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新航行系統(tǒng)與試飛安全研究分析論文
1 引言
隨著我國航空工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，新型號(hào)新科目不斷增多，試飛科目的數(shù)量、難度都在不斷增大，為了確保試飛工作的安全，就需要有好的通信、導(dǎo)航、監(jiān)視系統(tǒng)予以支持。同樣，民航空中交通流量增長引起的飛行沖突、航班延誤日益突出，發(fā)展緩慢的地面設(shè)備滿足不了迅速增長的飛行流量的需要，隨著航天技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的突破性進(jìn)展，為建立全球模型的航行系統(tǒng)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。近十幾年來，國際民航組織研究和制定了新的航行系統(tǒng)總體方案，許多國家已經(jīng)開始了向新航行系統(tǒng)過渡的實(shí)際工作。
2 試飛系統(tǒng)的現(xiàn)狀
科研試飛工作最重要的宗旨之一就是“安全”。空中交通管理對(duì)于保證安全起著非常重要的作用。當(dāng)前的軍用空管系統(tǒng)，其通信、導(dǎo)航和監(jiān)視情況為：地空通信主要采用VHF話音通信，用在地面與飛機(jī)及飛機(jī)與飛機(jī)的通信，在高交通密度區(qū)域和主要航路使用比較廣泛;HF話音通信用在邊遠(yuǎn)陸地地面與飛機(jī)的通信。導(dǎo)航系統(tǒng)采用多種導(dǎo)航系統(tǒng)共同存在，主要有無方向信標(biāo)系統(tǒng)(NDB)、全向信標(biāo)/測(cè)距儀系統(tǒng)(DVOR/DME)、儀表著陸系統(tǒng)(ILS)、微波著陸系統(tǒng)(MLS)、塔康等。監(jiān)視系統(tǒng)主要采用雷達(dá)監(jiān)視。
隨著衛(wèi)星技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其局限性越來越嚴(yán)重。其缺陷主要表現(xiàn)在以下幾方面：
現(xiàn)有的地空通信采用話音通信，缺少數(shù)字式空一地?cái)?shù)據(jù)交換系統(tǒng)，存在著速度慢、易出錯(cuò)、業(yè)務(wù)種類受限等缺點(diǎn)。由于地空之問通過話音進(jìn)行信息傳送，傳送100個(gè)字符大約占用15~20秒鐘，占用信道時(shí)間較長，而目前VHF頻率資源已非常緊張，使得地空通信之間的效率低下;長時(shí)間的通話容易造成飛行員和指揮員的疲勞，加上口音不一致，會(huì)引起說錯(cuò)、聽錯(cuò)或者理解錯(cuò);話音通信也使得大規(guī)模的數(shù)據(jù)通信受到限制，地面數(shù)據(jù)庫信息和機(jī)載數(shù)據(jù)庫信息都難以傳送;同樣也受到多信宿的的限制。
現(xiàn)有的通信、導(dǎo)航、監(jiān)視系統(tǒng)，其信號(hào)大多采取視距傳播，存在傳播距離近、精度和可靠性差等缺點(diǎn)。以甚高頻全向信標(biāo)(DVOR)為例，其覆蓋范圍最遠(yuǎn)達(dá)到200NM，無法實(shí)現(xiàn)全空域覆蓋;同樣，雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)作用距離約400km，也不能覆蓋所有空域;通信系統(tǒng)的HF存在盲區(qū)，而VHF通信距離近。
現(xiàn)行的指揮系統(tǒng)難以適應(yīng)飛機(jī)架次及密度的增加。隨著型號(hào)任務(wù)的不斷增多，特別是未來多對(duì)多目標(biāo)引導(dǎo)任務(wù)，飛機(jī)之間的間隔減小，指揮員工作難度急劇增大，一旦指揮員與飛行員處置不當(dāng)，就可能引起飛行沖突，甚至飛機(jī)相撞事故。
3 新航行系統(tǒng)與試飛安全
鑒于試飛工作的特殊性以及現(xiàn)有系統(tǒng)的缺陷，經(jīng)過分析研究，認(rèn)為新航行系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通信、星基導(dǎo)航監(jiān)視等技術(shù)可以應(yīng)用到試飛領(lǐng)域，與現(xiàn)有系統(tǒng)相結(jié)合，提升保障設(shè)備的可靠性和安全性。
