現代空中交通管理

空中交通管理系統作為國土防空體系的重要組成部分，是國家實施空域管理、保障飛行安全、實現航空高效運輸的有序運行、捍衞我國空域權益的核心繫統。.

隨着高科技的發展，飛機自動化程度大幅度提高，空中交通流量不斷增長，使各個國家的現行航行系統出現了不同程度地超載或飽和。為此，國際民航組織提出了以衞星技術為基礎的全球一體化的通信、導航、監視和空中交通管理系統的概念及其基本實施方案。於1993年公佈了《新航行系統全球過渡協調計劃》簡稱為“新航行系統”，使該系統成為其成員國遵照實施的統一大系統。

改革開放以來，我國民用航空運輸每年平均以兩位數的百分比遞增，綜合運輸能力在全球市場中的地位日益提高，同時，空中交通體系承受着越來越大的壓力，迫切需要現代化的空中交通管理系統。

現代空中交通管理系統採用現代衞星、信息、網絡和自動化技術，將星基系統與現行陸基系統高度集成，構成天地空一體化的通信、導航、監視、管制系統，為我國民航飛機的全球運營提供服務。它不僅可以有效管理國家空域資源，而且能夠帶動眾多領域發展，有着極大的拓展空間和應

用前景。

本教材針對國家空中交通管理領域及其前沿需求，緊密結合國內外空管技術及相關通信、導航、監視技術的發展，以北京航空航天大學交通信息工程及控制的博士點、民航數據通信及新航行系統重點實驗室近年取得的相關科研成果為主線，編撰此書。..

在內容安排上，打破了傳統空中交通管理相關文獻中以管制流程和職能劃分的格局，以現代空管通信、導航和監視技術的發展以及對空中交通管理技術的推動為主線。結合空管技術的發展和作者的科研成果，重點分析了現代通信、導航、監視與空管的關係，從而，更易於揭示現代空中本書由張軍教授主編。第1章、第3章、第5章(部分)和第6章(部分)由張軍教授編寫，第2章由朱衍波高工編寫，第4章由黃智剛教授編寫，第5章(部分)和第7章(部分)由張學軍副教授編寫，第6章(部分)由朱衍波高工編寫，第7章(部分)由羅喜伶博士編寫。此外，劉鋒副教授、劉凱副教授、王鋼博士後、張濤、苑拮、顧明、譚錫荊、譚光、高東嶺、李宏、李忠孝、聶姝慧、張明、任鵬、杜冰，薛瑞、胡字瀅、吳限、蔣乃欣、李建軍、楊成雷、鄧聰、尹佳、周慶松、黃飛年、王記豐、李淵、王曉琳、鄧煒、粟傑、劉偉等研究生也參與了相關內容的編寫和審核。

感謝國家空管委辦公室、國家自然科學基金委、國家發改委、科技部、教育部、總裝備部、國防科工委、中航第一集團、中航第二集團，空軍航管部、空軍裝備部、民航總局、信息產業部空管辦公室、北京市教委、空軍雷達研究所、民航數據通信公司和北京航空航天大學等單位，對本書編寫工作的大力支持。感謝北京航空航天大學張鳴瑞教授、盧伯英教授，民航空管資深專家陳錦桑高工對本書進行了審校。

本教材適用於交通信息工程領域、通信與信息技術領域的本科生、碩(博)士生，以及空管領域的專業人士、管制員、飛行員；也可供從事現代空中交通管理、天地空一體化網絡及相關領域的研究人員和空管系統愛好者參考。

限於編者的水平，書中難免有不足之處，誠懇地希望讀者批評指正。

張軍，男，1965年7月出生，漢族，安徽合肥人，中共黨員。1990年於北京航空航天大學電子信息工程學院畢業，獲碩士學位，後留校任教，於2001年在北京航空航天大學電子信息工程學院獲博士學位。歷任電子工程系系副主任、電子信息工程學院副院長、院長、民航總局數據通信及新航行系統重點實驗室主任等職。2006年受聘為北京航空航天大學電子信息工程學院特聘教授。

