基于CNS 所需總系統(tǒng)性能的軍民機(jī)互操作性分析*

羅歡吉，雷國志

(1.中航工業(yè)第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，西安 710089;2.中國西南電子技術(shù)研究所，成都 610036)

1 引言

在和平與發(fā)展的主題下，隨著航空技術(shù)的發(fā)展，作為有限資源的天空將更加繁忙，資源沖突也將愈加劇烈。2013 年，中國民航發(fā)布通知，北京國際機(jī)場等占據(jù)國內(nèi)80%流量的八大機(jī)場嚴(yán)禁“流量管控”，這相當(dāng)于以法規(guī)的形式限制了軍機(jī)在民用機(jī)場空域使用，但這并不是解決天空資源沖突的最優(yōu)解決方案。為提高天空使用率，歐洲(EuroControl)提出了“統(tǒng)一天空”的概念［1］，美國提出了類似的NextGen 計(jì)劃，中國國家空管委也指出“深化改革，統(tǒng)一管制，軍民聯(lián)合，空防一體”的思路。國內(nèi)的研究者從運(yùn)行管理體制、需求標(biāo)準(zhǔn)體系以及對應(yīng)的通信導(dǎo)航監(jiān)視/空中交通管理(CNS/ATM)技術(shù)發(fā)展出發(fā)，探討了實(shí)現(xiàn)軍民機(jī)統(tǒng)一天空的方法。這些研究表明，共享天空資源的一個前提是在各自的運(yùn)行體系上軍航和民航能夠進(jìn)行互操作［2］，而本文就軍民航實(shí)現(xiàn)互操作的方法進(jìn)行分析。

2 互操作性分析

互操作意味著軍民機(jī)之間可以實(shí)現(xiàn)飛行任務(wù)和飛行計(jì)劃的協(xié)同以及空中指揮和空中交通管理的統(tǒng)一。實(shí)現(xiàn)“協(xié)同”和“統(tǒng)一”，要求兩種體制下的技術(shù)手段能夠?qū)崿F(xiàn)互操作。下面就所涉及到的通信(C)、導(dǎo)航(N)、監(jiān)視(S)、頻譜(F)和認(rèn)證(A)領(lǐng)域的互操作性進(jìn)行逐一分析。

2.1 通信的互操作性

通信的互操作性主要體現(xiàn)在軍用通信系統(tǒng)與民用通信系統(tǒng)的互通性上。表1 列出了目前軍民機(jī)系統(tǒng)已有的互通手段，從表中可以看出軍民機(jī)已達(dá)到能夠通信的要求。但要實(shí)現(xiàn)互操作，還需要將軍民通信系統(tǒng)統(tǒng)一在一個框架下，實(shí)現(xiàn)任務(wù)計(jì)劃、飛行態(tài)勢、協(xié)調(diào)調(diào)度和空中交通的統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)輔助指揮/空管人員在同一平臺管理不同系統(tǒng)，提高飛行效率。圖1 展示了在軍民互操作架構(gòu)下通信互操作過程。

表1 軍民用航空通信手段對照表Table 1 Military－civil aviation communications comparison

圖1 軍民互操作架構(gòu)Fig.1 Military－civil interoperability framework

2.2 導(dǎo)航的互操作性

導(dǎo)航的互操作性主要體現(xiàn)在覆蓋性上，即軍用飛機(jī)能夠在民用導(dǎo)航設(shè)施的輔助下完成各類防務(wù)和安全任務(wù)，而民用飛機(jī)也能借用軍用導(dǎo)航手段增強(qiáng)自身的導(dǎo)航性能。國際民航組織(ICAO)通過定義民用航空器導(dǎo)航基本性能指標(biāo)，統(tǒng)一了不同時間、不同體制的導(dǎo)航技術(shù)。進(jìn)一步將軍用導(dǎo)航手段(如多模接收機(jī)(MMR)、數(shù)據(jù)鏈等)按照ICAO 的方法進(jìn)行定義，可以實(shí)現(xiàn)軍民機(jī)導(dǎo)航的互操作。

2.3 監(jiān)視的互操作性

通信互操作性強(qiáng)調(diào)的是軍民機(jī)之間可以相互通信，導(dǎo)航互操作性強(qiáng)調(diào)的是軍民機(jī)導(dǎo)航基礎(chǔ)設(shè)施可以相互兼容，而監(jiān)視互操作性則體現(xiàn)在監(jiān)視的操作性上。監(jiān)視的主要作用是持續(xù)提供識別目標(biāo)狀態(tài)，肩負(fù)安全防務(wù)使命的軍機(jī)更側(cè)重于識別非合作目標(biāo)，而民機(jī)則側(cè)重識別合作目標(biāo)［3］。

