空管应急系统通信保障问题研究

+ 郭福来 空军装备研究院某研究所

一、概述

空中交通管制系统（ATC），由各级管制机构和空管自动化系统组成，主要承担管制指挥、空域运行管理、飞行流量管理和低空飞行服务等指挥协调任务，在保障民航生产运行、军航作战训练的安全飞行中发挥了重要作用。

在重大自然灾害和突发事件发生时，空中飞行流量将急剧攀升，空管系统在保障军航正常战备值班、民航航班飞行的同时，还需要承担抢险救灾所需的首长专机飞行，救灾人员、物资集结，空中输送、空投空降，灾区上空任务飞行等高强度管制任务保障。2008年汶川地震发生时，从5月12日至6月12日，空管系统在四川灾区实施了新中国成立以来最大规模的航空管制，保障抗震救灾飞行6600余架次，开辟了一条条“空中生命线”和“空中绿色通道”。地震发生后，在成都地区先后集结了空军、陆航、成都军区和民航的200多架各型飞机，多种任务同时集中在4万平方千米的管制空域内，每天的飞行流量是平时的几十倍。仅5月14日当天，空管系统就保障38架各型运输机、直升机飞行134架次，将救灾部队从各个战区空运至灾区，首次实现了我军历史上的万人空中大投送。

二、国内外空管系统应急现状

按照国际惯例，空管应急处置主要包括本地备援、异地备援和移动备援三种模式，其中：

本地备援：是在一个管制机构同时部署2套ATC自动化系统，互为主备用工作，即一套故障之后，另一套应急接替；

异地备援：是不同管制机构之间的异地备份和支援，即A区域管制机构失效后，由临近的B区域管制机构应急接替；

移动备援：是通过机动式管制系统或便携式管制设备对固定管制机构进行应急接替和支援。一方面可应急接替失效的固定管制机构；另一方面作为固定管制机构的派出机构,承担应急管制任务。

1.国外空管系统应急现状

美国空域广阔，各级管制机构数量庞大，技术设备先进，又在美国联邦航空管理局FAA）统一管理下，有共同的管制作业标准，且不同管制机构的系统组成、功能、互联接口和协议标准基本上一致，因此当某一管制机构失效时，很容易被临近的管制机构接替。在1997年FAA发布的《空中交通服务应急处置计划》中，美国空管应急处置策略主要为“异地备援”方式。

欧洲国家众多，空域狭小，空域与空域之间的重叠现象比较常见，空管单位数量少，一个管制机构需要管理两到三个小国家，且各国管制体制和方式不尽相同，典型的“麻雀随小，五脏俱全”。因此1997年欧洲空管安全组织（EUROCONTROL）发布了《空中交通服务应急处置原则》，确定空管应急的处置策略 “以本地备援为主，异地备援为辅”。

日本空域较广，管制机构众多，容量大的机场间距离近，地面交通发达，其空管应急处置策略与美国一致，重于“异地备援”。但由于日本深受地震、台风袭扰，“本地备援”理念也根深蒂固，备份空管系统建设十分完善，基本上每个管制机构都是双系统互为热备份运行。近年来，在“移动备援”空管系统开发研究及使用方面，日本也在国际上处于领先地位。因此日本采用“本地备援、异地备援和移动备援并重”的策略。

2.国内空管系统应急现状

我国空管应急系统建设与国外发达国家相比存在较大差距，即使与国内电信、电力、铁路等其他部门相比也差距明显。在大多数军航管制中心，目前只建设一套管制自动化系统，缺少备用和应急系统。仅通过采用有线和无线通信手段互为备份，配置必要的机动式地空通信装备和便携式通信导航设备等方式来提高军航应急保障能力；民航管制中心普遍采用“本地备援”的应急策略，建设了主用系统和应急系统，但两套系统多同址部署，在遇到地震、火灾等重大自然灾害时，经常共同毁损，因此在应对重大自然灾害时应急处置能力较弱。

