范畴。如果硬件与软件支持,飞机和地面间即可通过S模式数据链传输飞机的航班号、空速、地速、航向、高度以及GPS位置等信息。
目前S模式数据链已可应用在广播式自动相关监视(ADS-B)中以及新一代空中交通防撞系统(TCAS)等领域,为飞机空中安全间隔和空域容量以及运行安全带来了革命性的变化。受二次雷达天线一般为机械旋转扫描的影响, S模式数据链传输速率被限制在200bits/s,目前还没有看到应用在ACARS领域的必要和前景。但从长远来看,通过对天线的改进,模式S是唯一可能提供每秒兆字节数据传输速率的空地数据链技术。
数据链系统通过通信子网(communication subnetworks)发送数据。数据链子网(Data Link Subnework)包括:VDL Mode 0/A (ACARS)、VDL Mode 2、Satellites、High Frequency Data Link (HFDL)。尽管大多数飞机具备接入甚高频(VHF)数据链(VDL)的能力,但不代表其具有接入卫星数据链和/或高频数据链(HFDL)的能力。空中交通服务(ATS)使用的典型数据链系统包括:FANS 1/A(+)、ATN Baseline1 (B1)、ATNBaseline2 (B2)、ACARS ATS。FANS Future Air Navigation System 新航行系统:波音公司(Boeing)基于 ARINC 622 协议的二进制字符为基础,开发了 FANS 1 系统,形成 DO-219 标准和 ARINC 745 协议。随后,空客公司(Airbus)开发了 FANS A 系统。这两种系统统称为 FANS 1/A。FANS 1/A 基于 ACARS,通过 FANS 1/A 机载设备与 FANS 1/A 地面终端系统为飞行机组和管制员提供直接数据链通信。FANS 可通过不同子网传输报文,可使用的子网由机载设备、传输介质配置与管理、以及子网的可用性决定。注:ATN 是一种实现地面、空地、机载设备数据子网相互交换数字化数据的互联网络架构,以保障空中航行安全与正常、高效、经济的空中交通服务,ATN Baseline1 (B1)、ATNBaseline2 (B2)是在不同标准底下定义的ATN数据链系统。VDL Mode 2 子网支持 ATN 应用与 ACARS 应用,VDL Mode 0/A 子网、Satellite 子网和 HFDL 子网仅支持 ACARS 应用。CPDLC、ADS-C 应用可基于 FANS 1/A(+)系统或 ATN 系统实现。其中基于 FANS 1/A(+)系统的服务使用 ACARS 网络,基于 ATN 系统的服务使用 ATN 网络。ACARS 网络与 ATN 网络互不兼容。
三、典型的一些数据链应用
ADS-C Automatic Dependent Surveillance-Contract 合同式自动相关监视,ADS-C 自动将监视信息(位置等飞行数据)下发至管制单位的系统。
CPDLC Controller Pilot Data Link Communication 管制员飞行机组数据链通信,CPDLC 是使用数据链通信方式实现的管制员和飞行机组之间的空管通信(ATC Communications)手段。
飞机下发至 ATSU 的报文可遵循标准格式或可为自由文本(freetext)。管制员发送的报文一般遵循标准格式并通常需要飞行机组做出回应。
PDC Pre-Departure Clearance 起飞前放行,PDC 是一种基于订阅方式的服务,可在滑行前高效提供文本形式的电子离场放行许可。管制放行许可通过数据链通信方式发送给订阅者的签派或运控中心,随后该放行许可经由互联网、登机口、航空公司运控终端、FBO(Fixed-Base Operator, 固定基地运营人)终端或 ACARS 传递给飞行机组。
TDLS Tower Data Link System 塔台数据链系统,TDLS 自动将塔台生成的信息通过数据链通信传送给飞机。TDLS 系统可为 CPDLC-DCL 和 PDC 提供链路。