張軍教授主要從事於現代空中交通管理、空天地一體化網絡理論與技術等方面的研究。

在空天地一體化空中交通管理研究領域：①針對我國原有軍民航空管設施平台異構、標準各異、多重體制、代差懸殊，網絡分立形成管制孤島等特殊性和複雜性，創造性地提出了網關集羣體系構架，通過建立網關元模型和內嵌中間層的方法，屏蔽各網關元異構的底層和繁雜的高層應用，解決了在現有設備的基礎上實現多平台、多異構、多體制網絡互聯的關鍵技術難題，突破了國外典型的底層交換組網模式，具有中國獨創性的自主知識產權。②系統地創建了基於網關集羣的通信協議體系，解決了支持多種信道及帶寬、多種業務和多優先級的高效立體信息交換的難題。③基於中間層交換技術和嵌入式的通用組件網關元設計方法，首次研製了一系列宿主網關和邊緣網關等網關集羣裝備，保證多協議、多模式、多業務、多制式的各類異構網絡在統一的環境下安全高效運行，實現了我國軍民航、國際網等十多種專用網絡的互聯互通，首創了適合國情的網關集羣網絡，構築了我國空天地一體化的新一代空中交通服務平台核心骨架。

在飛機自動相關監視研究領域，為解決飛機高動態變化條件下的空天地立體動態網絡端到端高效數據傳輸的難題，創新性地提出了具有非對稱超時處理、無層次命名機制與網絡分層管理技術相結合的新型數據鏈通信協議，解決了因鏈路非對稱、傳輸時延、誤碼率和傳輸帶寬變化對異構網絡造成的信息傳輸瓶頸問題。在國內首次實現了利用空地數據鏈網絡基於飛機主動報告位置實現的飛機自動相關監視系統和空地一體化實時飛機維修支援系統。

在航空移動自組織數據鏈網絡研究領域，針對軍機飛行高動態、大機動以及多機協同的造成的機間數據鏈網絡重構和快速路由修復的難題，提出了機間數據鏈新型時隙選擇算法和動態時隙分配方法，解決了自組織網絡快速重構和多時隙多優先級數據傳輸的難題，可有效支持高動態環境下飛機與飛機間互監視和態勢共享。

這些關鍵技術已經在國家空中交通管理系統中獲得重大應用，並取得重大科研成果。其中，“新一代空中交通服務平台、關鍵技術及其應用”成果，榮獲2004年度國家科技進步一等獎（排名第1），“基於甚高頻數據鏈的自動相關監視系統”成果，榮獲2000年度國家科技進步二等獎（排名第2），榮獲部級科技進步獎多項。