下面通过“5.12”地震西南空管局12日至14日间应急保障情况来具体了解一下目前中国空管应急处置的水平和现状。

5月12日14:28，地震发生后双流机场雷达故障、部分管制设备故障，西南空管局启动应急预案，航班备降重庆、西安民航机场和临近空军机场，全天双流169个进港航班和108个出港航班受到影响。15:00，西南空管局开始架设应急指挥中心，利用三部电台搭建了临时塔台、区调。20:00，应急空管设备开始运行，成都双流机场和成都空域重新开放，由震前的雷达管制改为程序管制。

5月13日零时27分，民航二所送来了急需的VHF电台；零时38分，川大智胜公司技术人员赶到现场架设应急自动化系统；4时08分，飞行学院新津分院、广汉分院送来两套贝克电台和三个OTE单机。

5月14日2时，区调、进近管制室恢复运行。14时，老航管楼塔台重新恢复，管制员从停机坪的塔台车移到室内值班。

看过以上统计数据，有人会问，为什么像双流这种国内大型机场，在地震发生时还需要从附近研究所和飞行学院临时抽调电台支援？地空通信电台是管制指挥的重要手段，平时就应在机场和空管局储备充足的备件以备不急之需，而不是震后从其他地区紧急调拨。由此可以看出，中国在空管应急系统建设方面才刚刚起步，还有很大的建设和发展空间。

三、空管应急系统通信保障需求

1.空管业务信息传输需求

空管业务信息主要包括语音、数据和视频等业务。

（1）语音业务

语音业务主要包括管制移交电话和地空话音业务，其中管制移交电话主要使用地面程控电话以及卫星电话资源，用于管制员之间管制指挥权移交的语音通信保障；地空话音业务主要使用超短波地空通信电台，用于管制员对空实施管制指挥语音通信保障，可通过地网通信网络将分散部署的超短波电台联网，以实现电台资源的共享利用。

（2）数据业务

根据空管业务系统对信息传输、处理时限要求的不同，空管数据业务信息可分为“空管实时业务信息”和“空管非实时业务信息”两类。

空管实时业务信息包括雷达情报（一、二次雷达监视信息）和ADS-B（自动相关监视）信息。其传输需求如下：

①传输特征：全天时连续传输、传输时延小而且相对固定；

②传输协议：一、二次雷达监视信息采用HDLC/BSC协议；ADS-B信息采用HDLC/UDP协议；

③ 接口类型: V.24，以太网接口；

④信息速率：一、二次雷达监视信息2.4kbps～64kbps/路，大多数为9.6kbps/路。ADS-B信息64～128kbps/地面站，现阶段采用64kbps可满足要求；

⑤传输时延：一、二次雷达监视信息传输时延要求小于3秒。ADS-B信息传输时延要求小于1秒。

空管非实时业务信息主要包括：飞行情报、航行情报、气象情报、对空射击管理信息、飞行流量管理信息、空域运行管理信息等，对信息的传输时延要求不高。非实时业务信息传输需求如下：