2.4 頻率資源的互操作性

隨著無線電技術(shù)的迅猛發(fā)展，頻率資源變得十分有限，它作為有限資源需要被統(tǒng)一管理、集中分配，這就需要軍方和政府進(jìn)行共同管理和長期合作。

2.5 認(rèn)證的互操作性

由于軍機(jī)和民機(jī)的認(rèn)證體系不同，而且涉及到國家安全、知識產(chǎn)權(quán)、資質(zhì)互信等方面，因此實(shí)現(xiàn)認(rèn)證的互操作將是一個十分復(fù)雜的過程。從MTL－297 和FAA 的認(rèn)證體系能看出軍民機(jī)認(rèn)證的互操作性正在被持續(xù)研究中［4－5］。

從上面的分析可以看出，除了頻譜和認(rèn)證的互操作涉及到政府管理外，CNS 的互操作完全局限在技術(shù)范疇，因此，可以得出具備互操作性的CNS 是實(shí)現(xiàn)軍民機(jī)互操作技術(shù)基礎(chǔ)的結(jié)論。

3 統(tǒng)一CNS 的技術(shù)手段

由于世界上大部分國家的軍方既是空域的使用者又是空域的管理者，在天空資源的使用上有著先天的優(yōu)勢，而且其在空域上的使用是突發(fā)性的，因此軍機(jī)的CNS 技術(shù)對于空域的使用率和運(yùn)行成本考慮得相對較少。相反地，在民用航空領(lǐng)域，為了降低成本在有限的空域?qū)崿F(xiàn)最大的航班流量，ICAO 提出了系統(tǒng)所需性能(RTSP)概念，即通過定義飛行各階段的通信、導(dǎo)航、監(jiān)視功能所需的性能來指導(dǎo)空中和地面設(shè)置的建設(shè)，成功地降低了航空公司和機(jī)場的建設(shè)和運(yùn)營成本。

RTSP 拋開了CNS 系統(tǒng)具體的技術(shù)手段，直接從CNS 系統(tǒng)提供的服務(wù)出發(fā)，定義了CNS 系統(tǒng)的性能，指導(dǎo)廠家設(shè)計(jì)符合要求的產(chǎn)品，提供了一種解決不同年代、不同技術(shù)體系、不同制造商的不同CNS設(shè)備間的互操作可能。

因此，以RTSP 框架為基礎(chǔ)，建立軍機(jī)CNS 系統(tǒng)的所需性能標(biāo)準(zhǔn)，然后在所需性能這個層面進(jìn)行互操作，可以成為實(shí)現(xiàn)軍民機(jī)互操作的合理方法。

3.1 軍民機(jī)所需性能分析

如圖2 所示，民機(jī)系統(tǒng)RTSP 由3個部分組成，分別是通信所需性能(RCP)、導(dǎo)航所需性能(RNP)和監(jiān)視所需性能(RSP)。下面以通信為例按照圖3 所示的流程提出軍機(jī)通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)所需性能方案。

圖2 系統(tǒng)所需性能分解Fig.2 Breakdown of RTSP

圖3 軍機(jī)所需性能需求的提出流程Fig.3 Proposed military requirements process

如圖4，ICAO 首先分析了民機(jī)飛行全過程與通信相關(guān)的需求RCP(如帶寬、通信時間、可用性、完好性和連續(xù)性)，然后給出這些需求準(zhǔn)確的定義和量化指標(biāo)。由于軍民機(jī)的通信系統(tǒng)的組成和使用流程是一致的，因此民機(jī)RCP 也能夠正確描述軍機(jī)的通信性能。文獻(xiàn)［6］綜述了美軍數(shù)據(jù)通信的需求，按照任務(wù)使命軍機(jī)通信可劃分為戰(zhàn)略級、戰(zhàn)術(shù)級、武器協(xié)同級，不同級別也對應(yīng)著帶寬、速率、可靠性、系統(tǒng)容量等性能需求，這些性能指標(biāo)是可以由RCP 的指標(biāo)計(jì)算得出，有了民機(jī)RCP 與軍機(jī)RCP 的映射關(guān)系，就可以得出軍機(jī)通信性能需求的定義。

