欧洲是“广播式自动相关监视”(ADS-B)技术的策源地。世界上第一次机载“飞行情报舱显器”(CDTI)与ADS-B技术的联合演示,就是1991年2月瑞典民航局在首都Bromma机场进行的。但是在欧洲,ADS-B技术的应用似乎更艰难些。相比美国和澳大利亚,欧洲各国要统一推广某种技术标准,难度大得多了。好在本世纪初,欧洲一体化进程大大推进了新航行技术在欧洲的应用。2004年5月,欧洲空管(EUROCONTROL)发布了欧洲实施新航行技术的政策,制定了一个“欧洲民航委员会通过新通信和监视技术应用推进空管一体化” (Co-operative ATS through Surveillance and Communication Applications Deployed in ECAC —— CASCADE)的实施计划,从此吹响了欧洲空管向新技术进军的号角。
一. CASCADE计划与ADS-B技术
CASCADE—简称“欧洲一体化空管计划”有两大技术内核:ADS-B和Link 2000+。
Link 2000+ 是基于甚高频数据链模式2(VDL 2)技术的地空数据链,主要用来为飞行员和管制员提供非话音的数据链通信(CPDLC)服务。关于Link 2000+及其应用,下文还将谈及。
在ADS-B技术将在应用方面,CASCADE描述了如下多方面应用和服务内容:
(1)无雷达区域的应用(ADS-B NRA):
用于增强无雷达区(远离陆地的海上平台、海岛等区域)的航行监视能力,并提供容量、安全和效率类似雷达监视的引导服务。部分面临淘汰的老旧雷达,出于成本效益的考虑也建议采用ADS-B NRA 方式实施更新改造。
(2)雷达区域应用(ADS-B RAD):
在雷达监视(包括有ADS-B 补充监视)区域,用于改进A、B、C、D、E类空域的航路、终端区以及各个飞行阶段的空中交通管理能力。并逐步由ADS-B地面设备更替航管二次雷达,优化和降低地面监视系统的投入成本。
(3)机场场面监视应用(ADS-B APT)
在管制机场,ADS-B的应用可为场面监视系统提供飞机和车辆等目标物的活动信息。ADS-B可自成系统,与在用场监雷达(或ASDE-3系统)组合成互补的联合场监系统。也可以集成在“先进的场面活动目标引导和控制系统”(A-SMGCS Level 1) 或场面探测设备 (ASDE-X) 概念的场监系统中。
(4)地面交通状况知晓(ATSA SURF)
帮助机组掌握滑行、跑道运行中的相关信息。例如在驶入滑行道口、进入活动的跑道前、起飞前等,机组可利用CDTI,观察周围活动物体的动态,避免冲突。
(5)空中交通状况知晓(ATSA AIRB )
在飞行过程中,使机组能通过CDTI掌握邻近航空器的位置,提高避撞主动性,增强TCAS性能。
(6)进近目视增强(ATSA VSA)
在目视进近、间隔较小情况下,使机组通过CDTI 掌握其它进近航空器的位置和速度,以保持最佳安全间隔。
(7)机载数据采集(ADS-B ADD)
采集航空器系统运行中生成的额外数据信息,利用ADS自发广播发给地面。主要为航空营运人或维修人员提供监控信息。
二. 实施进程
使早期较成熟的技术较早投入应用和服务,CASCADE计划在实施上划分了两个流程:
第一流程,2004年启动,2008年实施。
第一流程主要致力于ADS-B技术的早期应用。重点增强无雷达(ADS-B NRA)或雷达监视手段不完备(ADS-B RDA)地区的地-空监视服务,改善机场场面监视服务(ADS-B APT)。在更新空管设施的同时获得ADS-B技术的低成本效益。在第一流程中,机载ADS-B设备只发不收,因此又称“ADS-B OUT”技术。
第二流程,2006年启动,2010年实施。
第二流程将改进ADS-B的应用软件,重点开发“机上状况知晓”(ATSA SURDF、ATSA AIRB、ATSA VSA)功能,更多地开发和利用机载运行数据(ADS-B ADD)。在此流程中,机载ADS-B系统不但要发送自身的航迹信息和运行数据,还必须有能力接收和处理邻近飞机发出的航迹信息,因此又称为“ADS-B IN”技术。
目前,CASCADE项目分别设立了运行专业组、认证专业组、计划编制专业组三个专门机构,协调全欧统一的技术标准、技术认证和实施计划,有力地推进着ADS-B技术在欧洲的应用。在ADS-B “OUT”技术发展方面,欧洲已拟定了ADS-B技术系统的底层结构,并且开始生产符合底层结构标准的设备。这些设备不但在澳大利亚投入使用,而且也在欧洲各地安装。到2006年4月,欧洲已经安装了24个ADS-B地面站,以支持无雷达和雷达管制区域的ADS-B应用仿真测试。部分欧洲国家的航空公司机队已经选装了符合国际民航组织《附件十》第77项修正案的机载ADS-B设备,并且通过了适航认证。为了迎接未来ADS-B技术全球发展的挑战,欧洲的飞机制造商已经开始开发具有飞机自主监视能力的ADS-B “IN”机载设备(收/发电台和显示器)。
三. 欧洲ADS-B发展思路分析
