1、美国和欧洲新一代民航运输系统研究综述1编号 南京航空航天大学毕 业 论 文题 目 美国和欧洲新一代民航运输系统研究综述学生姓名学 号学 院 民航（飞行）学院专 业 空中交通管理与签派班 级指导教师 （讲师）年 月美国和欧洲新一代民航运输系统研究综述2美国和欧洲新一代民用航空运输系统综述目录摘要 .4Abstract .6第一章、序言 .71.1 新航行系统的产生 .71.2 新航行系统的组成 .81.3 新航行系统的特点 .91.4 美国和欧洲的新航行系统的异同点 .10第二章、通信系统 .132.1 甚高频（VHF）和 高频 HF 语音/数据通信 .132.2 航空移动卫星服务（AMSS）语
2、音/数据通信 .142.3 二次雷达 SSR/S 模式数据链 .152.4 航空电信网（ATN） .15第三章：导航系统 .173.1 所需导航性能和区域导航 RNP/RNAV.173.1.1RNAV 的产生和陆基 RNAV 的应用 .183.1.2 星基 RNAV 的应用 .183.2 全球卫星导航系统 GNSS/DGNSS.223.22 卫星导航的增强应用 .233.3 惯性导航系统 INS/IRS.253.4 微波着陆系统（MLS） .25第四章:监视系统 .264.1 自动相关监视系统（ADS） .264.1.1 自动相关监视系统介绍 .264.1.2 ADS-B 新技术 .28(2)
3、ADS-B 的 原 理 .28(3)ADS-B 技 术 应 用 .294.2 二次雷达（SSR） A/C 模式，S 模式。 .304.3 所需监视性能（RSP） .32第五章：空中交通管理系统 .325.1 空域管理（ASM） .325.2 空中交通服务系统 ATS.335.3 空中交通流量管理 ATFM .335.4 所需空中交管理性能（RATMP） .34参考文献 .35谢词 .37美国和欧洲新一代民航运输系统研究综述3美国和欧洲新一代民用航空运输系统综述摘要新航行系统由通讯(C)、导航（N） 、监视(S)和空中交通管理（ATM）四部分组成。通讯、导航和监视是基础设施，和空中交通管理师管理
4、体制、配套设施及其应用软件的组合。新航行系统是一个以星基为主的全球通讯、导航、监视加上自动化的空中交通管理系统。从新技术利用上来说，主要是卫星技术+计算机网路技术+数据链技术的应用，系统的关键问题是卫星应用问题，ATM 的关键问题是数据化、计算机处理机联网问题。通讯系统，对于通讯系统，最关键的在于数据的双向传输，尤其是飞机与地面的通信。传输途经有：航空移动卫星系统（AMSS） 、VHF 话音/数据链通讯、二次雷达 S 模式数据链通讯、HF 话音/数据链通讯。导航系统，逐步引入区域导航能力的（RNAV） ，并使其符合所需导航性能（RNP）标准。采用全球导航卫星系统（GNSS）来提供覆盖，并用于飞
5、机航路导航和进离场、进近着落。监视系统，二次雷达保留使用，尤其在交通密度区域内；在其他区域，特别是在海洋空域和边远陆地区域内，将采用自动相关监视。空中交通管理系统，空中交通管理系统是新航行系统的一个重要组成部分，是构筑在通讯、导航和监视系统之上的管理系统，是配合设施及其应用软件的组合。 总之，新航行系统将对全球航空运输的安全性、有效性、灵活性带来巨大的变革，新航行系统使民用航空进入了行动发展时代。关键字:通讯，导航，监视，空中交通管理美国和欧洲新一代民航运输系统研究综述4The new generation of clvil aviation transport 0f Europe and A
6、mericanAbstractThe new navigation system consisted by communication (C), navigation (N), surveillance (S) and air traffic management (ATM) four parts. It is made of Communications, navigation and monitoring which are basic facilities, the air traffic management division management system, supporting
7、 facilities and its application software .The new navigation system is to a star and giving priority to global communications, navigation, surveillance and automation of air traffic management system. Using the new technology on speaking, mainly is the satellite technology and computer network techn
