通用航空器加裝ATG空地寬帶通信機載系統(tǒng)及其小型化研究

摘要：中國民用航空飛行學院一直致力于民航空地無線寬帶通信技術(shù)的驗證及應用。本文對CE525飛機和新舟600飛機兩種機型加裝ATG系統(tǒng)及其小型化進行研究，為通用航空器加改裝及航電產(chǎn)品研發(fā)提供有益的參考。

關(guān)鍵詞：通用航空;空地無線寬帶;ATG加裝;小型化

中圖分類號：TN919.3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）07-0113-02

1 簡介

民航空地無線寬帶通信技術(shù)（以下簡稱ATG，Air to Ground）已經(jīng)日趨成熟。ATG系統(tǒng)使用沿飛行航路或指定空域架設的地面基站與航空器之間收發(fā)無線電信號，提供連續(xù)不斷的寬帶數(shù)據(jù)通信服務，打破了空中信息孤島。ATG系統(tǒng)最早于2012年在中國民用航空飛行學院（以下簡稱中飛院）CE525飛機上完成適航取證并試驗運行。本文介紹并分析了在中飛院兩種機型上加裝ATG系統(tǒng)的案例和設計，提出了通航航電產(chǎn)品研發(fā)需要充分考慮加裝和小型化的實際要求，為通用航空器加裝ATG系統(tǒng)和航電產(chǎn)品研發(fā)提供有益參考。

2 加裝ATG系統(tǒng)案例分析

ATG技術(shù)目前在運輸航空和通用航空均有應用。大型航空器上采用的完整構(gòu)型是：ATG收發(fā)機及機架，機載服務器及機架，機載無線AP，雙LTE下天線、GPS天線等。在通航小型航空器上加裝時采用簡單構(gòu)型，包括ATG收發(fā)機及機架、單LTE天線即可。HA100RN系列ATG收發(fā)機提供了GPS、LTE、WIFI天線接口，以及ARINC429數(shù)據(jù)接口、以太網(wǎng)口和RS232串口等豐富接口。

2.1 CE525飛機加裝ATG

CE525飛機客艙空間緊湊，使用ATG收發(fā)機的直連WIFI即可覆蓋，系統(tǒng)設計如圖1所示。加裝中特意將ATG收發(fā)機安裝在緊靠座艙后部原UAT收發(fā)機位置處，將原UAT下天線的接口從UAT收發(fā)機上脫開，就近接入ATG收發(fā)機。同時對UAT收發(fā)機進行編程，將配置從雙天線改成單天線即可正常工作。ATG連接GPS天線，是通過分路器接入UAT系統(tǒng)的現(xiàn)有GPS天線上。

該加裝設計的特點是，合理利用了現(xiàn)有機載天線資源，避免在增壓艙上施工來加裝新的天線，在未實施ATG運行時可以恢復回原構(gòu)型。此外，2020年之后學院將不再運行UAT ADS-B系統(tǒng)（按局方要求統(tǒng)一改裝到1090ES ADS-B系統(tǒng)），屆時下天線和GPS天線均可以固定分配給ATG系統(tǒng)使用。

2.2 新舟600飛機加裝ATG

為探索解決馬航MH370失聯(lián)所揭示的運輸機連續(xù)實時監(jiān)控問題，中飛院提出在新舟600飛機上基于ATG技術(shù)進行實時狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)研究，目前已經(jīng)初步完成功能聯(lián)試和加裝設計。新舟600飛機是超過三十座的支線運輸機，需要安裝無線AP以提供艙內(nèi)WIFI覆蓋，其加裝設計如圖2所示。完整構(gòu)型有利于新舟600飛機作為ATG應用展示平臺發(fā)揮全部性能。

進行加裝設計時遇到一個問題，由于ATG收發(fā)機和服務器均為尺寸較大的6MCU設備，無法裝入新舟600飛機駕駛艙電子設備架。并且考慮到安裝空間和結(jié)構(gòu)強度受限，也無法安裝到座椅上方行李架和地板下設備艙中。為此筆者提出兩種思路，一種是將ATG設備裝在前艙行李間內(nèi)，可以解決安裝空間的問題，但缺點是需要特制安裝臺，同時也占用了行李間的儲物空間。另一種思路，是結(jié)合2020年停用并拆除UAT系統(tǒng)的契機，騰出電子設備架上的原UAT位置來安裝ATG收發(fā)機。設想如果ATG系統(tǒng)各組件的重量、體積均能減小一半，那么確定安裝位置和開展后續(xù)設計就會容易許多。

3 小型化系統(tǒng)需求

上述案例中加裝ATG系統(tǒng)所遇到的設備較大而確定安裝位置較難的問題，需要航電廠商在設計之初就要針對性考慮系統(tǒng)組件的小型化問題。作為比較和借鑒，下面列出了Garmin公司的幾種UAT ADS-B產(chǎn)品進行比較，如表1所示。

從表中可以看到，早期的GDL90型UAT已經(jīng)是小型化設備，但Garmin公司之后推出的新型號產(chǎn)品還在盡量縮減體積和重量，且產(chǎn)品功能還在增加。當前ATG系統(tǒng)優(yōu)先考慮保證運輸航使用中的通信性能和電磁兼容性，所以尺寸和重量都偏大，還有進一步小型化改進的空間。

除了設備本身需要小型化設計外，加改裝工作還會遇到安裝、結(jié)構(gòu)、供電、重量平衡等各方面問題，建議國內(nèi)航電廠商也應提前將有利于加改裝設計和實施的要求融入設計環(huán)節(jié)，以降低最終產(chǎn)品的加裝難度，提升航電產(chǎn)品競爭力。

4 結(jié)語

目前在空地寬帶通信技術(shù)研究方面，衛(wèi)星寬帶通信技術(shù)和ATG技術(shù)呈現(xiàn)一定競爭態(tài)勢，也有研究提出可以融合兩種通信技術(shù)來兼顧航空器在遠洋和陸地運行的應用場景。但是筆者認為，ATG技術(shù)在通航領(lǐng)域更有發(fā)展優(yōu)勢，有以下分析：（1）小型化的ATG加裝成本和服務費用更低，形成規(guī)模會更快。（2）我國通航運行均位于大陸地區(qū)，地面基站配套較好解決。（3）ATG的帶寬還會隨著移動通信技術(shù)的演進而大幅度提升，更能滿足將來通航用戶對于運行大數(shù)據(jù)和智能應用的需求。（4）美國通過推行NextGen體系保持全球航電產(chǎn)品領(lǐng)導地位，我國基于ATG技術(shù)是有可能研發(fā)出可替代、更具競爭力的航電系統(tǒng)。

綜上所述，ATG技術(shù)在通用航空領(lǐng)域擁有非常好的發(fā)展前景，也有中飛院在通用航空器加裝方面取得的經(jīng)驗，下一步很有必要繼續(xù)優(yōu)化研發(fā)適用于通用航空器加裝的ATG機載系統(tǒng)，為我國通航提升新航行技術(shù)應用水平打好基礎(chǔ)。

參考文獻

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