1. 统一在“一个天空”的旗帜下
在疆土分制的欧洲,要推进统一标准ATM,难度是可想而知的。即使这样,欧洲人也没有各行其是、无序开发。在“一个天空”旗帜下,欧洲空管空前地统一。
在发展规划方面,欧洲民航组织设立了“欧洲一个天空空管研究”(SESAR)项目,研究和制定了欧洲民航34各成员国共同协调执行的一体化欧洲空管系统。
在计划执行方面,由CASCADE项目的三个权威专业组统一制定全欧的实施技术标准,统一进行全欧的底层结构系统认证,统一指导全欧ADS-B过渡计划的协调实施。并且分别在奥地利、德国、法国、西班牙、地中海地区、爱尔兰、葡萄牙瑞典和英国设立了“监视技术第一软件包的合作确认”(CRISTAL)机构,保证ADS-B(也包括TIS-B)在欧洲大陆的实验和确认工作整体推进。
真正做到了标准统一、开发有序,管理高效,稳步推进。
2. 应用目标现实而明确
欧洲空管是一个代表股东利益的代理管理组织,它的体制决定了其投资目标的现实性。在ADS-B技术开发和应用方面,欧洲空管首先考虑的不是越洋远程航路的监视,而是紧密结合欧洲大陆的空管需求,以改进陆地区域、高密度飞行的空中交通监视为基本目标。海岛和近海,不便安装或空中交通不值得配置雷达的无雷达区域,用ADS-B作为主要监视手段;雷达覆盖不完善的区域,ADS-B作为补充监视手段;雷达覆盖区域,ADS-B作为技术升级手段;在机场运行区域,ADS-B作为场面辅助监视手段。这是欧洲空的ADS-B近期应用目标。
下一步,欧洲空管主要开发ADS-B“IN”的应用。解决的问题主要是:
增强高密度飞行空域,飞机间的相互监视;
增强飞行(滑行)过程对地面情况的监视能力;
增强地面对机舱和飞机运行状况的监视能力。
从欧洲空管的发展目标可以清楚地发现,雷达监视技术将逐步被ADS-B技术取代,不仅是因为雷达设施投资大、管理成本高,而且由于雷达技术已无法胜任下一代空管系统的监视需求。
3. 自主的技术应用路线
欧洲的ADS-B应用路线,既不同于美国,也明显区别于澳大利亚。
欧洲不具备美国高度集中的“国家空域系统”(NAS)优势,1998年以来,统一后的欧洲空管才开始修补“一个天空”下的管制缝隙。ADS-B技术 对欧洲空管来说,可谓天赐良机。当美国在“通用访问电台”(UAT)上开发ADS-B技术,谋求改进通用航空机队的自主监视和情报截获能力时,欧洲空管却把ADS-B技术应用的重点聚焦在增强高密度飞行区域空中交通管理系统的整体监视能力方面。在这一点上,欧洲空管与澳大利亚民航服务局不谋而合。但是相比澳人,欧洲人对ADS-B技术的应用更细腻,更系统,更有远见。澳洲人技术应用路线是“拿来主义”,无论地面还是机载设备,技术上对外依赖性较强,而且比较多地关注于眼前的受益。欧洲人则更注重ADS-B技术的全面运用。从他们对底层结构的设计、技术体制和产品标准的制定和认证、未来“自由飞行”环境的技术准备(空对空、空对地监视技术)等方面的考虑,都明显高澳人一筹。
4. 数据链选择
ADS-B技术应用的一个重要前提是地空间数据传输载体的选择。由于欧洲空管的CASCADE项目的目标是:通过新通信和监视技术应用推进欧洲空管一体化,因此,CASCADE在地空数据链的选择上是监视与通信并重的。
在监视方面,首选国际民航组织《附件十》第77项修正案建议的“1090 兆赫S模式扩展型自发报文”(1090 ES)数据链。由于不考虑天气图一类的图像信息传输,1090 ES数据链可以满足CASCADE定义的所有ADS-B应用项目的数据传输要求(包括第二流程的应用要求)。
在通信方面,CASCADE有机地融合了Link 2000+地空通信数据链。Link 2000+数据链是欧洲空管开发的基于国际民航组织“航空电信网/甚高频数据链 模式2”(ATN/VDL 2)的地空通信数据链。利用Link 2000+数据链,管制人员可以向机组发送放行许可类短指令,某些常规重复性指令甚至可以不需管制员干预自动生成和发送(如通信信道转换、新配二次代码等);机组可以通过数据链访问地面的OTIS数据库,获取所需的机场情报通播(ATIS)、机场气象(METAR)、航行/雪情通告(NOTAM/SNONTAM)等地面运行环境数据。利用Link 2000+数据链,还可以进行话音信道的话筒键检查,防止甚高频话筒键卡死造成话音信道阻塞,等等。
在美国,FAA同时选用1090 ES数据链和UAT数据链来支持ADS-B应用。不过美国的两种数据链分别用来装备不同机队,通用航空机队使用UAT数据链,商用运输机队主要使用1090 ES数据链。
与美国不同,欧洲空管的两种数据链都用于商用运输机,分别用来承载不同的业务数据。1090 ES数据链承载监视(Surveillance)数据,Link 2000+数据链承载通信(Communication)数据。两种数据链并行应用,可以满足较长时期地空数据通信的需求。机载方面,Link 2000+数据链是通过数/话兼容的甚高频通信信道传输的,对于符合FANS1/A标准配置的飞机来说,硬件改动很少,技术上易于实现。