ứng dụng của vhf data link mode 4 trong môi trường cns atm

Tài liệu tham khảo chuyên ngành tin học ứng dụng của vhf data link mode 4 trong môi trường cns atm

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, các hệ thống dẫn đường hàng không đã dần không còn tương xứng

về khả năng cung cấp dẫn đến việc cản trở và phụ phí ngày càng tăng cho khách hàng.Khi lưu lượng bay tăng, trễ dưới mặt đất (phần lớn là do sự cản trở luồng không lưu)

và trên không tăng thậm chí hơn cả mức của các vùng tắc nghẽn Tình trạng này đã trởlên nghiêm trọng khi ngành hàng không dự kiến mức tăng trưởng còn cao hơn trongcác năm tới Trễ tại châu Âu hiện nay chủ yếu là do sự phân chia số lượng lớn cácvùng sector nhỏ tại các vùng điều hành và trung tâm Quản lý bay phải sắp đặt và xử lýcác vấn đề trong các trung tâm và giữa các trung tâm với nhau Còn tại Mỹ thì sự tắcnghẽn xảy ra tại các đầu cuối và tại các sân bay, tình trạng tương tự như ở châu Âu làhiện tượng cổ chai tại các tuyến đang được loại bỏ dần dần Tại các vùng ít phát triểnhơn, sự thiếu hụt khả năng giám sát bằng Radar và yếu kém về hạ tầng cơ sở thông tindẫn đến các hệ thống kém hiệu quả và tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn

Cứ mỗi phút tiết kiệm ở trên không của máy bay phản lực đều tiết kiệm hàngtriệu USD tiền nhiên liệu cho ngành mỗi năm và giảm đáng kể ô nhiễm môi trường.Mọi nỗ lực đều hướng tới việc làm giảm thời gian bay trên không bằng cách tối ưu hoáđường bay từ điểm khởi hành đến điểm kết thúc và tránh việc bay chờ và mở rộngvùng tiếp cận Giảm thời gian bay trung bình còn có nghĩa là tăng được lưu lượng bay

và tăng tính an toàn

Với các thành công trong các lĩnh vực điện tử viễn thông, tin học và đặc biệt làthông tin vệ tinh và công nghệ liên kết dữ liệu, ý tưởng CNS/ATM của ICAO cung cấpmột cơ sở cho hệ thống dẫn đường tương lai đã trở thành hiện thực Cuối cùng ý tưởng

sẽ cho phép người điều khiển tầu bay sắp đặt chuyến bay theo một đường bay tốt nhất,điều chỉnh được một cách linh hoạt, với một hiệu suất tối ưu và chi phí tối thiểu Khi

đó các phương thức và thủ tục cần được thực hiện một cách đầy đủ tính năng và tiềmnăng của các công nghệ mới để tăng cường khả năng và độ an toàn

Sự kết hợp của hệ thống quản lý bay với tính chính xác của hệ thống dẫn đường

vệ tinh cho phép tầu bay không những bay chính xác trên những không gian 3 chiềukhông cần sự trợ giúp của các phương tiện dẫn đường mặt đất mà còn sắp đặt cho tầubay vào các điểm báo cáo (waypoints) trong vài giây của thời gian định trước hoặctheo yêu cầu của kiểm soát viên không lưu Tính năng dẫn đường 4 chiều này có thểđược mở rộng ra cho việc điều khiển thời gian đến tại sân bay Bất cứ sai lệch nào ởphía thu sẽ được xử lý bởi hệ thống quản lý bay để xem xét xem đường hạ cánh còn

được dành sẵn hay không Các cơ chế máy móc cơ khí khác cũng được thực hiện bổxung để có thể sử dụng tối đa đường lăn và không phận, do đó sẽ đảm bảo được phâncách an toàn giữa các tầu bay mọi thời điểm

Kết hợp với các thủ tục phù hợp cùng với các công cụ hiển thị sẽ giúp cho việccảnh báo tình trạng, CDTI sẽ giúp cho việc đảm bảo phân cách không lưu với sự việctrách nhiệm phân cách được chia sẻ cho cả các kiếm soát viên không lưu và phi công.Một liên kết thông tin không - đất và không - không thời gian thực được mở rộng chomột số lượng lớn đơn vị sử dụng sẽ đòi hỏi một liên kết dữ liệu dung lượng cao và tincậy VDL Mode 4 là một liên kết dữ liệu dung lượng lớn cung cấp một số lượng lớncác dịch vụ và chức năng theo các yêu cầu của khái niệm CNS/ATM của ICAO

Để bắt kịp sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ tiến tiến và đòi hỏingày càng cao của ngành hàng không dân dụng Việt Nam cũng như quốc tế, việcnghiên cứu công nghệ và triển khai các hệ thống Thông tin - Giám sát - Dẫn đườngmới là một đòi hỏi bức thiết cần được thực hiện Với lưu lượng bay của nước ta hiệnnay các hệ thống kỹ thuật vẫn còn đảm bảo được, tuy nhiên với mức tăng trưởng trongtương lai thì sự thay đổi là rất cần thiết vì vận tải hàng không là một môi trường trongsuốt không có biên giới và thay đổi trong công nghệ hàng không, nhất là đối với côngtác điều hành không lưu, cần phải đồng đều trên toàn thế giới để tương thích với mọichủng loại tầu bay của các hãng hàng không trên vùng lãnh thổ Việt Nam

Luận văn “ ỨNG DỤNG CỦA VHF DATA LINK MODE 4 TRONG MÔI TRƯỜNG CNS/ ATM ” nghiên cứu công nghệ kỹ thuật VHF Data Link Mode 4, một liên kết dữ liệu số

sử dụng sóng VHF giữa các phương tiện tham gia giao thông hàng không Đây là nềntảng cho một loạt các ứng dụng điều hành quản lý không lưu khác sẽ sử dụng đườngtruyền này để hoạt động thay thế cho các phương thức truyền dẫn tương tự đang sửdụng hiện nay Luận văn cũng đề cập đến vấn đề triển khai hệ thống mới trong môitrường hàng không hiện nay và tiến trình thay thế các hệ thống cũ trong thời kỳ quáđộ

Trong quá trình thực hiện luận văn không tránh khỏi nhiều thiết sót, tôi mongmuốn nhận được nhiều ý kiến đóng góp để luận văn được hoàn thiện và thực tế hơn

Qua lời mở đầu này tôi xin được gửi lời trân trọng cảm ơn Tiến sỹ NguyễnPhương, tập thể các giảng viên trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đội ngũ cán bộ kỹthuật Trung tâm quản lý bay miền Bắc cùng các đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ,hướng dẫn và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt bài luận văn này

Xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

Chương I Kế hoạch quốc gia cho các hệ thống CNS/ATM 12 1.1 Hoạt động của Trung tâm Quản lý bay dân dụng Việt Nam 12

1.3 Phân tích đánh giá hiện trạng của hệ thống hiện tại 16

Chương 3: Các kỹ thuật VDL và vai trò của VDL Mode 4 trong hệ thống

4.5.1 Lược đồ điều chế 44

4.7.5 Yêu cầu trực tiếp/dành riêng đáp ứng khẩn cầu (Directed

Request/Plea response Reservation)

61

4.7.6 Yêu cầu trực tiếp/Dành riêng tự động điều chỉnh(Autotune

Reservation)

61

4.8.1 Giao thức dịch vụ liên kết dữ liệu (DLS-Data link service) 65 4.8.2 Chức năng hội tụ phụ thuộc mạng di động (Mobile Subnetwork

Dependent Convergence Function - SNDCF)

5.1 Các bản tin quản lý kết nối – Link Management 84 5.1.1 Cấu trúc bản tin chùm đồng bộ – SYNC BURST 84

5.2.2 Các quy tắc về vô tuyến của ITU 89 5.2.3 Kế hoạch phân bổ tần số cho VDL Mode 4 90

5.3.4 Trang thiết bị của trạm mặt đất cho việc sử dụng đa kênh 97

5.3.6 Một số mô hình đặc trưng của quản lý kênh 98

6.3.4 Phương án trang bị dự phòng trên tầu bay 108

CHỮ VIẾT TẮT ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

ABAS Aircraft-Based Augmentation System - Hệ thống tăng cường trên tầu bay

ACARS Aircraft Communication and Reporting System - Hệ thống báo cáo và chuyển

thông tin trên tầu bay

ACAS Airborne Collision Avoidance System - Hệ thống chống va chạm trên không

ACC Area Control Centre - Trung tâm kiểm soát bay đường dài

ACI Adjacent Channel Interference - Nhiễu kênh lân cận

ACL ATC Clearance and Information - Dịch vụ thông tin kiểm tra không lưu

ACM ATC Communications Management - Dịch vụ quản lý thông tin không lưu

Airborne Conflict Management - Quản lý xung đột không phận

ADEP Aerodrome of Departure - Sân bay cất cánh

ADES Aerodrome of Destination - Sân bay hạ cánh

ADS Automatic Dependent Surveillance - Giám sát tự động độc lập

ADS-A Addressed ADS - Giám sát tự động độc lập phát trực tiếp

ADS-C ADS-Contract - Giám sát tự động độc lập rút gọn

AEEC Airline Electronic Engineering Committee - Hội kỹ sư diện tử hàng không

AIRSAW Airborne Situation(al) Awareness - Cảnh báo tình trạng không phận

AIS Aeronautical Information Services - Dịch vụ không báo

AMCP Aeronautical Telecommunications Panel - Phân ban thông tin hàng không

AMSS Aeronautical Mobile Satellite Service - Hệ thống vệ tinh lưu động hàng không

