民航地空数据链信号传输技术分析

曲春旭 乔惠君

摘 要：当下民航企业不断发展对飞机和地面控制的实时通信提出了新的要求，而民航地空数据链是民航通信的主要内容，要加强飞机和地面控制的通信，就要加强两者的信号传输。低空数据链其本身的可靠性较高，传输速率较快，这种先进的信号传输技术能够切实加强飞机和地面控制之间的联系，文章针对民航地空数据链信号传输技术进行分析，旨在为切实加强我国民航飞机和地面控制之间的通讯水平提供有力参考。

关键词：民航；地空数据链；信号传输技术

中图分类号：V243.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）31-0136-02

Abstract： At present， the continuous development of civil aviation enterprises has posed new requirements for real-time communication between aircraft and ground control， and civil aviation ground-to-air data link is the main content of civil aviation communications. To strengthen the communication between aircraft and ground control， it is necessary to strengthen the signal transmission between the two. The low altitude data link itself has higher reliability and faster transmission rate. This advanced signal transmission technology can effectively strengthen the connection between aircraft and ground control. This paper analyzes the signal transmission technology of civil aviation ground to air data link. The purpose of this paper is to provide a powerful reference for strengthening the communication level between civil aircraft and ground control in our country.

Keywords： civil aviation； ground-to-air data link； signal transmission technology

引言

地空數据链实现了航空器和地面无线电台的有效通信联络，且形成了独特的地空数据链，其以自身的安全性和抗干扰能力在航空航天部门得到广泛应用。地空数据链技术能够建立飞机和地面控制的有效连接，及时安全将飞机和地面的信息进行交换，达到对飞机的实时控制，保障飞行的安全。而对民航地空数据链下的信号传输技术进行分析能够有效的保障民航飞行器飞行的安全，下文对具体的信号传输技术进行分析。

1 关于民航地空数据链系统

当下，民航企业的地空数据链系统主要由机载通信设备、地面通信控制以及地面信息处理组成。其机载通信设备箱地面控制发送飞机的实时数据，而地面控制接收到信息后对信息进行处理再返回给机载通信设备，实现地空的数据交互。利用这种设备能够实现地空之间的信号传输自动化。实际的地空数据链系统当中，地面通信中心将地面的信息及时传送给飞行器，同时地面通信要保证对飞行器传输信息接收正常，地面通信是整个数据链的核心，通信信号的分析、管理和筛选是其工作的重要内容。此外，要保障对飞机实时状态和故障内容的监督，还要依赖地面信息处理完成对飞行器实际数据的解析[1]。

2 民航地空数据链信号传输技术

2.1 信号发射技术

民航的地空数据链系统下的信号发射采用甚高频实现信息的传输。在信号发射当中，地面控制系统以面向传统无线电和字符的模拟方式实现数据的收发，其实际的数据传输效率较高（数据传输速度可达2400bit/s），能够实现高速的数据交互。在地空通信信号的调制和解调上，主要采用最小频移键控制实现无线电信号的调制和解调。地空数据链系统下采用乘性复合调试方式工作，在数字信息的传输上其本身能够实现大范围的覆盖，抗干扰能力强且具有保密性，从而提高了数字信息的传输效率。对信号调制的工作当中，其载体为幅度调制，进行数字调制后再模拟调制。具体的通信协议上，民航地空数据链系统采用载波侦听多址访问协议，在计算机网络当中不同的站点可以决定数据帧的收发工作。实际的工作当中，数据链系统要先检查该通信道路是否被使用，发现通信道路空闲后稍后将确认信息发送。发送端口确定信息传输正常后稍后会进入空闲状态，不影响后续信号的发射传输。

2.2 信道接入技术

在信道接入技术方面，民航地空数据链系统采用时分多址接入、码分多址接入和频分多址接入三种多址分配技术。对于多址分配技术而言，其通过将一条通信线路分割成若干个各自独立的分通信道路，将各个分通信道路和用户的节点相对应。其中频分多址接入技术，其特点在于在频率轴上没有重叠现象；对于时分多址接入技术而言，其主要是从时域上采取通信道路分割的形式获取不同的子信道，其不同的信道之间的时隙也并不相同。在开展通信道理接入工作时，将传送周期划分成不同的时隙，在其中用一个帧开展周期传送[2]。在计算具体的发射延时的时候，要以帧同步到为计时起点的各个网络节点延时计算。要避免延时造成的码元重叠现象产生，就要在帧之间留有足够的时间，以充分的时间保护其稳定运行，杜绝重叠现象的产生。等到节点发射时间后，才能够切实的发射数据包。此外，这种码分多址接入技术主要是利用了伪随机码实现不同信道的区别和划分。在接入新信道的过程当中选择适当的伪随机码，利用一条码作为信道的代表保障工作稳定开展。