第1章 概論.1

1.1 空中交通管理的發展1

1.2 空中交通管制系統的分類2

1.2.1 機場管制2

1.2.2 進近管制3

1.2.3 區域管制3

1.2.4 程序管制3

1.2.5 雷達管制4

1.3 新航行系統概述4

1.3.1 新航行系統的組成及特點4

1.3.2 通信系統6

1.3.3 導航系統7

1.3.4 監視系統8

1.3.5 空中交通管理系統8

思 考 題9

第2章 國外空管發展現狀10

2.1 典型國家的空管體制10

2.2 空管技術和設施建設15

思 考 題19

第3章 空管通信系統20

.3.1 空管通信的特點20

3.2 空管通信的體制及技術21

3.2.1 空管通信的體制21

3.2.2 空管數據鏈通信技術24

3.3 空管數據鏈通信系統28

3.3.1 甚高頻數據鏈系統28

3.3.2 衞星數據鏈系統74

3.3.3 高頻數據鏈系統80

3.3.4 s模式二次雷達數據鏈系統85

3.4 atn87

3.4.1 atn的功能87

3.4.2 atn的特點87

3.4.3 atn的組成88

3.4.4 atn的應用100

3.4.5 atn的服務質量103

3.4.6 我國atn的發展106

3.5 中國民航甚高頻數據鏈技術的應用與發展106

3.5.1 甚高頻數據鏈的建設107

3.5.2 甚高頻數據鏈的應用110

3.5.3 甚高頻數據鏈的發展115

3.5.4 cpdlc應用117

思 考 題124

第4章 空管導航系統125

4.1 gnss125

4.1.1 導航的發展..125

4.1.2 衞星導航和gnss的基本概念127

4.1.3 典型的衞星導航系統129

4.1.4 衞星導航在空管應用中的問題131

4.2 衞星導航中的差分技術133

4.2.1 差分技術的基本概念及工作原理134

4.2.2 差分技術應用於飛機進近和着陸137

4.3 衞星導航中的完好性監測140

4.3.1 完好性監測的措施及實現140

4.3.2 歐洲的靜地重疊衞星完好性監測方案144

4.3.3 中國民航gnss完好性監測方案145

4.4 衞星導航增強系統152

4.4.1 地基增強系統152

4.4.2 星基增強系統154

4.4.3 空基增強系統155

4.4.4 陸基區域增強系統155

4.5 gnss在空管導航中的應用與發展156

4.5.1 gnss在空管導航中的應用156

4.5.2 gnss在空管導航中的發展158

思 考 題161

第5章 空管監視系統162

5.1 雷達監視原理162

5.1.1 雷達原理162

5.1.2 利用雷達的空中交通管制166

5.2 自動相關監視系統171

5.2.1 ads系統原理172

5.2.2 中國民航基於甚高頻數據鏈的ads系統186

5.3 ads與雷達數據融合處理188

5.3.1 ads信息處理189

5.3.2 航跡處理的卡爾曼濾波算法190

5.3.3 目標跟蹤系統中的狀態融合估計200

5.3.4 民航atc系統中的數據融合202

5.3.5 adsssr數據融合模型202

5.3.6 多ssr目標狀態融合估計205

5.3.7 ads目標跟蹤206

5.3.8 adsssr融合算法207

5.3.9 adsssr融合數字仿真208

5.4 廣播式自動相關監視系統210

5.4.1 adsb的定義210

5.4.2 與其他監視方式的對比210

5.4.3 adsb技術現狀211

5.4.4 adsb支持的應用212

5.4.5 adsb可傳送信息的類型212

5.4.6 adsb報告213

5.4.7 支持adsb的數據鏈技術215

5.4.8 移動自主網技術對adsb支持的分析219

5.4.9 adsb支持下的衝突檢測技術實現221

思 考 題223

第6章 空中交通管理及應用225

6.1 飛行計劃數據處理225

6.1.1 飛行計劃來源225

6.1.2 飛行計劃的基本內容225

6.1.3 飛行計劃的實施過程226

6.2 雷達數據處理229

6.3 空中交通管理的綜合信息處理239

6.3.1 空中交通管理的綜合信息239

6.3.2 綜合信息處理的各主要子系統241

6.4 區域管制中心251

6.4.1 區域管制中心的組成及功能251

6.4.2 區域管制中心的特點253

6.4.3 區域管制中心實例——中國民航三大區域管制中心的建設255

6.5 cns/atm管制工作站系統257

6.5.1 cns/atm工作站的需求258

6.5.2 cns/atm工作站的組成258

6.5.3 cns/atm工作站的運行環境260

6.5.4 ads在cns/atm工作站中的應用261

6.5.5 cpdlc264

6.5.6 cns/atm工作站中的其他功能模塊267

思 考 題268

第7章 空域規劃管理與流量管理269

7.1 空域規劃管理269

7.1.1 空域規劃管理的基本概念269

7.1.2 空域容量277

7.1.3 空域容量的優化方法概述290

7.1.4 空域規劃管理的發展趨勢290

7.2 空中交通流量管理292

7.2.1 流量管理系統的組織和功能295

7.2.2 各國空中交通流量管理系統的發展300

7.2.3 流量管理問題302

7.2.4 地面等待策略305

7.3 地面等待策略問題的模型及算法306

7.3.1 降落容量受限的ghpp模型分析306

7.3.2 降落容量受限的ghpp模型回溯算法310

7.3.3 起降容量相互影響的ghpp模型分析311

7.4 空中交通流量管理系統實例319

7.4.1 國外流量管理系統319

7.4.2 中國的空中交通流量管理系統的建設325

思 考 題333

附錄英文縮略語中文釋義表334

參考文獻...339

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