ANC Air Navigation Commission - Hội đồng dẫn đường hàng không

AOC Airline Operational Centre - Quản lý hoạt động khai thác hàng không

APP Approach Control - Kiểm soát tiếp cận

APV Approach with Vertical Guidance - Tiếp cận dẫn đường thẳng đứng

ASAS Airborne Separations Assurance System - Hệ thống bảo đảm phân cách không

lưu

ASM Airspace Management - Quản lý vùng trời

A-SMGCS Advanced Surface Movement Guidance and Control System - Hệ thống tăng

cường kiểm soát và chỉ dẫn các hoạt động bề mặt

ASSAP Airborne Surveillance and Separation Assurance Processing - Xử lý

bảo đảm phân cách và dẫn đường hàng không

AT Air Transport - Loại tầu bay thương mại chở khách

hoặc Airborne Transponder - Máy thu phát trên không

ATC Air Traffic Control - Công tác kiểm soát không lưu

ATCC Air Traffic Control Centre - Trung tâm kiểm soát không lưu

ATFM Air Traffic Flow Management - Quản lý luông không lưu

ATIS Automatic Terminal Information Service - Dịch vụ thông tự động khu vực

trung cận

ATIS-B ATIS-Broadcast - Dịch vụ thông tự động khu vực trung cận phát quảng bá

ATN Aeronautical Telecommunications Network - Mạng thông tin viễn thông hàng

không

ATMCP Air Traffic Management Concept Panel - Nhóm nghiên cứu về quản lý bay

ATS Air Traffic Services - Dịch vụ không lưu

ATSAW Air Traffic Situation(al) Awareness - Cảnh báo tình trạng không lưu

ATSU Air Traffic Services Unit - Đơn vị dịch vụ không lưu

BER Bit Error Rate - Tỉ lệ lỗi bit

BND Big Negative Dither - Giao thức dung sai âm lớn

CAA Civil Aviation Authority - Nhà chức trách hàng không dân dụng

CARD CNS Applications Research and Development program - chương trình nghiên

cứu và phát triển úng dụng Thông tin/Dẫn đường/Giám sát

CBA Cost Benefit Analysis - Phân tích quan hệ vốn/ lãi

CCI Co-Channel Interference - Nhiễu đồng kênh

CD Conflict Detection - Dò tìm xung đột

CD&R Conflict Detection and Resolution - Dò tìm và giải quyết xung đột

CDTI Cockpit Display of Traffic Information - màn hình hiển thị nền không lưu

trong buồng lái

CDU Cockpit Display Unit - Màn hình hiển thị trên buông lái

CFMU Central Flow Management Unit - Đơn vị quản lý luồng trung tâm

CNS Communications, Navigation and Surveillance - Thông tin, dẫn đường và giám

sát

CNSGS CNS Ground Station - Trạm thông tin, dẫn đường và giám sát mặt đất

CNS/ATM Communications, Navigation, Surveillance [in support of] Air Traffic

Management - Thông tin, dẫn đường và giám sát [hỗ trợ cho] Quản lý không lưu

CP Conflict Prevention - Chống xung đột

CPDLC Controller-Pilot Data Link Communications - Thông tin kết nối dữ liệu giữa

kiểm soát viên không lưu và phi công

CPR Compact Position Reporting - Báo cáo vị trí rút gọn

CR Conflict Resolution - Giải quyết xung đột

CRC Cyclic Redundancy Check - Mã kiểm tra dư vòng

CWP Controller Working Position - Vị trí điều hành bay (của kiểm soát viên )

DAP Downlink of Aircraft Parameters - Thu các tham số của tầu bay

DAS Delegated Airborne Separation - Phân cách không lưu tiêu chuẩn

DCL Departure Clearance Service - Dịch vụ dọn đường khởi hành

DFIS Data link FIS - Liên kết dữ liệu dành cho dịch vụ thông tin bay

DGNSS Differential GNSS - Dẫn đường vệ tinh vi sai

DLIC Data Link Initiation Capability - Tính năng khởi tạo liên kết dữ liệu

DLS VDL Mode 4 Data Link Services - Các dịch vụ VDL Mode 4

DME Distance Measuring Equipment - Thiết bị đo khoảng cách

DoS Directory of Services - Bản tin danh sách dịch vụ

ECAC European Civil Aviation Conference - Hiệp hội hàng không dân dụng châu Âu

EFR Extended Flight Rules - Các quy tắc bay mở rộng

ETA Estimated Time of Arrival - Giờ tới dự kiến

E-TIBA Enhanced TIBA - TIB tăng cường

ETSI European Telecommunications Standards - Chuẩn viễn thông châu Âu

EVA Extended Visual Acquisition - Tầm nhìn mở rộng

EUROCAE European Organisation for Civil Aviation Equipment - Tổ chức châu Âu về

phương tiện hàng không dân dụng

EUROCONTROL European Organisation for the safety of Air Navigation - Tổ chức châu

Âu về an toàn dẫn đường hàng không

FAA Federal Aviation Agency - Chi nhánh hàng không liên bang

FANS Future Air Navigation System - Tổ chức nghiên cứu các hệ thống dẫn đường

tương lai FARAWAY Fusion of Radar & ADS data through two WAY data link - Sự kết hợp Radar

và ADS trong liên kết dữ liệu 2 chiều

FAS Final Approach Segment - Đoạn tiếp cận cuối cùng

FDPS Flight Data Processing System - Hệ thống xử lý dữ liệu bay

FFAS Free Flight Airspace - Vùng bay tự do (bay bằng)

FIR Flight Information Region - Vùng thông báo bay

FIS Flight Information Services - Dịch vụ thông báo bay

FIS-B FIS Broadcast - Dịch vụ thông báo bay quảng bá

FLIPCY Flight Plan Consistence - Bản tin kế hoạch bay

FMC Flight Management Computer - Máy tính quản lý bay

FMS Flight Management System - Hệ thống quản lý bay

GBAS Ground-based Augmentation System - Hệ thống tăng cường mặt đất

GES Ground Earth Station - Trạm vệ tinh mặt đất

GFSK Gaussian Filtered Frequency Shift Keying - Khoá dịch tần lọc Gaussian

GLONASS Global Orbiting Navigation Satellite System - Hệ thống dẫn đường vệ tinh quỹ

đạo toàn cầu

GLS GNSS Landing System - Hệ thống hạ cánh sử dụng dẫn đường vệ tinh

GNSS Global Navigation Satellite System - Hệ thống dẫn đường vệ tinh toàn cầu

GPS Global Positioning System - Hệ thống định vị toàn cầu

GPWS Ground Proximity Warning System - Hệ thống cảnh báo va chạm mặt đất

GR General Request - Bản tin yêu cầu chung

GRAS Ground-based Regional Augmentation System - Hệ thống tăng cường mặt đất

vùng

GSC Global Signalling Channel - Kênh báo hiệu toàn cầu

ICAO International Civil Aviation Organization - Tổ chức hàng không dân dụng

quốc tế

IFR Instrument Flight Rules - Các quy tắc bay có khí tài

IMC Instrument Meteorological Conditions - Công cụ đo điều kiện khí tượng

INS Inertial Navigation System - hệ thống dẫn đường quán tính

IPV Instrument approach with vertical guidance - Hệ thống tiếp cận dẫn đường dọc

IRS Inertial Reference System - Hệ thống chuẩn quán tính

ISO International Standards Organisation - Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế

ITC Integrated Timing Concept - Khái niệm thời gian kết hợp

LOS Line of Sight - Trong tầm nhìn thẳng

LSC Local Signalling Channel - Kênh báo hiệu tại chỗ

MAS Managed Airspace - Vùng trời được quản lý

MET Meteorological Services for Air Navigation - Dịch vụ khí tượng cho dẫn

đường

MER Message Error Rate - Mức độ lỗi bản tin

METAR Meteorological Aerodrome Report - Báo cáo thông tin thời tiết vùng trời

MIDS Multifunctional Information Distribution System - Hệ thống phân phát thông

tin đa năng

Mode S Mode Select - Chế độ lựa chọn (Lựa chọn hoạt động kết hợp cùng hệ thống

Radar thứ cấp)

MSAS MTSAT Satellite-based Augmentation System - Hệ thống tăng cường vệ tinh

MTSAT

ND Navigation Display - Hiển thị dẫn đường

NEAP North European CNS/ATM Applications Project - Dự án ứng dụng CNS/ATM

Bắc Âu

NOTAM Notice to Airmen - Thông báo hàng không

NPA Non-Precision Approach - Tiếp cận không chính xác

NPV Non-Precision Approach with Vertical Guidance - Tiếp cận không chính xác

với dẫn đường dọc

NUC Navigation Uncertainty Category - Dẫn đường không chính xác

OAT Operational Air Traffic - Hoạt động điều hành bay

OLDI On-Line Data Interchange - Trao đổi thông tin trực tuyến

PA Precision Approach - Tiếp cận chính xác

PDC Pre-Departure Clearance - Kiểm tra trước khi cất cánh

PFD Primary Flight Display - Hiển thị thông tin bay thức cấp

PIREP Pilot Report - Báo cáo từ phi công

PR Position Report - Báo cáo vị trí

PRM Precision Runway Monitoring - Giám sát đường lăn chính xác

PSR Primary Surveillance Radar - Radar giám sát sơ cấp

QoS Quality of Service - Chất lượng dịch vụ

RNAV Area Navigation - Vùng dẫn đường

RSC Regional Signalling Channel - Kênh báo hiệu vùng

SAR Search and Rescue - Tìm kiếm cứu nguy

SARPs Standards and Recommended Practices - Chuẩn và khuyến nghị thực thi

SATCOM Satellite Voice and Data Communications - Thông tin dữ liệu và thoại vệ tinh