3.1 通信系統(tǒng)的變革。引進(jìn)先進(jìn)的數(shù)據(jù)通信鏈路，逐步取代話音通信電臺(tái)關(guān)鍵問題是地面與空中數(shù)據(jù)的雙向傳輸。未來地空通信系統(tǒng)可提供的業(yè)務(wù)范圍包括飛行動(dòng)態(tài)、自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視(ADS)、氣象情況、航路最低安全高度告警、塔臺(tái)管制、離場(chǎng)管制、進(jìn)近管制、航路管制、滑行、起飛與著陸情況、飛行員位置報(bào)告、飛行計(jì)劃數(shù)據(jù)、飛行員/調(diào)度員通信、飛行情報(bào)、維修情況、飛行中緊急情況、機(jī)體及電子設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等安全通信信息，這些信息將以數(shù)據(jù)通信為主，逐漸減少話音通信，最終達(dá)到只在必要時(shí)或緊急情況下使用話音通信。
3.2 導(dǎo)航系統(tǒng)的改進(jìn)。試飛工作涉及各種不同類型的飛機(jī)，機(jī)載設(shè)備也大不相同，現(xiàn)有的DVOR/DME作用距離有限，無法滿足全空域?qū)Ш叫枨螅琁LS著陸系統(tǒng)對(duì)場(chǎng)型要求極嚴(yán)，易受臺(tái)站周邊環(huán)境包括樹木、飛機(jī)、建筑物等影響，因此其實(shí)施思路是在保留現(xiàn)有導(dǎo)航設(shè)備的基礎(chǔ)上，發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以滿足空域要求，發(fā)展差分全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)以改進(jìn)現(xiàn)有精密進(jìn)近和著陸的缺陷。
①由全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)提供全空域覆蓋的導(dǎo)航;②差分全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(DGNSS)將用作精密進(jìn)近和著陸;③引進(jìn)現(xiàn)代化改造后的微波著陸系統(tǒng)(MLS)用作精密進(jìn)近和著陸;④保留慣性導(dǎo)航，并發(fā)展組合導(dǎo)航;
3.3 監(jiān)視系統(tǒng)的改進(jìn)。試飛監(jiān)視系統(tǒng)是由一、二次雷達(dá)綜合構(gòu)成，形成了以二次雷達(dá)為主，一次雷達(dá)為輔的監(jiān)視模式，構(gòu)建了一個(gè)包括主、被動(dòng)相結(jié)合較為完善的監(jiān)視系統(tǒng)，保證了現(xiàn)階段的飛行任務(wù)。但存在作用距離有限、數(shù)據(jù)率低、受環(huán)境和目標(biāo)特性影響較大、方位和距離測(cè)量精度差、不能滿足對(duì)精確引導(dǎo)的支持等缺點(diǎn)，并且存在主監(jiān)視信息源不來自本場(chǎng)監(jiān)視設(shè)備造成的不可控狀況。
結(jié)合未來新機(jī)型發(fā)展的監(jiān)視需求，以及試飛工作的特殊性，監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展思路是在本場(chǎng)空域及終端區(qū)域須采用一、二次雷達(dá)結(jié)合的方式，而不能像民航逐漸取消一次雷達(dá)。二次雷達(dá)采用S MODE(S MODE SSR)代替現(xiàn)有的A/C模式(A/C MODE SSR);在機(jī)場(chǎng)及周邊地區(qū)安裝ADS-B地面站、為航空器提供機(jī)載北斗定位設(shè)備和ADS-B機(jī)載設(shè)備等，構(gòu)建集ADS-B信息和北斗信息為一體的監(jiān)視信息生成、信息分發(fā)、信息處理、救援指揮平臺(tái)的“ADS-B綜合監(jiān)視系統(tǒng)”，最終將普遍使用ADS，并且可以和SSR重合。實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面和全空域范圍內(nèi)具備ADS-B監(jiān)視能力的航空器和地面車輛的有效監(jiān)視，并為人員救援服務(wù)提供有效幫助。
結(jié)語
新航行系統(tǒng)是一個(gè)全球一體化的系統(tǒng)，具有很高的技術(shù)水平，需要電子、通信、導(dǎo)航、氣象等各方面的技術(shù)支持。同時(shí)，新航行系統(tǒng)是一個(gè)以滾動(dòng)方式發(fā)展的系統(tǒng)，會(huì)不斷地吸納新技術(shù)、新應(yīng)用，并使其向更趨于理想模式的方向發(fā)展。現(xiàn)有的航行系統(tǒng)正面臨著跨時(shí)代的改革，本文在理論上闡述了實(shí)現(xiàn)新航行系統(tǒng)的思路及意義，后續(xù)我們還需不斷促進(jìn)各項(xiàng)技術(shù)變革工作的開展，為全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化試飛建立保障基礎(chǔ)。
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