8、ology and the application of data chain technology, the key problem of this system is satellite application problem, the key problem of ATM is digital, computer processor networking problem.Communication system, to communication systems, the key lies in the two-way transmission of data, especially t
9、he plane and ground communication. Transmission via: aviation mobile satellite system (AMSS), VHF voice/data chain communication, secondary radar data chain S mode of communication, HF voice/data chain communication. Navigation system, area of navigation skills (RNAV) are introduced gradually , and
10、make it accord with the require navigation performance (RNP) standard. The global navigation 美国和欧洲新一代民航运输系统研究综述5satellite system (GNSS) is provided to cover this area, and used for en-route navigation ,arrival and departure and approach to land.surveillance system, the secondary radar also keeps usi
11、ng, especially in density areas where traffic more than anywhere else; In other areas, especially in area airspace of the ocean and remote land , will adopting the automatic depend surbveillance. The air traffic management system, the air traffic management system is an important part of the new nav
12、igation system and it is based on communications, navigation and monitoring system with the facilities and application software combination.In short, the new navigation system will bring the huge change to the global air transport safety, efficiency, flexibility , the new navigation systems make civ
13、il aviation into the action age.Key word: communications； navigation；surveillance； the air traffic management美国和欧洲新一代民航运输系统研究综述6第一章、序言1.1 新航行系统的产生国际民航组织（ICAO）基于对未来的商务交通流量的增长和应用需求的预测，为解决现行航行系统在未来航空运输中的安全、容量和效率不足的的问题，1983 年提出了在飞机、空间和地面设施三个环境中利用卫星和数字信息提供的新进通信（C） 、导航（N） 、和监视(S)技术。由于当时有些系统设备仍在研制中，尚不具备所需运
14、行的条件，ICAO 将该建议称为未来航行系统（FANS）方案。随着各种可用的 CNS 技术的日臻成熟，人们愈加注重由新航行系统产生的效益，同时意识到在实现全球有效航空运输目的上，空中交通管（ATM）是使 CNS 相互关联、综合利用的关键。ATM 的运行水平成为了体现先进 CNS 系统技术的焦点。基于这一发展新航行系统的思想，20 世纪 90 年代初期，ICAO 将 FANS 更名为 CNS/ATM 系统。有关系统实施规划、推荐标准和建议措施等指导性材料的制定进一步加速了新航行系统的实施。1998 年，ICAO 全体大会再次修订了全球 CNS/ATM 实施规划，其内容包括技术、运营、财政、法律、
