未来空中航行系统FANS的推行研究

戴斐

摘 要：随着我国航空业快速发展，带来东部飞行区流量饱和通信资源紧张，西部飞行区大面积无人区，地空通信设备保障不足等问题，现有的监视通信技术效率低，需要采用数据链技术提升空管工作效率。针对国外欧美两大数据链的发展方向进行研究，结合我国数据链的发展情况，提出FANS推行研究重点和路线。

关键词：FANS LINK2000 ACARS

中图分类号：V355 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）04（b）-0103-03

我国航空运输总周转量已位居世界第二位，东部飞行繁忙地区流量日渐饱和，有限地空通信频率资源和飞行量的矛盾日益突出；西部地区飞行航行大多在高原和荒漠地区，陆基监视通信设施保障严重不足，迫切需要新一代空中交通管理系统提升管制服务安全、效率和空域利用率，以及降低管制人员工作负荷。

未来空中航行系统（Future Air Navigation System）通过空地数据链系统为空中交通管理（ATC）提供数字化管制服务，是ATC发展的重要战略要素，能够大幅减少管制员与飞行员的通信时间，改善管制服务频率拥堵状况，优化由于天气原因和航路拥挤导致飞行计划航路变更的管制复杂性，增加机组对于航路阶段管制服务请求的灵活性和适应性。

1 FANS系统基本情况

欧洲EUROCONTROL和美国FAA从上世纪90年代启动FANS技术研究，至今已确定了FANS技术发展路线图，主要分为4个阶段。

（1）预FANS阶段：基于传统的ATC管理方式，采用ACARS、传统导航、应答机和语音通信，实现基本的ADS-C功能。

（2）FANS 1A/1A+：通过利用卫星以及ACARS数据链实现洋区和偏远地区提供更新率较低的数据通信服务，缓解了传统无法通过语音通信或雷达监视而依赖于惯性导航、程序指挥的问题，一定程度上缩短了飞行间隔提高了效率。

（3）FAN 2B：通过地面或卫星通信系统采用LINK200+数据链，将管制指令发送到机载计算机，从硬件角度对设备进行了升级，机载设备以及数据链技术支持更高级的数据链通信。

（4）FAN 3C：通过更新更高效的数据链通信技术提高空域效率、减少安全错漏。

2 国外发展情况

EUROCONTROL和FAA除了在洋区和荒漠地区等飞行流量较少的空域开展FANS1/A技术的ATC服务外，在欧洲和美国飞行流量密集空域开展FANS2/B和FANS1/A+技术研究，现已验证时效性低的管制战略指令。

欧洲从2012年启动陆地飞行流量密集空域基于FANS2/B的CPDLC（Controller Pilot data Link Communications，管制员飞行员数据链通信）服务，采用Link2000+技术实现欧洲全部大陆空域的数字化管制服务，减少高空巡航空域中空管话音通信的75%的工作载荷。现阶段基于CPDLC执行管制服务包括麦克风检查、SSR代码变更、通话确认、频率变更、直飞航路点、飞行高度变更等。

美国已在2016年完成56个塔台基于FANS 1/A+的DCL（起飞前放行服务）系统部署。鉴于显著的管制服务效率、安全和经济回报，FAA加速完成了1700架航空器DCL服务应用验证工作。

现阶段美国和欧洲采用不同技术主要基于两个原因：

（1）欧洲起步较早，欧盟境内基于Link2000+组成的地空数据链网络已较为成熟，具备了推进到FANS 2B的条件；

（2）美国起步较晚，考虑到未来在最终要实现FANS 3C，为避免在FANS 2B阶段耗费大量资金和时间，美国通过对机载计算机软件进行升级，优化ACARS数据链在功能上基本能够与FANS 2B一致，仅在效能上有所区别。

圖1所示为FANS 1/A+和2B的效能区别，“爬升到[level]”+“THEN”+“保持[level]”这样一段管制指令，通过Link2000+数据链实现的FANS2B在机载计算机中可以直接显示成一条CPDLC指令，而基于ACARS数据链的FANS 1/A+必须分开三段显示，在效能上FANS 1/A+略逊于FANS 2B。

3 FANS推行路线和重点

根据我国ASBU中对FANS技术发展规划：

组块0阶段（2018年前）充分利用现有ACARS和ATN OSI地空数据通信技术基于“全球数据链运行文件（GOLD）”发展FANS CPDLC和ADS-C管制服务；