SBAS Satellite-Based Augmentation System - Hệ thống tăng cường vệ tinh

SIGMET Significant Meteorology - Bản tin khí tượng quan trọng

SMGCS Surface Movement Guidance and Control System - Hệ thống kiểm soát và chỉ

dẫn các hoạt động bề mặt

SMR Surface Movement Radar - Radar giám sát hoạt động bề mặt

SSR Secondary Surveillance Radar - Radar giám sát thứ cấp

STDMA Self-organising Time Division Multiple Access - Đa truy nhập phân chia thời

gian tự tổ chức

SUA Special Use Airspace - Vùng trời sử dụng đặc biệt

TAF Aerodrome Forecast - Dự đoán vùng trời

TCAS Traffic alert and Collision Avoidance System - Hệ thống chống va chạm và

cảnh báo lưu lượng

TCP Trajectory Change Point - Điểm thay đổi quỹ đạo bay

TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol - Giao thức điều khiển

phát/Giao thức internet

TDMA Time Division Multiple Access - Đa truy nhập phân chia thời gian

TIBA Traffic Information Broadcast by Aircraft - Quảng bá thông tin bay bởi tầu

bay

TIS Traffic Information Service - Dịch vụ thông báo bay

TIS-B TIS Broadcast - Dịch vụ thông báo bay quảng bá

TMA Terminal (Movement) Area - Vùng đầu cuối

UAT Universal Access Transceiver - Máy thu phát truy nhập toàn cầu

UDP User Datagram Protocol - Giao thức gói dữ liệu người sử dụng

UMAS Unmanaged Airspace - Vùng trời chưa quản lý

UTC Co-ordinated Universal Time - Thời gian chuẩn toàn cầu

VDL VHF Digital Link - Liên kết dữ liệu sử dụng sóng VHF

VFR Visual Flight Rules - Quy tắc bay bằng mắt

VHF Very High Frequency - Tần số rất cao

VLMC Virtual Link Management Channel - Kênh quản lý liên kết ảo

VMC Visual Meteorological Conditions - Điều kiện khí tượng nhìn được

VOLMET Aeronautical Meteorological Broadcast - Bản tin quảng bá khí tượng hàng

không

VSS VDL Mode 4 Specific Services - Các dịch vụ dặc trưng VDL Mode 4

WAAS Wide Area Augmentation System - Hệ thống tăng cường vùng rộng

XID Exchange Identity frames - Khung nhận dạng trao đổi

XPDR Transponder - Máy thu phát

CHƯƠNG I KẾ HOẠCH QUỐC GIA CHO CÁC HỆ THỐNG CNS/ATM

Nội dung của chương này đề cập đến các vấn đề sau:

- Giới thiệu về trung tâm Quản lý bay dân dụng Việt Nam, các dịch vụ cung cấp

và hệ thống trang thiết bị đảm bảo cho hoạt động hiện tại

- Đánh giá theo tiêu chuẩn của Tổ chức hàng không dân dụng quốc tế ICAO vềhiện trạng của các hệ thống hiện tại cũng như theo sự phát triển của ngành hàngkhông để nêu nên sự cần thiết cải tổ các hệ thống hiện tại

1.1 Hoạt động của Trung tâm Quản lý bay dân dụng Việt Nam (VATM –

Viet Nam Air Traffic Management).

Là một doanh nghiệp nhà nước hoạt động trong ngành hàng không, chức năng vànhiệm vụ chính của VATM là:

a) Cung cấp các dịch vụ không lưu bao gồm:

- Dịch vụ điều hành không lưu bao gồm tại sân bay (TWR), vùng tiếp cận(APP) và đường dài (ACC)

- Công tác thông báo bay (FIS) và các dịch vụ cảnh báo (ALRS)

b) Quản lý vùng trời, không phận quốc gia:

- Quản lý các phương tiện cơ sở hạ tầng cho không vận

- Thiết lập các đường bay và phối hợp trong việc sử dụng vùng trời

Ngoài ra còn có các dịch vụ khác như Dịch vụ khí tượng, tìm kiếm cứu nguy,huấn luyện đào tạo

Cùng yêu với cầu phát triển của ngành hàng không quốc tế, tổ chức hàng khôngquốc tế ICAO đã có những giám sát, khuyến nghị hướng dẫn các quốc gia trong các hệthống tổ chức quản lý không lưu Theo ICAO yêu cầu, để cung cấp các dịch vụ tốtnhất theo yêu cầu của các khách hàng thì một hệ thống quản lý bay cần phải cung cấptất cả các dịch vụ cơ bản là:

i Quản lý không lưu - Air traffic management: Quản lý chung các dịch

vụ cung cấp, phối kết hợp đồng bộ các dịch vụ để đạt được kếtquả tốt nhất

ii Dịch vụ không lưu - Air traffic services: Điều hành bay trực tiếp các

tầu bay trong vùng thông báo bay

iii Dịch vụ thông tin liên lạc - Communication services: Hay còn gọi là

các dịch vụ thông tin cố định hàng không bao gồm thông tinthoại, số liệu giữa các đơn vị kiểm soát không lưu nội địa, quốc tếvới nhau và với tầu bay Mạng bao gồm các hệ thống thông tintrực thoại, hệ thống chuyển tiếp điện văn tự động sử dụng cácđường truyền dẫn viễn thông quy mô lớn

iv Dịch vụ giám sát - surveillance services: Giám sát tất cả các hoạt động

bay trong vùng thông báo bay, sử dụng các Radar tại các trạm thuthập xử lý, lưu trữ và phân phát các dữ liệu bay về trung tâm phục

vụ cho việc điều hành bay

v Dịch vụ dẫn đường - Navigation services: Sử dụng các phương tiện

dẫn đường như đèn hiệu, NDB, VOR/DME hoặc vệ tinh để dẫnđường cho các tầu bay

vi Dịch vụ khí tượng hàng không - Metereological services: Giám sát

các hiện tượng thời tiết trong vùng thông báo bay, xử lý các sốliệu thời tiết và cấp phát cho tất cả các đơn vị liên quan

vii Dịch vụ cảnh báo, tìm kiếm & cứu nạn - Alert, search and rescuse

services: Tổ chức tốt các mạng lưới tìm kiếm cứu nguy trên quy

mô quốc gia, quốc tế, sắn sàng ứng phó với các tình huống lâmnạn của tầu bay

1.2 Hiện trạng của hệ thống hiện tại

Không phận Việt Nam được quản lý chia thành 2 vùng thông báo bay

(FIR-Flight Information Region) là FIR Hà Nội và FIR Hồ Chí Minh

FIR Hà Nội bao gồm 9 đường bay, trong đó có 3 đường bay quốc tế, 6 đườngbay nội địa với 01 sân bay quốc tế và 04 sân bay địa phương FIR Hồ Chí Minh rộnghơn với 18 đường bay quốc tế và 11 đường bay nội địa (Hình 1.1)

Hệ thống thông tin cố định hàng không sử dụng các tuyến truyền dẫn VSAT,

Viba, và cáp quang cung cấp các dịch vụ trực thoại Hotline giữa các trung tâm chỉ huybay Việc liên lạc không địa sử dụng các hệ thống điều khiển xa VHF với cơ chế điều

biên AM 25kHz công suất phát lớn lên đến 250W tạo nên mạng lưới các trạm VHFbao phủ toàn bộ các FIR (hình 1.2) và hệ thống thu phát HF đơn biên.

Hệ thống chuyển tiếp điện văn tự động AMSC được đặt tại các trung tâm HAN,DNA, HCM và Trung tâm điều hành chỉ huy bay kết nối sử dụng các phương tiệntruyền dẫn nêu trên

Hệ thống giám sát được cơ cấu bởi các trạm Radar sơ cấp (PSR) tầm phủ 80

dặm và các trạm Radar thứ cấp (SSR) tầm phủ 250 dặm có nhiệm vụ thu thập cácthông tin tầu bay cung cấp cho các trung tâm xử lý số liệu Radar tại 2 FIR Sơ đồ trạm

và tầm phủ được mô tả như hình 1.3 dưới đây

Hình 1.1 Các vùng thông báobay Việt Nam và các đường

bay

Hình 1.2 Các trạm VHF và tầm phủ tương ứng trên lãnh thổ Việt Nam

Dịch vụ dẫn đường được cung cấp bởi các đài NDB (Non-Directional

Beacons) và DVOR/DME (VHF Doppler Omi Range/Distance Mesuring Equipment)trải dài trên các tuyến bay nội địa và quốc tế phục vụ việc dấn đường (Hình 1.4).Tạicác sân bay với yêu cầu cao về lưu lượng có sự phối hợp giữa các đài NDB, hệ thốngđèn tín hiệu và các phương tiện hạ cánh lắp đặt tại đường băng

Hình 1.3 Tầm phủ Radar trên lãnh thổ Việt Nam

Dịch vụ cảnh báo, tìm kiếm và cứu nạn SAR được tổ chức thành ba trung

tâm được quản lý trực tiếp bởi VATM bao gồm:

+ 02 trung tâm tìm kiếm và cứu nạn tại HAN và HCM

+ 01 trung tâm con tại DNA

Các trung tâm trên hoạt động có sự phối hợp cùng các nhà chức trách các cụmcảng hàng không và trung tâm tìm tiếm cứu nạn quốc gia đảm bảo dịch vụ nhanh nhấttrong mọi trường hợp khẩn cấp

Hình 1.4 Hệ thống các phương tiện dẫn đường kết hợp

1.3 Phân tích đánh giá hiện trạng của hệ thống hiện tại

Như đã giới thiệu trên, quá trình bảo đảm cho tàu bay bay an toàn từ điểm khởihành ban đầu tới điểm đến kết thúc yêu cầu các hệ thống quản lý không lưu phải hoạtđộng có hiệu quả và phải có sự phối hợp chặt chẽ của ba hệ thống chức năng chính:

Thông tin liên lạc, Dẫn đường và Giám sát Trong đó Thông tin liên lạc là việc trao

đổi các thông tin thoại và dữ liệu giữa người lái và kiểm soát viên không lưu hoặc các

trung tâm kế cận Dẫn đường chỉ vị trí tàu bay cho tổ lái Giám sát chỉ vị trí tàu bay

cho kiểm soát viên không lưu, việc đó bao gồm chuyển các tin tức về dẫn đường từ tầubay cho các trung tâm kiểm soát không lưu để tạo điều kiên giám sát và ghi hình liêntục các vị trí liên quan của tàu bay của tàu bay ICAO gọi ba chức năng chính này làCNS và xem chúng là các dịch vụ hỗ trợ cơ bản cho các hệ thống quản lý không lưu

Sự phát triển của ngành Hàng không dân dụng cũng như sự phát triển ngày càng tinh

vi của tàu bay và công nghệ điện tử đã làm các hệ thống hiện tại ngày càng bộc lộnhiều hạn chế

