无线电数字化蓄势待发

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无线电数字化蓄势待发

LDACS 即将取代民航业通用的 VDL 模式 2,并将成为全球标准

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Updated on 5月 13, 2024 🛈
Originally published on 4月 01, 2023

Thomas Bögl,罗德与施瓦茨

罗德与施瓦茨一直在与研究伙伴合作开发 LDACS 数字数据传输技术。这将为航空公司和通信服务提供商开辟全新用例。

技术进步不一定体现在使用数字技术取代模拟技术。民航业是展示技术进步的典范。飞行员和塔台之间的语音通信仍然使用 1948 年发布的双边带调幅 (DSB-AM) 技术。业界并未期望使用数字语音通信取代这种模拟 VHF 技术(频率范围:118 MHz 至 137 MHz)。目前,模拟无线电仍具有重要优势,包括延迟时间短、所有相关人员的主动监测和数字无线电无法取代的其他功能。

数据传输波形有所不同。自 20 世纪 90 年代以来,航空无线电不断扩展,不仅涵盖语音通信,还包含数字数据传输方法。其中 VDL 模式 2 最为常见。

目前航空无线电迈向数字化,意味着使用性能更优的新技术取代老旧的数字数据传输方法。语音通信将继续使用模拟技术,但数字化将有助于减轻频谱负担。模拟语音通信和数字数据技术在空中交通管制领域共存,实现了出色的效率、可靠性和操作安全性,既具有经济效益,又满足未来需求。

密集的 VHF 频谱支持繁忙的无线电通信

空中导航服务提供商 (ANSP) 提供 VDL 模式 2。ANSP 和私营的移动网络提供商类似。VDL 模式 2 还在 VHF 频段运行,因此数据传输和语音通信必须共享可用频谱。可用带宽相对较小,VDL 模式 2 只能以每秒几千比特的速度传输数据。

LDACS:转向 L 频段

这需要新的 L 频段数字航空通信系统 (LDACS)。LDACS 的数据吞吐量比 VDL 模式 2 快 200 倍。顾名思义,此技术的创新重点在于 L 频段数据传输。LDACS 专门使用为航空无线电预留的部分频段。LDACS 运用干扰抑制算法,并优化了带外发射,可确保和 L 频段中的其他航空设备兼容使用。

管理噪声防护区

未来,噪声防护区周围的飞行导航数据将通过 LDACS 数据链自动传输。目前这种传输使用语音通信。

引人注目的全新航空服务

现代航空需要安全的数据交换。否则,将无法管制空中交通。LDACS 可靠地实现了高数据吞吐量,并通过加密来保证其安全性。该系统可支持各种新应用,例如用于机组人员高效规划机组运行的数据链接。如今,随着执行飞行任务飞机的不断增加,空中交通管制员分发新导航数据的速度也需要不断加快,以便飞机在空域情况发生变化时能及时调整飞行路线。

初步阶段的 LDACS 新应用包括借助速度更快的 LDACS 链路来扩展或取代现有 ATC 系统中较慢的 VHF 无线电链路。无需购买新系统,新数据链路就能快速而显著地加快数据传输速度。LDACS 的另一个好处是上市途径非常简单。

LDACS 数据传输可靠而安全,也有助于推广新环保导航方法。该计划以三维空间的准确坐标和严格定义的时间限制来选择飞机航线。4D 轨迹概念可用于在机场附近动态安排飞机航线,从而避开噪声防护区。

我们的长期目标是仅采用 4D 轨迹就能实现从出发地到目的地的完整飞行路线管理,让空域使用更为有效、环保。

LDACS 时间线

LDACS 开发过程中开展了四个重要的研究项目。下方时间线列出了这些项目,下文也介绍了更多详细信息。

航空标准非常关键

收发信机和其他机载系统一样,均需符合国际标准。颁发飞行许可证需遵循这些标准,以确保机载技术可靠并满足所有空中交通安全标准。审批过程通常非常繁琐,需要十到二十年的时间。由于大多数公司无法长时间等待审批,因此政府制定了研究计划以确保业内尽早参与标准化过程。

德国联邦经济事务和气候行动部为 LDACS 制定了航空研究计划 (LuFo)。罗德与施瓦茨正参与其中,并与德国航空航天中心 (DLR) 等其他项目合作伙伴联合推动 LDACS 技术开发。

四个重要研究项目

德国联邦经济事务和气候行动部 (BMWK) 连续赞助了四个研究项目,大大推动了民航 LDACS 数字数据传输技术的发展。

ICONAV:集成式通信和导航

2012 年至 2015 年,罗德与施瓦茨联合德国航空航天中心 (DLR) 和其他项目合作伙伴在联盟内携手开发用于实验室测试的功能演示设备。

MICONAV:向集成式通信/导航航空电子设备迁移

MICONAV 项目随后展开,证明设备在飞行期间的操作可靠性。2016 年至 2019 年间,项目开发出具有高精度导航功能的适航演示设备。随后进行的实验室和飞行测试成功测试了登录和退出专为该项目建造的四个 LDACS 基站以及切换地面站。飞机和地面站在各种情况下均可进行可靠通信,例如在高空飞行以及在机场的着陆、起飞和滑行期间。

IntAirNet:空中网络

此项目时间为 2019 年至 2022 年,扩展了波形功能以涵盖飞机之间的直接连接。LDACS 可用于地面基础设施和海洋上空的飞行航线。

PaWaDACs:为数字航空通信铺平道路

PaWaDACs 项目自 2022 年开始实施。项目重点是将演示设备小型化,并在德国空中导航服务提供商 (DFS) 的两处运营点架设了实际测试装置。项目一旦完成,必将成功确立未来 LDACS 系统所需的关键技术步骤。这将为开发新的民航产品奠定坚实基础。罗德与施瓦茨不仅能够为地面站提供设备,还可以为客户提供机载解决方案。

工作组正与国际民航组织 (ICAO) 合作,制定和实施飞行验收标准。ICAO 总部位于加拿大,是最具权威的民航标准化组织。该机构审查并整合标准化过程中的重要文件。

在最近启动的 LuFo 项目 PaWaDACs(见上文)中,已设定了该技术的基础路线,2025 年开始,项目将进行 LDACS 地面设备和机载设备开发。预计该设备将于 2028 年上市。罗德与施瓦茨从早期就开始参与 LuFo 项目,在 LDACS 市场中居于领先地位,相较其他供应商更具竞争优势。

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