组块1阶段（2023年前）应用基于ATNBaseline2（ATN OSI向ATNIPS过渡）的FANS CPDLC和ADS-C管制服务；

组块2阶段（2028年前）完成完整航路阶段FANS业务应用，实现在大陆地区、洋区和偏远地区基于地空数据链通信技术的FANS管制服务；

组块3阶段（2028年后）应用基于ATNBaseline2（ATNIPS）的4D航迹应用，基于地空数据链的FANS应用将作为管制运行的主要方式，现有管制语音通信将用于紧急情况。

目前我国航路管制服务还依赖空管话音指挥，只有L888航路、洋区和荒漠地区采用的FANS1/A管制服务；在密集航路空域尚未开展任何FANS技术管制服务的研究。基于对国外发展情况的研究以及我国情况，对于FANS的技术推进应分步骤实施：

3.1 中国东、南海洋区飞行空域的FANS1/A技术评估验证

在东、南海洋区空域推广基于FANS1/A技术的管制服务，以提高空中交通效率，具体优化指标如表1所示。目前支持50/50间隔的飞行情报区包括：中国L888、美国Oakland、新西兰Auckland、日本福冈、塔希提岛、孟加拉湾、布里斯班、北大西洋等。

ACARS地面站或卫星均可作为FANS1/A技术的空地数据链通信手段。从经济角度考虑，基于ACARS地面站的通信成本较卫星通信更低，通信延迟更小。

ACARS地面站部署基本覆盖我国高空空域主要航路，在这些空域可基于ACARS地面站覆盖进行FANS1/A服务，而洋区空域需要基于卫星通信实现FANS1/A服务。在运行规范方面，可结合实际空域航路规划和航班流量，参照L888航路运行规范和经验执行。

3.2 中国飞行流量密集空域的FANS技术研究

对于密集航路区域开展FANS1/A+和FANS2/B技术研究，基于空地数据链VDLM2基站。2017年底中国民航VDLM2基站基本覆盖东中部地区主要航路区域（6600米以上），开展陆地密集航路空域的FANS1/A+和FANS2/B技术研究的硬件基础较为成熟。

3.2.1 FANS2/B技术研究

按照EUROCONTROL发布的要求，2018年任何飞往欧洲高空空域（FL285以上）的航空器均要全面升级支持Link2000+服务能力，我国飞欧洲航班需要尽快升级支持Link2000+技术要求，飞行员需要尽快进行Link2000+运行规范培训和演练。

FANS2/B管制服务验证平台建设如图2所示，基于VDLM2基站开展机载能力验证和运行规范演练培训管制服务验证。所涉及到的系统有：VDLM2地面基站、空/地和地/地路由器、数据链前端处理服务器（DL-FEP）、飞行数据处理单元。其中VDLM2地面基站按照功能模块分解包括VDLM2地面电台、VDLM2接口模块、VDLM2地面基站软件模块、以及配套系统如GPS等。空/地和地/地路由器主要涉及ATN/OSI的传输层TP4协议，隶属于ATN中的中间系统（IS），可参见标准DOC9705、DOC9880。

3.2.2 FANS1/A+技术研究

参考FANS1/A+技术对地面ACARS基站向VDLM2基站升级，提升空地数据链通信传输质量和速度，满足陆地航路空域的FANS管制服务。

FANS1/A+技术最大的优势在于，符合FANS1/A技术标准的机载设备和地面管制工作站系统，可以通过软件协议升级实现对于FANS1/A+技术标准的适配。我国航空公司基本双通道航空器均支持FANS1/A服务能力，我国主要区管中心的自动化系统均具备FANS1/A管制服务能力，通过研发FANS协议融合服务单元，实现ED-122/DO-306向ED-154/DO-305协议的无缝转换，使區管中心自动化系统适应FANS1/A+技术标准，系统结构如图3所示。

4 结语

虽然我国FANS系统的发展落后于欧美，但通过吸取发达国家发展中遇到的问题和经验，经严谨测试和合理规划发掘出更适合我国FANS推进步骤，逐步推进数据链通信由场面到终端区，进而覆盖全阶段航班运行服务，最终FANS系统将会实现不通过语音通信实现更多先进未来航行系统能力，例如起飞、到达、近进和巡航阶段先进间隔管理，成对航迹先进间隔管理，数字化滑行引导等。

参考文献

[1] FAA.TCAS OPERATIONAL PERFORMANCE ASSESSMENT[EB/OL].www.tcasreport.com/.

[2] ICAO.Global Operational Data Link Document[Z].2013.

[3] Eurocontrol.Link200+ library[EB/OL].http：//www.eurocontrol.int/articles/link-2000-library.

[4] Eurocontrol.CPDLC[EB/OL].https：//www.eurocontrol.int/faqs/cpdlc.