Đầu những năm 1980, tổ chức HKĐ quốc tế đã thừa nhận những hạn chế đanggia tăng của các hệ thống không vận hiện tại và sự cần thiết phải cải thiện để đưangành HKĐ vào thế kỷ 21 Năm 1993 ICAO đã thành lập uỷ ban đặc biệt về các hệthống dẫn đường tương lại (FANS) với nhiệm vụ nghiên cứu, xác định và đánh giá cáckhái niệm, công nghệ mới và đưa ra các khuyến cáo cho phối hợp xây dụng hệ thốngkhông vận theo thể thức tiến trình trong 25 năm tới Các khuyến cáo đã được đưa racho từng quốc gia về việc lập kế hoạch thực hiện thành công các hệ thống CNS/ATMtrên phạm vi toàn cầu Việc đánh giá, lập kế hoạch và thực hiện cần được thực hiệnđồng bộ trên mọi phương diện của CNS/ATM tức là trên các hệ thống Thông tin liênlạc, Dẫn đường, Giám sát và Hệ thống quản lý không lưu ATM Việc thực hiện cũngphải có sự phối hợp tham gia đầy đủ của các đối tác và trên ba phạm vi: Toàn cầu,Quốc gia và Khu vực Trong khuôn khổ của luận văn này chỉ đề cập đến việc đánh giá

và lập kế hoạch phát triển kỹ thuật cho hệ thống trong phạm vi quốc gia

Trước hết cần phải đánh giá khả năng sẵn có của các hệ thống kỹ thuật và dịch

vụ Cần đánh giá hạ tầng cơ sở hiện tại trên các hạng mục : Các cảng hàng không,Vùng trời, Thông tin liên lạc Các thông kê về hệ thống hiện tại được thể hiện trongcác bảng sau:

Bảng 1.1 Hiện tại hạ tầng cơ sở – Các cảng hàng không

Stt Tên sân bay Quốc tế và/hoặc

địa phương

Bố trí mặt bằng sân bay

Số lượng và cấu hình các đường cất hạ cánh

1 Đà Nẵng Quốc tế&quốc

2 Nội Bài Quốc tế&quốc

nội

3 Tân Sơn Nhất Quốc tế&quốc

4 Điện Biên Quốc nội Cơ bản 01

Bảng 1.2 Hiện tại hạ tầng cơ sở – Vùng trời

Vùng hạn chế (NM 2 )

Vùng hạn chế (%)

Tổng cộng (NM 2 )

Vùng hạn chế (NM 2 )

Vùng hạn chế (%)

Bảng 1.3 Hiện trạng hạ tầng cơ sở – Các loại phương tiện dẫn đường hiện tại

Stt Hệ thống Số lượng Vị trí Đến khi hệ thống hiện tại đảm bảo

a Hệ thống kiển soát thông tin liên lạc thoại (VCCS – Voice communicationsystem): Đây là một hệ thống trợ giúp KSVKL trong việc thiết lập và đáp ứng cáccuộc đàm thoại liên lạc một cách nhanh nhất, một hệ thống VCCS chuẩn phải đảmbảo tập trung các loại đầu mối thông tin liên lạc theo nhiều chuẩn khác nhau nhưVHF, điều khiển xa VHF/HF, hotline, PABX/PSTN, các giao tiếp 2/4/6/8 dây ,thực hiện kết nối nhanh, không tắc nghẽn, tính dự phòng cao và các tính năng khácnhư ghi âm, điện thoại hội nghị, quản lý và giám sát, cảnh báo và được tập trungtại bàn console nơi điều hành Hiện nay đã sẵn có các hệ thống VCCS tại Tân SơnNhất, Nội Bài, còn tại các sân bay lẻ vẫn đang sử dụng các đầu cuối thông tin liênlạc nhỏ lẻ thông thường, chưa có VCCS.

b Tầm phủ sóng VHF: Tại FIR Hà Nội hiện đang sử dụng 03 trạm VHF điềukhiển xa

- VHF Vinh: Sử dụng máy thu phát công suất 50W

- VHF Tam Đảo: Sử dụng máy thu phát công suất 50WVHF

- Đà Nẵng: Sử dụng máy thu phát công suất 200W

- Tại các sân bay địa phương có các máy thu phát điều khiển tại chỗ, bao gồm:

- Sân bay QT Nội Bài: Sử dụng máy thu phát công suất 200W

- Sân bay Nà Sản: Sử dụng máy thu phát công suất 7W

- Sân bay Điện Biên: Sử dụng máy thu phát công suất 7W

- Sân bay Vinh: Sử dụng máy thu phát công suất 7W

- Sân bay Cát Bi: Sử dụng máy thu phát công suất 7W

Nhận xét: Tầm phủ hiện nay đảm bảo phủ kín FIR HAN (chưa kể HF), đáp ứng tốtnhu cầu liên lạc AIR/GROUND với mật độ bay hiện tại

c Vấn đề về nhiễu sóng VHF: có vấn đề về nhiễu sóng có và không có khả năngchủ động khắc phục cho tần số đó Do vấn đề về quản lý tần số và các trang thiết bịthu phát vô tuyến không có đăng ký, đồng thời phương thức điều chế AM hiện đang

dùng là phương thức phổ thông và không có mã hoá chống nhiễu nên còn bị nhiễutần số tại các vùng cục bộ Khắc phục: dùng các tần số dự phòng khác đã đăng ký.

d Tắc nghẽn về tần số và kênh VHF: hiện tại đang sử dụng dải tần VHF từ 118 136,975 MHz với độ phân cách 25kHz, sự tắc nghẽn có thể sảy ra trong tương lai

-e Mạng thoại/dữ liệu đất-đất: sẵn có và hoạt động tốt, đảm bảo nhu cầu bay hiệncung cấp

f Hệ thống

HF/RT sẵn có, ồn, hoạt động kém

g Trang thiết bị VHF/HF/AFTN trang bị đã lâu, cần bảo dưỡng thường xuyên

h Đường truyền dữ liệu không/địa: Không có

Như vậy, hiện trạng của hệ thống trên có thể đảm bảo cho nhu cầu lưu lượngbay hiện tại Tuy nhiên sẽ không đáp ứng được khi mật độ bay tăng nhanh như tiến độhiện nay Theo số liệu thống kê thì đối với FIR Hà Nội tính từ ngày thành lập năm

1993 đến hết năm 2003, tổng số chuyến bay được điều hành đã đạt trên 230000chuyến, còn ở FIR Hồ Chí Minh thì với vị trí thuận lợi bao gồm vùng hải phận rộnglớn, sản lượng điều hành bay đã tăng từ 51541 chuyến năm 1993 lên đến 176126chuyến trong năm 2003 ( tăng 241,7%) Với chỉ 760 kênh VHF trên toàn cầu thì sự tắcnghẽn là không thể tránh khỏi, để hỗ trợ cho lưu lượng tầu bay tăng thì cần phải chianhỏ FIR thành các sector và ở các sector đó cần có ít nhất là 1 tần số VHF để sử dụng,

do đó khi lưu lượng bay tăng thì tài nguyên tần số sẽ dần cạn và sẽ không thể tránhkhỏi tắc nghẽn theo số liệu thống kê của European Commission thì tổng số tần số sửdụng tại Châu Âu đã là 9000 tức là có tái sử dụng tần số theo vùng

Nhu cầu cất hạ cánh tại các sân bay sẽ tăng khoảng 30% trong các năm từ 1995đến 2005 và số km tầu bay di chuyển cũng sẽ tăng khoảng 55% trong thời gian đó.Theo dự đoán của ICAO thì trong thập kỷ tiếp theo nhu cầu cũng sẽ tăng như vậy Dolưu lượng bay tăng lên, nhu cầu về nhà cung cấp dịch vụ không lưu trên một cùng trờicũng tăng lên trên tất cả các khu vực, kể cả Việt Nam do hoạt động bay mạng tính chấttoàn cầu kể cả cất hạ cánh và quá cảnh Đối với các tiêu chuẩn phân cách và trang thiết

bị hiện tại, số lượng các chuyến bay không thể lựa chọn đường bay tối ưu ngày càngtăng Thời gian những năm 1995 ở nước ta thì có thể giải quyết bằng cách tăng thêmcác trạm thiết bị, tuy nhiên hiện nay không thể áp dụng phương pháp này mà cần phải

có sự thay đổi về chất hệ thống CNS để bắt kịp sự phát triển của toàn cầu và tránh cácchi phí phụ trội, lãng phí do tắc nghẽn hàng không gây ra, vấn đề này sẽ được nêutrong chương kế tiếp

Trên đây là sự đánh giá hiện trạng và sự cần thiết của việc nâng cấp dịch vụkhông lưu tại Việt Nam Chương 2 sẽ có các đánh giá về tình hình hoạt động bay tạicác nước phát triển trên thế giới và xu hướng nâng cấp dịch vụ tại các nước đó Cácphần kế tiếp cũng nêu nên sự chuyển dịch sang cấu trúc các hệ thống CNS trong tươnglai theo khuyến cáo của ICAO.

CHƯƠNG 2 SỰ CHUYỂN DỊCH SANG CÁC HỆ THỐNG MỚI

2.1 Nền tảng

2.1.1 Đặt vấn đề

Vận tải hàng không có một tốc độ phát triển cao nhất so với các ngành côngnghiệp khác trong vòng 2 thập kỷ qua Sự phát triển này được đánh giá là còn tiếp diễntrong tương lai Số lượng tầu bay trên các sân bay đã tăng 30% kể từ năm 1995 đến

2003 trên toàn cầu và khoảng cách bay tính theo km đã tăng 55% trong khoảng thờigian trên Tại châu Âu, lưu lượng hàng không đã tăng trưởng với mức 5% một năm vàđược dự đoán là có thể tiếp tục tăng trưởng với mức tương tự trong nhiều năm tới Vớimức tăng trưởng như vậy, số lượng tầu bay hoạt động sẽ tăng gấp đôi trong khoảng từ

1997 đến 2015 Các dự đoán trên dựa vào số lượng các đơn đặt hàng sản suất tầu baycủa các hãng hàng không châu Âu Đến giữa năm 2000, gần 1000 tầu bay lớn (trên

Số km của tầu bay di chuyển (triệu) Cất cánh (nghìn)

Hình 1.5 Tổng quan về lưu lượng bay thế giới

25000 20000 15000 10000 5000 0

100 ghế) và vừa được đặt hàng, những tầu bay này sẽ hoạt động trên bầu trời trong vàinăm tới Khả năng tăng trưởng quan trọng trên có được là nhờ các chương trình tínhtoán chi tiết tỉ mỉ của châu Âu về lưu lượng bay.