15、组织等多个领域，为各个地区实施性航行系统提供了更具体的指导。CNS/ATM 系统在航空中的应用将对全球航空运输的安全性、有效性、灵活性带来巨大的变革。新航行系统是民用航空进入了新的发展时代。1.2 新航行系统的组成新航行系统有通信（C） 、导航(N)、监视(S)和空中交通管理(ATM)四部分组成。通信、导航和监视是基础设施，空中交通管理是管理体制、配套设施及其应用软件的组合。新航行系统是一个以星基为主的全球通信、导航、监视加上自动化的空中交通管理系统；从技术利用上来说，主要是卫星技术+数据链技术+计算机网络技术的应用，系统的关键问题是卫星应用问题，ATM 的关键问题是数据美国和欧洲新一代民航运
16、输系统研究综述7化、计算机处理及联网问题。通信技术，对于通信，最关键的在于数据的双向传输，尤其是飞机与地面的通信。传输途经有：航空移动卫星通信（AMSS） 、VHF 语音/数据通信、二次雷达 S 模式数据链通信、HF 语音/数据链通信。飞机的电子设备之间，地面各个单位、部门之间，都通过航空电信网（ATN）连接。导航系统，逐步引入区域导航能力（RNAV）,并使其符合所需导航性能（RNP）标准。采用全球导航卫星系统（GNSS）来提供全球覆盖，并用于飞机航路导航和进离场进近着陆、差分卫星导航系统（DGNSS）将逐步取代ILS,NDB、VOR、DME 将逐步退出导航领域，保留惯性导航（IRS/INS）
17、并发展与卫星组合的导航系统。监视系统，二次雷达（SSR）的保留使用，尤其在交通密度高的区域时；在其他的区域特别是在海洋空域和边远陆地区域内，将采用自动相关监视（ADS）这样可以为那些只有很少或没有监视服务的区域提供综合监视信息。空中交通管理（ATM）系统， 空中交通管理系统是新航行系统的一个重要组成部分，是构筑在通信、导航和监视系统之上的管理系统，是配套设施及其应用软件的组合。其目的是使航空器运营者按其计划的时间起飞和到达，并在不降低安全的情况下，以最小约束的方式按其满意的飞行剖面飞行。1.3 新航行系统的特点 新航行系统是一个完整的系统。新航行系统由通信、导航、监视和空中交通管理组成。其中的
18、通信、导航和监视系统以硬件设备和应用开发为主，空中交通管理则以数据综合处理和规程管理运行为主。通信、导航、监视和空中交通管理之间相辅相成，在科学的管理方法指导之下，高性能的硬件设备能为实现 ATM 目标提供可靠的手段，为空中交通高效的运行提供潜能。新航行系统是一个全球一体化的系统。新航新系统满足国际承认和相互运行的要求，对空域用户以边界透明方式确保相邻系统和程序能够相互衔接。适用于广大用户和各种水平的机载电子设备。随着新航行系统不断完善而产生的所需总系统性能（RTSP）的概念，将对总系统在安全性、规范性、有效美国和欧洲新一代民航运输系统研究综述8性、空域共享和人文因素等方面做出规定。以保证去的
19、协调一致的运行效果，是空中交通管理和空域利用率达到最佳的水平，从而实现全球一体化 ATM 的目标。新航行系统是以卫星为基础的综合系统，新航行系统主要依赖的新技术可以表示为：卫星技术+数据链+计算机技术+自动化技术。其中，卫星技术和数据处理技术从根本上克服了路基航行系统固有的而又无法解决的一些缺陷，如覆盖能力有限、喜好质量差等。计算机应用和自动化技术是实现信息处理快捷、精确及减轻了人员工作负荷的重要手段。新航行系统实施采取先辅后主，先易后难的原则。先辅后主，在走向新航行系统的进程中，必然有新老系统并存的过渡期，先易后难，新系统先在对路基的设备影响小的地方或环境实现应用，那些对路基系统产生较大影响
20、的场合在后慎重解决。1.4 美国和欧洲的新航行系统的异同点NGATS 具有以下五大特点：以用户为中心：用户可以直接进入按它们的需要所设计的数据系统，进行准确和快速决策。通过无缝隙地向用户发送数据，以及适当的政策和市场机制，降低政府对实时运行的直接控制程度。签派员、飞行计划人员、管制员和流量管理人员将集中于“end-end”的战略流量管理上，尽量减少对单次飞行的干预。全系统的转变：转变系统不光是指技术上的转变，也包括对那些过时和不能满足用户需要的组织机构、程序、战略和业务方式上的转变。在陈旧的条例、政策和业务模式上嫁接新技术是很难成活的。机构的领导者必须要使自己的专业人员接受新政策、标准、程序和