同樣，按照圖3 的流程可以梳理出軍機(jī)CNS 系統(tǒng)所需性能需求的定義。

圖4 通信系統(tǒng)一次完整的通信過程Fig.4 A complete communication process of communication system

3.2 CNS 系統(tǒng)互操作分析

在軍民機(jī)都建立了統(tǒng)一的基于所需性能的CNS系統(tǒng)后，就可以實(shí)現(xiàn)軍民機(jī)的互操作。文獻(xiàn)［7］給出了民機(jī)與軍機(jī)典型飛行過程中的RTSP 需求，可以看出CNS 系統(tǒng)的性能需求能夠涵蓋軍民機(jī)從計(jì)劃到飛行的全過程，因此將CNS 系統(tǒng)的性能需求作為CNS系統(tǒng)互操作“語言”可以實(shí)現(xiàn)飛行任務(wù)和飛行計(jì)劃的協(xié)同以及空中指揮和空中交通管理的統(tǒng)一。

4 關(guān)鍵技術(shù)和主要步驟

前面的分析可以看出，實(shí)現(xiàn)軍民機(jī)的互操作關(guān)鍵在于建立統(tǒng)一的CNS 系統(tǒng)，建立完成軍機(jī)CNS 系統(tǒng)所需性能標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)軍民機(jī)互操作的關(guān)鍵技術(shù)。在軍民機(jī)互操作的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)軍民機(jī)互操作還要在組織管理層面進(jìn)行協(xié)同，建立長效的軍民機(jī)聯(lián)合運(yùn)行機(jī)制，實(shí)現(xiàn)共同決策、聯(lián)合管理，其主要技術(shù)步驟如下:

(1)參考民機(jī)RTSP，梳理軍機(jī)CNS 所需總系統(tǒng)性能需求;

(2)在所需性能這個層面，定義互操作語言，建立互操作架構(gòu);

(3)分析并制定詳細(xì)的軍民兼容的發(fā)展路線圖;

(4)實(shí)現(xiàn)長期的能力覆蓋基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)和諧飛行。

5 結(jié)束語

在未來繁忙的空域中，基于RTSP 的CNS 系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)軍民機(jī)CNS 系統(tǒng)的互操作，為軍民機(jī)和諧發(fā)展、實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一天空奠定基礎(chǔ)。在以和平和發(fā)展為主題的未來，天空資源的競爭沖突將隨著航空技術(shù)的發(fā)展逐漸擴(kuò)大。根據(jù)本文的研究，軍機(jī)可以接入民用機(jī)場實(shí)現(xiàn)“自由”飛行，民用飛機(jī)可以自由使用軍用設(shè)施，達(dá)到軍民機(jī)和諧飛行的目的。同時，由于系統(tǒng)架構(gòu)是面向需求的，與具體的技術(shù)細(xì)節(jié)無關(guān)，因此，基于系統(tǒng)所需性能的CNS 系統(tǒng)也將極大地延長CNS 系統(tǒng)老舊設(shè)備的使用時間。

［1］EUROCONTROL.Roadmap on Enhanced Civil－Military CNS Interoperability and Technology Convergence［R］.Brussels:EUROCONTROL，2013:1－112.

［2］秦緒林.軍民航空管聯(lián)合運(yùn)行機(jī)制［J］.中國民用航空，2012(6):34－35.QIN Xulin.Military－civil joint ATC operating mechanism［J］.China Civil Aviation，2012(6):34－35.(in Chinese)

［3］肖順旺，李升才，張長泉，等.敵我識別系統(tǒng)及其進(jìn)展［J］.火力與指揮控制，2008(11):5－7.XIAO Shunwang，LI Shengcai，ZHANG Changquan，et al.The Identification Friend or Foe System and its Development［J］.Fire Control and Command Control，2008(11):5－7.(in Chinese)

［4］王軍峰.淺談軍用運(yùn)輸機(jī)適航性［J］.民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究，2013(S2):71.WANG Junfeng.Research on Fittness for Military Transport and Aircraft［J］.Civil Aircraft Design and Research，2013(S2):71.(in Chinese)

［5］雷國志，王雷，王濤濤.民機(jī)CNS 系統(tǒng)適航驗(yàn)證方法分析與實(shí)踐［J］.電訊技術(shù)，2014，54(7):996－1001.LEI Guozhi，WANG Lei，WANG Taotao.Analysis and Practice of Airworthy Method for Verification of Civil CNS System［J］.Telecommunication Engineering，2014，54(7):996－1001.(in Chinese)

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