Sự gia tăng về lưu lượng bay đã dẫn đến hậu quả là gia tăng lớn trễ tại các vùnglưu lượng đông Năm 2000, có khoảng 27% các chuyến bay trên toàn châu Âu phảichịu trễ trên 15 phút, trễ trung bình cho mỗi chuyến bay là 14 phút Con số trên là thấphơn ở những năm trước Tháng 7 và 8 năm 2000, gần 1/3 các chuyến khởi hành từchâu Âu thuộc hiệp hội hàng không AEA bị trễ Ước tính của IATA tổng thời gian trễtrên toàn châu Âu trong năm 2000 là 27 triệu phút tức là hơn nửa thế kỷ Tại Mỹ, Cụchàng không liên bang FAA đã công bố trễ gia tăng hơn 20% tại các chuyến bay của

Mỹ trong năm 2000 Cho dù trễ có nguyên nhân chính là thời tiết, nhưng sự gia tăngtrễ này đã lớn hơn 43% so với năm 1999

Tình trạng trễ ảnh hưởng đến chi phí cho ngành hàng không Một yếu tố lớnnhất đó là nhiên liệu Cứ 2 phút bị trễ trong vùng tiếp cận APP tương đương với 180kgnhiên liệu phải sử dụng thêm đối với tầu bay thương mại loại thông thường, chi phí làkhoảng 90 € Đối với các hãng hàng không lớn có khoảng 1000 chuyến bay mỗi ngày,mức giá trị nguyên liệu phụ là khoảng 90000 € mỗi ngày hay 33 triệu € trong mỗinăm

Tuy nhiên, nhiên liệu chỉ là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến chiphí khi bị trễ EC đã ước tính tổng chi phí cho ngành hàng không châu Âu là 10 triệu €cho việc sử dụng không hiệu quả nhân viên, trang thiết bị, lãng phí nhiên liệu và bồithường cho hành khách

Trong các vùng khác ngoài châu Âu và Mỹ, mật độ bay không phải là vấn đềchính, nhưng sự thiếu hụt các hạ tầng cơ sở thích hợp, các phương tiện thông tin, giámsát, dẫn đường không tương xứng dưới mặt đất dẫn đến hậu quả là các hệ thống khôngchắc chắn, không hiệu quả và tiềm tàng hiểm hoạ mất an toàn

2.1.2 Hiệu ứng cổ chai trong các hệ thống dẫn đường hiện tại

Phần quan trọng của trễ là do các vấn đề không lưu Trễ do “Sân bay và ATC”được quy cho là nguyên nhân của 60% toàn bộ trễ của châu Âu, lý do thời tiết chiếmphần trăm còn lại Quá tải hệ thống là nguyên nhân lớn nhất gây ra trì hoãn tại các sânbay Geneva, Dusseldorf, Lisbon, Manchester, Milan và Zurich, nơi mà có đến 3/4 trễ

do vấn đề sân đỗ và điều hành không lưu

Theo AEA, thành phần “Sân bay và ATC” còn bị quy cho việc tăng trễ luồngkhông lưu ở châu Âu Các thống kê của châu Âu cho thấy, sự thiếu hụt các “vùng phân

chia” (enroute sector) tại châu Âu dẫn đến hiệu ứng cổ chai lớn nhất cho hệ thống dẫnđường Với hạn chế của việc quản lý luồng không lưu ATFM, trong năm 2000 cókhoảng 75% trễ do thiếu hụt về dung lượng ATC ở các “vùng phân chia”, khoảng gần10% do dung lượng “sân bay và ATC” Trễ ATFM do vùng phân chia tăng 39% trongnăm 1998 trong khi nguyên nhân “sân bay và ATC” chỉ tăng 6%.

Sự không cân xứng về dung lượng ATC do “vùng phân chia” có thể quy choviệc chia ra quá nhiều các vùng phân chia nhỏ và các hệ thống ATC thì tạo ra các vấn

đề tại các vùng chuyển giao Hệ thống trang thiết bị ATC nghèo nàn và kém hiệu quảdẫn đến hiệu ứng cổ chai cho hệ thống Đây là hậu quả của sự thiếu hụt tổng thể trongviệc tích hợp các thành phần ATM, sân bay và tầu bay với nhau Nói một cách khác,bầu trời và hệ thống mặt đất đã không liên kết được với nhau

Vấn đề phân chia các vùng có nguyên nhân hiển nhiên là do chủ quyền cácquốc gia, hơn 50% trễ là do cấu trúc hiện tại của hệ thống quản lý vùng trời Khi nàohiệu ứng cổ chai do vấn đề các vùng phân chia được loại bỏ thì dung lượng ATC tạicác đoạn đầu cuối và các sân bay sẽ trở thành vấn đề chủ chốt Phân tích này còn dựavào hiện trạng hàng không Mỹ, nơi mà không có sự phân chia các vùng, tại đây hạnchế về dung lượng ATC chỉ xảy ra tại các vùng đầu cuối và sân bay

Nguồn số liệu được lấy từ :

Flight International, 29 August – 4 September 2000

EUROCONTROL Annual Report 1999

CODA: Annual Report 2000.

IATA: World Civil Aviation Infrastructure & Development, 2001

AEA Yearbook, April 2001.

Jane’s Transport News, 16 August 2000.

White House Commission on Aviation Safety & Security.

2.1.3 Những cân nhắc về sự an toàn

Tất cả những phương pháp giải quyết đưa ra cần phải chắc chắn rằng khôngxâm hại đến sự an toàn của các chuyến bay Việc tăng mật độ lưu lượng tự nó dẫn đến

đe doạ tiềm tàng tới an toàn bay vì số lượng lớn tầu bay vẫn hoạt động trên một phạm

vi như vậy của vùng trời Ước tính đến năm 2012, nếu không có sự thay đổi trong hệthống ATM hiện tại thì mức độ tai nạn hàng không tại Mỹ sẽ tăng gần tới con số 01vụ/tuần

Chìa khoá của việc tăng độ an toàn cho các chuyến bay là tăng cường khả năngnhận biết các tình huống của phi hành đoàn 60% tai nạn là do điều khiển trong các địahình Tai nạn tại các đường lăn và sự mất đảm bảo phân cách đều do thiếu hụt cácthông tin tình huống Nếu tăng độ chính xác hệ thống dẫn đường và sử dụng màn hìnhhiển thị tình huống trên máy bay kết hợp với các thông tin về địa hình và thời tiết thì

hoàn toàn có thể làm giảm các tai nạn trên Cùng với các khả năng giám sát mặt đất vàtrên không, một hệ thống ATM đồng bộ và dự phòng sẽ được hình thành Khi một tầubay mất khả năng nhận biết tình huống, tầu bay có khả năng va chạm với nó vẫn có thểđưa ra các hành động thích hợp để giải quyết.

Một hệ thống dẫn đường vệ tinh cùng với một hệ thống hiển thị các bản đồđộng sẽ cho phép phi hành đoàn quan sát được vị trí của họ, các chướng ngại vật liênquan và vị trí có thể dẫn đến va chạm của các tầu bay khác trên địa hình đó

Mọi điều kiện an toàn trên yêu cầu tầu bay phải trong tầm phủ của trạm mặt đất

và do đó phải nhìn thấy bởi ATC Tương tự như vậy, không lưu có thể được chỉ thị đểgiữ nguyên phân cách của nó khi không ở trong vùng phủ của trạm mặt đất

2.1.4 Sự thay đổi

Vấn đề đặt ra là phải tăng cường dung lượng, tăng mức an toàn và giảm chi phímột cách đồng thời Hiển nhiên là khi có một hệ thống dẫn đường an toàn hơn, hiệuquả hơn thì sẽ dẫn đến tiết kiệm chi phí lớn, không những là những chi phí điều hành

mà còn giảm những gây hại cho môi trường

Sự cải tiến trong tổ chức hệ thống ATS hiện tại (ví dụ như mở rộng tầm phủRadar và cấu trúc lại không gian) sẽ tạo tác động tốt đến các vùng lưu lượng vừa vànhỏ, nhưng tác động với các vùng có lưu lượng lớn rất ít Nếu chỉ tăng cường cho hệthống mặt đất không thôi sẽ không đủ để đạt được độ an toàn cần thiết Thay vào đó,cần phải có sự phát triển các kỹ thuật mới dựa trên sự phối hợp chặt chẽ trên khôngvới mặt đất và tận dụng các tính năng mới của hệ thống không/đất, các phương tiệnthông tin số hiệu quả

Mức độ khác nhau của trách nhiệm chuyển giao phân cách từ kiểm soát viên vàphi hành đoàn là chìa khoá của khái niệm mới Dựa trên kỹ thuật vệ tinh, việc xác định

vị trí của tầu bay trên bàn kiểm soát chính xác hơn rất nhiều các hệ thống Radar Hệthống quản lý bay FMS sử dụng công nghệ máy tính để cung cấp mô tả tàu bay theochiều ngang và dọc một cách chính xác và tối ưu nhất Các tầu bay đều phát quảng báthông tin về vị trí của nó (kể cả khi ở dưới mặt đất và trên không) cho các tầu bay kháctrong thời gian thực, cung cấp cho người lái nhận biết tình huống của các luồng baycạnh đó một cách tốt hơn hẳn cách mà người dưới mặt đất nhìn thấy Các tính năngcủa thông tin, giám sát, dẫn đường mới cho phép việc lựa chọn đường bay và khoảngphân cách với trách nhiệm cao hơn

Tính năng giám sát ATC dựa trên chế độ báo cáo vị trí của tầu bay có thể đượctrang bị với giá đầu tư thấp tại các vị trí trước đây không trang bị hệ thống Radar, đồng

thời có thể thay thế các trạm Radar nhằm tăng cường hiệu quả và giảm chi phí ATCmang lại chi phí rẻ hơn cho hành khách.