2.3 差错控制技术

对于差错控制技术而言，主要是民航对地空数据链系统的信号传输质量以及信号数据传输的准确性有较高的要求，因此需要使用这种差错控制技术控制链路层并纠错。在数据传输工作当中，数据信号的传输需要采用前向纠错以及选择性重传的双重传输方式实现对突发信息以及广播控制消息的具体传输。也就是说，若无法采用数据校验和纠错实现对传输过程当中信号的错误纠正，就要及时发送反馈信息，为重新进行信号发送提供信息通知。在数据集报头的信息传输当中，民航地空数据链系统主要根据子帧的实际类型属性判断信息确认的必要性。若信息需要进行确认，则民航地空数据链系统将信息插入到询问消息当中。当发现需要确认的信息出现丢失或者传输超时、传输错误的现象，民航地空数据链系统将及时再次发送信息，保障信息的稳定性。

2.4 信号监测技术

在民航地空数据链系统的相关管理当中，民航需要对地空数据链发射相应的调制解调信号实现对信号的监测分析，通过对民航地空数据链系统发射调制解调信号从而根据发射信号的频谱图加强对信号频谱特征的分析工作。在日常工作当中，民航地空数据链系统调制信号有非连续性，这种非连续性符合系统的通信协议。但是其不同的时间段的信号电平值有一定差异，因此要根据不同时间段的电平值来判断信号的发射源。此外，民航地空数据链系统发射的数据链信号并不是加密的，可以利用先进的调解调码软件对其进行必要的調制信号分析，从而对民航地空数据链系统的信号发射特点进行分析。对民航地空数据链系统的数据链信号开展监测工作，能切实地获得飞行器航班号、飞行器当前所处位置以及上下行链路判断信息等重要信息。

3 网络通信特性

3.1 地空数据链应用

应用主要由传感器图像显示、控制以及管理组成。传感器图像消息由图像属于以及图像辅助数据组成。图像辅助数据用于对经纬度、时间、显示格式等属性显示。控制主要指对链路的管理，由指令控制系统发出，管理指令由传感器通过RS422口发布，控制和管理质量在消息标准定义后发布。

3.2 地空数据链传输

传输面向连接协议（TCP）和无连接协议（UDP）构成数据传输。TCP包含需要进行数据传输或接收的应用程序，为其提供连接的数据通信。TCP能够保证数据传输准确性和安全性。UDP提供无连接的通信，传输中不确认数据包，因此在数据传输当中应用较少。UDP下数据包发送后无连接需要释放，传输过程无错误控制，数据包及时损坏也不再次传输，执行速度较快但是传输缺乏准确性和可靠性[3]。

3.3 地空数据链网络

通信链路网络层由中心站和相关从站构成单网，各个单网之间通过另外中转平台相连，信息在单网链路跨连接点连通，实现远距离传输。多网结构中，采用网络层以满足互联和分组路由选择需求。

3.4 数据链路层

由上文可知通讯技术分为频分多址接入、时分多址技术、码分多址技术三种。频分多址技术将固定频段分割成相应子频段，每个频段代表单个子信道，每个信道在频率轴不重叠；时分多址技术在时域上划分信道，子信道采用不同时隙，各子信道在时间轴不重叠，在频率轴可重叠其将传送周期分为多时隙，每一传送周期有一帧同步从头开始，将各时隙分到各网络节点使用。每个网络节点以帧同步到达作为起点，计算发射延时，延时至该节点发射时间后发射数据包。要避免不同传输造成的码元重叠，帧之间留有保护时间。码分多址接入其不再频域和时域上划分信道，主要在伪随机码上选择相干特性有良好正交性的伪随机码，利用伪码代表子信道，且这种信道在频域和时域上均可重叠。

对于链路层差错，数据传输准确性的要求使得传输数据及报头消息时根据子帧类型对信息判断，确定消息需要确认则在从站数据上行时间间隙发送，消息超时或者丢失则重新发送。传输中继类信息，主要根据其子帧类型判断，需要确认再采取同样的上行时间间隙发送，发现确认消息传输超时或者传输失败、丢失等现象重新发送报头消息即可。

4 结束语

在民航客机的管理工作当中，地空数据链系统能够保证飞行器的可靠性指挥和安全管理，同时这种技术加强了飞行器和地面控制中心之间的信号传输，使得双方的数据交互工作更准确。通过了解民航地空数据链系统的信号传输技术，能够进一步帮助系统操作人员切实的强化自身对于系统的操作管理能力，通过加强对系统的操作，充分掌握民航飞行器的实际位置和实时信息。文章通过对地空数据链信号传输技术分析，为民航相关事业提供力所能及的帮助。

参考文献：

[1]陆玉伟.地空数据链在民航数据传输中网络通信特性分析[J].数码世界，2017（12）：329.

[2]任婷.关于VHF地空数据链ACARS调制解调算法仿真浅析[J].甘肃科技纵横，2017，46（2）：17-19.

[3]孙宝泉.浅谈空地数据链的发展和应用[J].军民两用技术与产品，2016（12）：69.