①传输特征：对处理时限要求相对较低，具有突发性，多为非连续数据流；

②传输协议：TCP/IP；

③接口类型: 以太网接口；

④接口速率：10/100Mbps。

（3）视频业务

在突发事件发生时，可将空管应急现场视频图像上传至指定管制机构，为领导机关决策指挥提供第一手现场情况。

①传输特征：连续传输、传输时延小且相对固定；

②传输协议：TCP/IP；

③接口类型: 以太网接口；

④接口速率：10/100Mbps。

2.空管应急通信保障需求

空管应急通信保障需求主要体现在以下几个方面。

（1）自成系统、独立运行，易于快速部署和安装。

（2）系统健壮性好，当管制中心地面线路遭到破坏后，业务可自动切换至备用路由继续传输。备用路由主要是指卫星、微波和散射等无线通信手段建立的应急链路。

（3）随遇接入能力强，空管应急系统可通过无线、有线等多种通信手段快速接入空管通信网络，实现与固定管制机构间的信息交互。

（4）业务保障多样化，可满足管制中心话音、实时和非实时数据、视频等业务传输需求。

（5）系统具有良好的传输性能，在同步数据传输方面应满足低时延和低抖动要求；具有良好的QoS、安全和网络管理保证。

（6）装备机动性、便携性好，功耗低，适于恶劣自然环境应用。

四、机动管制中心系统伴随通信保障

1.机动管制中心系统建设

“十二五”期间国家在提高各级空管机构“本地备援”能力的同时，高度重视“机动备援”能力的全面提升，计划建设舰（船）载管制中心系统、车载应急管制中心系统和便携式应急管制设备。这些机动管制中心系统/设备必须能够快速与相关的机场/分区/区域管制中心建立通信链路，交互必要的空情监视、飞行情报和气象情报等信息。

2.机动管制中心系统通信需求

机动管制中心系统的工作模式主要包括以下两种：一种为自主保障方式，不依托事发地既有空管基础设施，通过配属的空管监视雷达、通信和电源设施即可实现自主保障。另一种为快速入网保障方式，应急管制中心系统可随遇接入既有空管通信网络，与相关管制机构进行信息交互。

机动管制中心系统通信保障需求：具备从军民航管制中心选择接收多路雷达信息的能力；具备通过卫星、微波等无线通信手段接入空管通信网，与固定管制机构进行双向信息交互能力；具备地空和平面语音通信的能力。

五、卫星通信在空管应急保障中的应用

1.空管卫星通信应用

根据空管系统应急通信保障需求，结合卫星通信的技术特点，按照“突出重点、发挥特长，应急接替、确保畅通”的应用思路，为空管业务系统信息可靠传输提供保障。

（1）发挥卫星通信的广播优势，满足监视信息、气象信息和视频等空管业务信息广播接收需求。

（2）发挥卫星通信广域覆盖、开通便捷等特点，满足空管地面传输链路应急备份需求，全面提升网络的可靠性和稳定性。

（3）发挥卫星通信建链迅速、受地理环境条件限制小等特点，实现无地面通信依托情况下的自主通信，满足机动式管制中心系统伴随通信保障的需求。

2.机动管制中心卫星通信手段运用

机动管制中心应急通信保障应以卫星通信手段为主，一方面通过研制多种机动方式的卫星通信装备接入既有空管卫星通信网，为机动管制中心系统提供伴随通信保障，满足语音、空情监视和飞行情报等业务传输需求；另一方面针对海事卫星、铱星等民用通信系统的空管应用展开研究。形成多手段互备的管制中心卫星通信保障格局，提高在多种应用背景下的空管应急通信快速响应能力。

在空管卫星通信网络规划建设中，应充分考虑机动管制中心系统的信息传输需求和通信保障要求，发挥卫星通信技术优势，选择适宜的技术体制、网络架构以及应用模式，使机动管制中心配套卫星通信装备可快速入网，快速担负任务保障。空管应急卫星通信技术体制比较如表1所示。

图1 机动管制中心系统卫星通信典型应用

表1 空管应急卫星通信技术体制比较

根据表1确定的技术体制，机动管制中心卫星通信的典型应用如图1所示：

（1）通过单向卫星接收终端自主选择接收所需雷达监视信息。

（2）通过FDMA终端快速建立与相关固定管制中心的点到点卫星专线，实现报文、语音等信息的双向交互。

（3）根据舰载和车载管制中心卫星天线和功放配置余量大等特点，可增配MF-TDMA卫星设备，以提高点到多点通信能力。

六、建议

由于中国空管应急系统建设起步较晚，体系化保障能力差，因此在空管应急体系建设时，应制度建设先行，手段建设随后赶上。可重点从以下几个方面着手，全面提高空管系统的应急保障能力：一要建立健全空管系统应急工作机制，二要推动空管应急装备体系建设，三要促进空管应急系统技术标准制定，四要加强空管应急系统人才队伍建设，五要加强第一线机场空管应急手段建设。