Phần lớn trễ ngày nay có thể được loại bỏ đồng thời có thể đạt được một hệthống có tính kinh tế cao, tốt cho môi trường thông qua hệ thống ATC tăng cườnghiệu quả và sự kết hợp công nghệ mới với đường bay tối ưu An toàn hàng không cũngđược tăng cường thông qua hệ thống giám sát lẫm nhau của các tầu bay cung cấp cảnhbáo tình huống và tính năng phát hiện va chạm cho phi công và tất cả các loại tầu baytrên tất cả các địa hình lục địa/ biển với hạ tầng cơ sở tối thiểu hoặc không cần thiết.Khả năng giám sát cũng có thể trạng bị với mức chi phí vừa phải mà không cần hệthống Radar

Khái niệm CNS/ATM ban đầu của FANS sau đó đã biến đổi thành “hệ thốngCNS/ATM” để tương xứng với khả năng của công nghệ CNS ảnh hưởng tới ATM

2.2.1 Các tiêu chuẩn quốc tế

Mục đích đầu tiên của việc tích hợp hệ thống ATM là để tầu bay có thể hoạtđộng theo đúng thời gian đã định sẵn từ lúc khởi hành đến điểm kết thúc và bám sát kếhoạch bay đã định với sự thay đổi tối thiểu và không ảnh hưởng đến an toàn bay Đểthực hiện kế hoạch trên cần phải khai thác triệt để các kỹ thuật CNS mới theo các thủtục và chuẩn quốc tế Trên quan điểm của người điều hành máy bay thì cần thiết phảitrang bị cho tầu bay quốc tế một số lượng tối thiểu các trang thiết bị điện tử có thể sửdụng ở mọi nơi Hơn thế nữa rất nhiều dịch vụ tăng cường mong đợi lại không đượcthực thi đầy đủ ý nghĩa ở một nước nhất định mà cần phải thực thi ở nhiều vùng liêntục

Sự phát triển Các khuyến nghị và chuẩn thực thi (SARP) và Thủ tục cho cácdịch vụ dẫn đường hàng không (PANS) cho các hệ thống mới và sự hoạt động củachúng là các chương trình hành động của ICAO nhằm đảm bảo cho sự kết hợp giữacác thành phần và tính an toàn cao nhất Ngày nay SARP được sử dụng cho rất nhiềuthành phần của CNS/ATM và các chương trình khác của ICAO

2.3 Các thành phần của hệ thống CNS/ATM

Phần này cung cấp cái nhìn tổng quan về các thành phần của CNS/ATM làThông tin, Dẫn đường, Giám sát Liên kết dữ liệu thông tin, dẫn đường vệ tinh và dẫnđường độc lập tự động là các thành phần nền tảng cung cấp cho ATM tương lai

2.3.1 Quản lý không lưu- ATM

Thuật ngữ ATM nhấn mạnh sự cần thiết của việc phải áp dụng một hệ thốngtầm cỡ rộng hơn chứ không phải theo cách truyền thống là chia nhỏ thành các thànhphần dịch vụ riêng biệt ATM có thể được xem như một tập hợp hoạt động của các tiếntrình cốt lõi sau :

- Quản lý và tổ chức không phận – Cấu trúc, sự phân chia, phân loại không gian

và các luật lệ được áp dụng tại đây

- Quản lý luồng và lưu lượng – quản lý và cân bằng giữa dung lượng và nhucầu

- ATC (đường bay, đầu cuối và sân đỗ) – Giám sát và phân loại tầu bay, sắp xếpthứ tự giao thông Sự quản lý dung lượng và sự mềm dẻo cho các hoạt động bay trênkhông, dưới sân đỗ tại các vị trí đường lăn, tiếp cận, đường dài

Tất cả các thành phần trên hoạt động dựa trên nhà cung cấp, sân bay và hànhkhách Sự tích hợp, hoạt động gate-to-gate của ATM được xem như một phần của hệthống phức tạp đảm bảo cho sự sử dụng tốt nhất các tài nguyên và các vấn đề nảy sinh

sẽ được xử lý Sự liên quan của phi công trong dây chuyền là một khía cạnh quantrọng của ATM

ATC sẽ vẫn là thành phần quan trọng nhất của ATM bởi vì yếu tố an toàn bay

mà nó đảm bảo Tuy nhiên sự quan trọng các thành phần còn lại cũng tăng lên cáccông cụ dự báo tốt hơn và các kế hoạch dài hạn cho phép giảm sự can thiệp của ngườiKSV KL trong các tình huống thực tế

Hiển nhiên khái niệm ATM sẽ khác với môi trường mà nó hoạt động Các lựachọn của khái niệm sẽ được sắp xếp giữa “Quản lý” môi trường ATM dựa trên cấutrúc giao thông, tính dự đoán lớn hơn, kế hoạch dài hơn, hỗ trợ tự động mở rộng vớimôi trường “Bay tự do” dựa trên việc phân luồng tự do, hoạt động chủ động của tầubay bao gồm cả tính năng tự phân cách Phần lớn các sự bổ xung đều bao gồm cácthành phần của cả hai điều trên Tất cả các lựa chọn trên đều sử dụng các thành phầncủa hệ thống CNS được mô tả dưới đây

2.3.2 Thông tin liên lạc

Thành phần thông tin liên lạc của hệ thống CNS/ATM cung cấp sự trao đổi dữliệu hàng không và các bản tin giữa người sử dụng và/hoặc các hệ thống tự động Hệthống thông tin còn sử dụng các hỗ trợ của các chức năng dẫn đường và giám sát.

Có một số sự khác biệt cơ bản giữa hệ thống thông tin liên lạc hàng khôngthông thường với thành phần tương ứng của nó tại hệ thống CNS/ATM Các tính năng

cơ bản của hệ thống mới là:

- Hầu hết các thủ tục thông tin liên lạc đều thực hiện bởi trao đổi dữ liệu

- Trao đổi thông tin thoại chỉ sử dụng cho những trường hợp không bìnhthường hoặc khẩn cấp

- Chú trọng vào các hoạt động và kết nối mang tính toàn cầu

Các tính năng trên cho phép chúng ta khai thác tốt hơn các kênh thông tin liên lạc vàcho phép nhiều người sử dụng có thể chia xẻ hững nguồn tài nguyên Sự phát cácthông điệp và dữ liệu sẽ được thực hiện thông một trong các qua các phương thứcthông tin sau:

+ Dịch vụ vệ tinh di động hàng không (AMSS) – (thoại và dữ liệu)

+ HF Data link – (dữ liệu)

Các dịch vụ thông tin cho phép các mạng dữ liệu điện tử hàng không, liên lạckhông/địa và địa/địa liên kết với nhau được gọi là Mạng viễn thông hàng không -ATN AMSS, VDL, SSR Mode S và HF datalink sử dụng các kỹ thuật truyền dẫn khácnhau, nhưng dùng cùng một giao thức truy nhập mạng dựa trên mô hình chuẩn về các

hệ thống mở ISO OSI Chúng là những thành phần của mạng ATN và do đó cấu thànhnên ATN Mạng này cung cấp các kết nối với nhau và với các mạng mặt đất khác nêntầu bay cũng có thể kết nối với các mạng mặt đất bất kỳ Trong mạng ATN, các mạngcon nối với nhau thông qua các bộ định tuyến ATN nhằm lựa chọn đường đi tối ưu gửi

đi từng bản tin Sự lựa chọn liên kết dữ liệu không/đất thường là trong suốt đối với cácngười sử dụng cuối

2.3.3 Dẫn đường.

Sự cải tiến công nghệ dẫn đường bao gồm việc giới thiệu khả năng dẫn đườngtheo vùng (RNAV) cùng với hệ thống dẫn đường vệ tinh (GNSS) GNSS cung cấp khảnăng dẫn đường với độ bao phủ toàn cầu và hiện nay đang được sử dụng cho việc dẫn

đường hàng tuyến và tiếp cận không chính xác (NPA) Với sự bổ xung thiết bị phù hợp

và các thủ tục liên quan, GNSS còn có thể cung cấp khả năng dẫn đường tiếp cậnchính xác (PA)

Hệ thống GNSS có thể cung cấp dịch vụ dẫn đường toàn cầu với độ chính xáccao trong mọi điều kiện thời tiết Sự phát triển đầy đủ của GNSS sẽ cho phép dẫnđường mọi loại tầu bay tại mọi vị trí trên thế giới, sử dụng thiết bị điện tử trên tầu bayđơn giản độc lập với hỗ trợ của mặt đất

Thuật ngữ GRAS sẽ được sử dụng trong luận văn này để biểu thị mạng các trạm mắt đát của VDL Mode4 sử dụng cho việc cung cấp các tín hiệu mở rộng GNSS cho các vùng địa lý kéo dài

2.3.4.Giám sát.

Hệ thống SSR truyền thống sẽ tiếp tục được sử dụng trong một tương lai trướcmắt cùng với việc giới thiệu dần dần Mode s trên cả các vùng sân bay và vùng trời lụcđịa mật độ cao Bước đột phá sau đõ sẽ là hệ thống dẫn được độc lập tự động ADS.ADS cho phép tầu bay tự động truyền thông tin về vị trí và các thông tin khác tới cácđơn vị điều hành bay ATC, nơi mà tình trạng vị trí có thể được hiển thị giống như dữliệu Radar Có thể thấy rõ sự khác nhau giữa ADS-C và ADS-B khi xem xét việcthông tin liên lạc giữa tầu bay và ATC mặt đất

Với ADS-B, vị trí và các dữ liệu khác sẽ được quảng bá một cách định kỳ tớicác trạm mặt đất và các tầu bay khác, do đó ADS-B cho phép tất cả đơn vị mặt đất vàtrên không truy nhập chính xác cùng một dữ liệu Đối với phi công, sự hiển thị vị trí từcác tầu bay khác là một sự bổ xung lớn đối với việc cảnh báo vị trí, các báo cáo ADS-

B giữa các tầu bay không liên quan đến sự có mặt của cơ sở hạ tầng mặt đất

Việc sử dụng AMSS và HF data link, ADS-C có lợi cho không lưu tại các vùngbiển và vùng xa nơi không có cơ sở hạ tầng mặt đất Tại đây có thể sử dụng SARP Ta

có thể sử dụng song song ADS-C và ADS-B để bổ xung thêm nhiều lợi ích như việctrao đổi vị trí giữa các tầu bay với nhau, đó sẽ là một tiềm năng chính trong hệ thốnggiám sát tại các vùng bay đông

Tính năng cảnh báo vị trí cho phi công mà ADS-B hỗ trợ là một điều kiện tiênquyết cho các thành phần của hệ thống ATM tương lại cũng như việc tăng cường khảnăng tự chủ của tầu bay và hoạt động gate-to-gate

2.4 Hướng tới hệ thống ATM tương lai.

Hình vẽ 2.1 thể hiện sự thay đổi của các hệ thống CNS trong tương lai so vớihiện tại.