21、技术。鼓励公众接受新的和即将引进的重要技术是政府和行业的责任。地方政府、私营机构和企业、学术团体都要加入到这个转变中来。由于航空运输是全球性的，因此也要鼓励国际航空团体的加入。前摄性的安全风险管理：安全是确保系统持续发展和满足运输增长需求的关键。NGATS 将通过前摄性地发现和预测风险，在风险发生之前进行预防。其关键是信息共享。NGATS 将建立新的文化，鼓励共享安全信息。所设立的美国和欧洲新一代民航运输系统研究综述9安全目标和检测方法将促进所有改进安全的举措和行动，以及研发（R&D）的进行。NGATS 的各个方面都将体现安全设计和决策保证。全球融合一致：建立现代化系统能够促进整个行业的发展，
22、但新系统的建立并不是要在旧系统和技术上拼凑，那样会增加额外的成本。要通过理解备忘录和联合工作组等形式与世界各地区以及国际民航组织进行合作。建立全球合作和协作的框架。寻求机会建立统一的空中交通管理系统，制定一致的实施新技术的时间表。基于性能的服务和基于风险的安全管理方法是保证建立协调一致系统的关键，这个系统将允许对飞机的性能和地区服务上有差别。要鼓励其他地区接受美国的技术和标准。全球协调一致并不只局限于空中交通管理，它也适用于环境、安全和保安等各个方面。环境友好：飞机和机场是目前主要的环境影响因素。自 1995 年丹佛机场以后，美国没有再新建过一家大型机场，即使只增加跑道也会招致地方的反对。为了
23、保证将来的发展，必须要解决环境问题，因此在 NGATS 中，不能把环境问题与其他目标隔离开，要综合考虑。NGATS 要能够从伙伴机构拥有的新技术开发和良好的政府-私营部门关系中受益，例如，NASA 已经设计研发了低阻力、低排放、低噪声、省油的飞机和发动机；JPDO 里的环境 IPT 已经在在进行国家空域系统实施 CDA（连续下降进近）程序的工作。欧洲单一天空（SESAR）的特点：到 2025 年，美国对航空运输的需求将增长到现有水平的三倍，而欧洲到 2020 年时对航空运输的需求也将翻倍。为了适应未来的航空需求，美国和欧洲都开始对各自的航空运输系统进行现代化。与美国新一代航空运输系统（NGAT
24、S）不同点： 在美国，由联合计划发展办公室（JPDO）负责新一代航空运输系统（NGATS）的组织和协调工作，参与机构共有 7 家，都是政府部门。私营部门的参与主要是选派技术人员和专家参加 JPDO 中的某个综合产品工作组（IPT），和参加新一代航空运输系统学会（NGATS Institute），该学会主要是从事研究工作。私营部门在新一代航空运输系统（NGATS）计划阶段之后的实施阶段将会发挥更加重要的作用。美国和欧洲新一代民航运输系统研究综述10私营部门充当的角色是 NGATS 与 SESAR 的一个不同点。在 SESAR 中，由私营部门 Eurocontrol 领导 SESAR，委托 SES
25、AR 项目联合体（由 30 多个公司组成）在这两年之间内从事 SESAR 的定义工作。两年之后，SESAR 项目联合体将制定一个“空中交通管理总体计划”，详细说明欧洲空中交通管制现代化计划。 欧洲只是致力于空中交通管制的现代化，这又是 SESAR 与 NGATS 的一个不同点。NGATS 更加综合一点，除了空中交通管理，还包括保安、环境和其他方面的问题，是对整个交通运输系统的转换。SESAR 和 NGATS 在开发和设计运行概念时的方法也是不同的。“JPDO 运用的是反复征求意见的方法”，而 SESAR 是以项目下发的。JPDO 的方法包括了征求众多利益关方的意见，可以使没有参与综合产品工作组
26、（IPT）计划制定过程的工业和政府部门能对综合产品工作组（IPTs）的概念和观点进行评价。而 SESAR 项目联合体更多的是以项目为取向，这主要是由于工业部门的参与，工业部门在空中交通联合会（Air Traffic Alliance）的领导下，利用自己在飞机制造业和地面 ATC 系统中的经验来从事现今 SESAR 定义阶段的工作。另外，SESAR 和 NGATS 所面临的挑战也不相同。美国的空域比较广阔、复杂，有着很多欧洲国家所没有的通用航空，但是，这些都需要和谐发展。而欧洲的空域是分割的，各国空中交通管制都是独立管理的。而破除空域分割并不一定能缓解欧洲航空运输系统带来的压力。这就是为什么Eu
27、rocontrol 和 SESAR 正在考虑类似 JPDO 的解决方案的原因。利用自动相关监视播报 ADSB（一个定位系统）从基于地面的航空运输管理系统向基于卫星的航空运输管理系统的转换就是一个解决方法。Eurocongtrol 和 JPDO 都认识到了 ADSB 能提高导航服务的成本效率。两者的相同点 它们之间有很多相似之处。SESAR 和 NGATS 都有时间表：NGATS 的运行概念要在明年初完成，SESAR 的“空中交通管理总体计划（ATM Master Plan）”将在后年初完成；SESAR 要在 2020 年之前实施，NGATS 要在 2025年前实施。尽管 Eurocontrol 和 JPDO 都各自抓紧自己的工作，但是他们也