Như vậy hệ thống dữ liệu trong thông tin sẽ là sự thay đổi đáng kể nhất trongcác thành phần, khi hoàn thành nó sẽ cung cấp nền tảng cho các dịch vụ khác nhưgiám sát ADS, dẫn đường tăng cường GNSS Một liên kết dữ liệu VHF (VHF DataLink) là chọn lựa đang được các nước phát triển chọn lựa và dần đưa vào hoạt động.Chương kế tiếp sẽ giới thiệu tổng quan về các kỹ thuật VDL hiện có và vai trò của nótrong các hệ thống tương lai

CHƯƠNG 3: CÁC KỸ THUẬT VDL VÀ VAI TRÒ CỦA VDL MODE 4

TRONG HỆ THỐNG CNS/ATM

Status

Hình 2.1 Sự thay đổi cơ cấu các thành phầnCNS trong tương lai

3.1 Giới thiệu

Chương 3 cung cấp cái nhìn tổng quan về các dịch vụ VDL đã được phát triển

và sự chọn lựa của các quốc gia Chương này còn đề cập đến vai trò của VDL Mode 4trong việc hỗ trợ ATM và mô tả các chức năng, ứng dụng cơ bản của hệ thống Trong

đó có cả việc miêu tả nguyên nhân mà các chức năng và ứng dụng của ATM trongtương lai sẽ được ứng dụng vào hệ thống Mô tả các ứng dụng của VDL Mode 4 dựatrên mô tả của môi trường ATM trong tương lai

3.2 Tổng quan các dịch vụ VDL

3.2.1 VHF Digital Link

Thuật ngữ VHF Digital Link được đề ra bởi hiệp hội thông tin di động hàngkhông ICAO (AMCP) vào cuộc họp đầu tiên tháng 10 năm 1991, với những hệ thốngthông tin liên lạc số hoạt động trong băng tần VHF hàng không dân dụng

Băng tần VHF hàng không dân dụng nằm trong khoảng băng tần VHF được ấnđịnh cho dịch vụ hàng không dân dụng nhờ hiệp hội viễn thông quốc tế ( ITU) Nóđược chia thành hai phần như sau :

 108 – 118 MHz được ấn định cho các dịch vụ dẫn đđường vô tuyến hàng khôngdân dụng

 118 – 137 MHz được ấn định cho các dịch vụ di đông hàng không dân dụng vớicác liên lạc vô tuyến

AMCP đã làm việc với tất cả bốn Mode của VDL Việc sử dụng cùng một thuật ngữVDL để nhấn mạnh đến sự cạnh tranh của chúng nhưng thực chất chúng cung cấpcác chức năng khác và cạnh tranh với các hệ thống khác sử dụng trong các băng tần

vô tuyến khác

3.2.2 Các chuẩn của ICAO về VDL

Việc sử dụng băng tần VHF cho thông tin số được đề xuất trong báo cáo hộinghị Hệ thống thông tin hàng không dân dụng tương lai của ICAO( FANS ) được đưa

ra vào năm 1988 Báo cáo này đã yêu cầu tổ chức hàng không dân dụng ICAO đi đếnmột chuẩn về dịch vụ thông tin vệ tinh di động hành không và mạng viễn thông hànhkhông nhng nó đã không đua ra bất cứ hành động trung gian nào về chuẩn VDL

Tổ chức hàng không đã nhận thấy lợi ích của thông tin liên kết dữ liệu hàngkhông mỗi năm trước báo cáo của FANS và đã thực hiện ACARS ( Hệ thống báo cáo

và xác định thông tin hàng không ) Trước sự quan tâm của các hãng hàng không vềvấn đề này, IATA với sự hỗ trợ của các nhà cung cấp dịch vụ liên kết dữ liệu trong đó

có SITA đã tổ chức một diễn đàn với ICAO vào năm 1990 và tại cuộc gặp đó đã đạtđược chuẩn về VHF Data Link Cuộc gặp với ICAO đó cũng quyết định để dành bốnkênh 136.900, 136.925, 136.950, 136.975 cho thông tin dữ liệu trên toàn thế giới.Những quyết định sau đây trong hội nghị về thông tin vô tuyến trên toàn thế giới được

tổ chức bởi ITU vào năm 1987 để mở rông băng tần trên của băng tần dành cho dịch

ACMP đưa ra VDL Mode 1 với chuẩn cho phép thực hiện việc giới thiệu dịch

vụ VDL sử dụng sóng vô tuyến tương tự bởi vì sóng VHF mang dữ liệu chưa pháttriển tại thời điểm này Một hệ thống VDL Mode 1 được sử dụng như là một phần củachuẩn nhưng khi hệ thống VDL được phát triển, thì VDL Mode 1 sẽ không bao giờđược thực hiện và nó chỉ được xem xét trên giấy tờ Do đó ACMP gần đây đã quyếtđịnh loại bỏ VDL Mode 1 ra khỏi chuẩn về hệ thống VDL

Chuẩn VDL được thông qua tại cuộc họp thứ 4 của AMCP vào tháng 5 năm

1996, được đưa vào Annex 10 Được sự chấp thuận của các thành viên, ICAO đã chấpthuận một chuẩn vào tháng năm năm 1997

3.2.3.1 Chuẩn của ICAO về VDL Mode 2

Chuẩn VDL Mode 2 do nhóm AMCP phát triển được đưa vào Annex 10 “thông tin liên lạc hàng không “ chương III phần I “ Hệ thống thông tin dữ liệu số “ Gần đây ICAO đã quyết định đa chỉ tiêu kỹ thuật cụ thể ra khỏi Annex 10 đểAMCP đưa ra “ Tài liệu tiêu chuẩn kỹ thuật cho đường liên kết VHF số “ được xemnhư là tài liệu kỹ thuật cho VDL Mode 2

3.2.3.3 Giao thức lớp vật lý VDL

Đặc tính của giao thức lớp vật lý VDL cho phép mỗi ký hiệu được thể hiện bởi

3 số nhị phân ( 3 bít ) Chuẩn VDL Mode 2 xác định tốc độ truyền dẫn ký hiệu là

10500 bit/s Với 3 bit / mỗi ký tự, do đó tốc độ truyền dẫn dữ liệu là 31,5 Kbit/s ( tạm tính)

là 25 KHz/ kênh, trong trường hợp toàn tải tốc độ dữ liệu là 10 kbit/s Con số này lớnhơn nhiều so với tốc độ 300 bit/s được cung cấp bởi hệ thống VHF ACARC trong điềukiện hoạt động tương tự

3.2.3.5 Giao thức điều khiển đường liên kết VHF hàng không VDL

Giao thức AVLC cung cấp một đường liên kết cho việc tuyền tải dữ liệu nhịphân giữa một máy bay va một trạm mặt đất Đơn vị dữ liệu trao đổi trong giao thức

Hình 3.1 Cấu trúc phân lớp đơn giản của VDL Mode

4

được gọi là khung Có một nhóm kênh điều khiển chịu trách nhiệm quản lý việc traođổi các khung thông tin AVLC dùng để truyền tải dữ liệu của người sử dụng.

Trong tài liệu kỹ thuật VDL Mode 2, định nghĩa thực thể quản lý VDL ( ME )cung cấp việc thiết lập và duy trì đường liên kết AVLC Theo tài liệu đó, mỗi mộtVDL phải có một thực thể quản lý đường liên kết ( LME ) Ví dụ một trạm VME mặtđất phải có một LME cho máy bay và một VME máy bay phải có một LME cho hệthống dưới mặt đất VDL LME chỉ là một phần của hệ thống VDL

VDL LME sử dung khung nhận dạng trao đổi HDLC ( XID) đã được sử dụngcho giao thức truy nhập mạng điện thoại công cộng với mạng X.25 trong khuyến nghiX.32 của ITU VDL LME được bắt đầu bằng một khung XID đặc biệt gọi là “ Khungthông tin các trạm mặt đất “ ( GSIF ) Các trạm mặt đất phát quảng bá GSIF để cungcấp chức năng Sqiutter trong hệ thống VHF ACARS

3.2.3.6 Giao thức mạng con VDL

Chuẩn VDL xác nhận việc sử dụng “ Giao thức lớp gói X 25” theo ISO 8208tại giao diện với dịch vụ mạng con VDL Thực thể mức gói X 25 trên máy bay sửdụng một liên kết AVLC để kết nối tới một thực thể mạng con VDL dưới trạm mặtđất, trạm này để cho DTE trên máy bay truy nhập tới mạng X 25 dưới mặt đất

DTE trên máy bay sử giao thức mạng con VDL để yêu cầu DCE ở trạm mặt đấtthiết lập chuyển mạch ảo ( SVC ) tới hệ thống giao diện không – đất Trong thuật ngữcủa OSI, một X 25 SVC là một kết nối mạng con

Chuẩn VDL yêu cầu máy bay đánh địa chỉ các hệ thống mặt đất trong các yêucầu thiết lập kết nối sử dụng hoặc là các địa chỉ mạng con đặc biệt, các địa chỉ nàynhận dạng ATN router, hoặc là địa chỉ mạng X.25 của hệ thống dới mặt đất

3.2.3.7 Việc triển khai VDL Mode 2 trên thế giới

SITA đã có hợp đồng với công ty Harris để phát triển trạm mặt đất cung cấp cảVDL Mode 2 và dịch vụ ACARS VHF Sự triển khai trạm này bắt đầu từ cuối năm

2000 và khả năng VDL sẽ được triển khai vào năm 2001

Các công ty Rockwell Colin và Honeywell/Allied Signal đang thực hiện VDLMode 2 trong khối quản lý liên lạc

3.2.4 VDL Mode 3

VDL Mode3 được thiết kế do US FAA cho phép tích hợp, hỗ trợ cả liên lạcthoại và dữ liệu trên tần số dữ liệu VHF Nó tương tự như hệ thống vệ tinh di độnghàng không trong đó khối di động vệ tinh thực hiện cả liên lạc thoại và dữ liệu

Giao thức VDL Mode3 sử dụng một thuật toán “cổ điển” Đa truy nhập phânchia theo thời gian được quản lý bởi một trạm mặt đất để cung cấp 3 hay 4 kênh logictrên một kênh VHF 25 KHz Mỗi mạch logic có thể được sử dụng để trao đổi dữ liệuthoại được số hoá hoặc các liên lạc dữ liệu

Nguyên lý hoạt động cơ bản của VDL Mode3 cho tất cả các máy bay trongsector kiểm soát được ấn định một mạch được sử dụng cho sector đó thông qua kiểmsoát viên không lưu Tất cả các máy bay giải mã mỗi một cuộc trao đổi sao cho phicông sẽ có cảm nhận như khi họ sử dụng thoại VHF tương tự truyền thống Họ phảinghe các mạch và đảm bảo rằng nó không bận trước khi thực hiện cuộc trao đổi tương

tự như cho kênh VHF tương tự

Khi các trạm mặt đất muốn cung cấp thông tin thoại, nó yêu cầu một kênh VHFđược dành cho mỗi trạm trong vùng bao phủ của nó, giống như cho trạm thoại VHFmặt đất mà chúng thay thế Các trạm VDL Mode 3 phải tiếp quản các kênh bị từ bỏbởi các sector kiểm soát chuyển sang sử dụng VDL Mode3

Một vấn đề cần phải xem xét nữa trong việc chuyển từ thoại tương tự sang số làthuật toán mã hoá và giải mã thoại trong VDL Mode 3 là một bộ trễ xử lý 240 ms.Điều này sẽ giới hạn thời gian của việc sử dụng một số ứng dụng ATC đặt biệt là trongkết nối của đường VSAT tới các trạm sử dụng tại mặt đất

3.2.4.1 Giao thức VDL Mode 3

Giao thức VDL mode 3 phân chia thời gian thành những siêu khe 120 ms,những siêu khe này sẽ được phân chia thành 4 khe thời gian 30 ms khi hoạt động ởkhoảng cách bình thường hoặc 3 khe 40 ms khi hoạt động ở khoảng cách xa Mỗi mộtkhe được ấn định là một mạch logic Trong một khe 30 ms khoảng 10ms được sử dụng

để trao đổi dữ liệu về quản lý kênh truyền và 20 ms được sử dụng cho việc trao đổikhoảng 600 bít dữ liệu người sử dụng

Dữ liệu người sử dụng VDL Mode 3 có thể là thoại đã được số hoá, và đượcphát ra từ bộ Codec trong hệ thống vô tuyến dữ liệu VHF Bộ Codec có tốc độ 4800bít/s được phân chia với 8 khe thời gian một giây với dung lượng là 600 bit/khe Hệthống này được FAA công nhận

Các khe TDMA còn được sử dụng để trao đổi các bản tin dữ liệu FAA đã quyđịnh việc sử dụng VDL Mode 3 cho việc trao đổi các bản tin ATN FAA mong muốncác bản tin ATN được truyền dẫn nh các gói dữ liệu không cần giao thức định hướngliên kết mạng con nh giao thức X.25 được sử dụng trong VDL Mode 2.

Dịch vụ đường liên kết dữ liệu VDL Mode3 chỉ có hiệu quả nếu như chiều dàicủa bản tin là nhỏ hơn 600 bít để nó có thể truyền trong một khe thời gian đơn do đó

nó có thể chỉ được sử dụng chủ yếu trong liên lạc CPDLC

3.2.4.2 Dự án triển khai VDL Mode3 của FAA

FAA đã thiết lập một dự án NEXCOM để thay thế các trạm vô tuyến mặt đấtthoại VHF tương tự của mình bằng 46000 trạm vô tuyến số nhiều chế độ Các trạm vôtuyến NEXCOM sẽ duy trì dịch vụ thoại tương tự với dãn cách là 25KHz và cũng cókhả năng cung cấp dịch vụ thoại tương tự với dãn cách 8.33 KHz và dịch vụ dữ liệu vàthoại được số hoá VDL Mode3

Khả năng của VDL Mode 3 trong việc hỗ trợ dịch vụ thoại giữa kiểm soát viênkhông lưu và phi công của nhiều sector kiểm soát trên một kênh VHF đơn cần đượckiểm tra cực kỳ cẩn thận để tính toán được mức độ lỗi Không thể xảy ra FAA sửdụng nhiều hơn 2 mạch trên một kênh cho dịch vụ thoại ATS

VDL Mode3 với một phương pháp điều chế cho phép hỗ trợ thông tin dữ liệutrên tất cả cách mạch, sẽ cho ta chất lượng tốt hơn so với VDL Mode2 Tuy nhiên nólại yêu cầu các kênh VHF dành riêng cho mỗi trạm mặt đất và do đó không đủ tần số

có hiệu lực tại châu Âu hoặc Bắc Mỹ

Vì lý do tần số, VDL Mode3 chỉ được thực hiện để đáp ứng thông tin thoạiATS được số hoá và dịch vụ đường liên kết dữ liệu VDL Mode 3 chỉ là một dịch vụphụ kèm theo dịch vụ thoại Máy bay vận tải có thể sử dụng một kết nối VDL Mode 2riêng biệt thông qua một sóng VHF trao đổi dữ liệu khác dùng cho việc trao đổi dữliệu AOC

Lịch trình cuối cùng của FAA NEXCOM là hướng tới một thoả thuận sóng vôtuyến nhiều chế độ vào tháng 6 năm 2001 Khả năng hoạt động ban đầu (IOC ) củathoại VDL Mode3 được ấn định vào năm tài chính 2009 Khả năng hoạt động hoàntoàn thoại VDL Mode3 và việc triển khai trao đổi dữ liệu trên VDL Mode3 không thểxảy ra ngay tức thì sau khi thực hiện thoại IOC VDL Mode3 Thời gian xác định sẽđược quyết định và phụ thuộc vào kế hoạch chuyển đổi Kế hoạch chuyển đổi sẽ đượcphát triển thông qua RTCA

Vấn đề chính ảnh hưởng đến sự thực hiện VDL Mode3 tại Mỹ là ngày càngnhiều số lượng máy bay hoạt động tại Mỹ được lắp đặt các thiết bị vô tuyến sử dụngkênh 8.33KHz của EU Do đó rất khó để thuyết phục các nhà khai thác máy lắp đặtthiết bị VDL Mode3 và đợi đến năm 2009 để sử dụng kênh thoại VHF.

3.2.5 VDL Mode 4

VDL Mode4 được thiết kế bởi CAA Thụy Sỹ để cung cấp liên lạc liên kết dữliệu không – không và không - địa Nó sử dụng thuật toán đa truy nhập phân chia theothời gian tự tổ chức ( STDMA : Self – Organising Time Division Muptiplex Access )trên kênh VHF 25 KHz

Thuật toán STDMA phân chia sự truy nhập tới kênh VHF thành 9000 khe thờigian trong một phút và yêu cầu các đầu cuối phải đồng bộ với tín hiệu thời gian GPS.Thuật toán được gọi là tự tổ chức bởi vì đầu cuối đặt trước việc sử dụng các khe thòigian tương lai cho mỗi truyền dẫn và không dựa trên một hệ thống thiết lập tập trung

Hệ thống STDMA cho phép sử dụng cùng một tần số bởi nhiều trạm mặt đấtgiống như trong VDL Mode 2 và VHF ACARS Tuy nhiên các trạm mặt đất VDLMode 4 cần được kết nối tới một hệ thống giám sát trung tâm do đó chúng không thểphát trên cùng khe thời gian

Chuẩn VDL Mode 4 quy định các tiêu đề của bản tin và định dạng dữ liệu liênquan có trong bản tin STDMA Có những nhãn đặc biệt để nhận dạng các bản tin baogồm các bản tin quảng bá ADS hoặc các bản tin dịch vụ thêm vào dựa trên các trạmGNSS mặt đất Phần sau sẽ trình bày về các bản tin đặc biệt này trong VDL Mode4 Ngoài các nhãn đề đặc biệt trên, giao thức VDL Mode 4 còn định nghĩa mộttiêu đề để nhận dạng bản tin chứa ‘ Bản tin rỗng “ và một nhãn để chỉ thị một bản tinchứa một bản tin giao thức kiểu mạng ATN Điều này cho phép VDL Mode 4 có khảnăng cung cấp dịch vụ mạng con ATN

CAA Thụy Sỹ và các đối tác thương mại đã xây dựng một mạng quảng báADS bắc Âu ( NEAN) VDL Mode 4, sử dụng và lắp đặt các thiết bị kiểu VDL Mode 4trên máy bay của các hãng SAS và Lufthansa

Một điều nữa làm gia tăng vị thế của VDL Mode 4 là ITU ấn định dải tần chonhững ứng dụng đặc biệt Băng tần thông tin hàng không từ 118- 137 MHz là dùngcho thoại tương tự di động hàng không và thông tin dữ liệu cho các ứng dụng củaADB – S và GNSS GBAS, ICAO và các nhà chức trách hàng không quốc gia đang đềxuất một sửa đổi sao cho những ứng dụng này được ấn định ở băng tần vô tuyến hàng

không từ 108 – 118 MHz Điều này sẽ được đa ra tại hội nghi liên lạc vô tuyến thế giớicủa ITU năm 2003.

Nếu đường liên kết dữ liệu dẫn đường và giám sát phải sử dụng băng tần liênlạc khác so với đường liên kết dữ liệu thông tin, thì có nghĩa là không thể sử dụng mộtkênh đơn VDL để thực hiện ADS- B và CPDLC

3.2.5.1.Bản tin quảng bá ADS

Trong hệ thống FANS chức năng giám sát được cung cấp bởi ứng dụng liên kết

dữ liệu giám sát phụ thuộc độc lập trong đó hệ thống trên máy bay sử dụng một đườngliên kết dữ liệu để gửi báo cáo về vị trí của mình

Quy định ban đầu của ICAO về ứng dụng của ADS cho rằng nó sẽ sử dụng giaothức liên mạng ATN để trao đổi các bản tin trên mạng không - địa Nó cho phép các hệthống ADS dưới mặt đất yêu cầu các hệ thống ADS trên máy bay gửi các báo cáo theochu kỳ thời gian hoặc vào lúc xảy ra sự kiện đặc biệt

Khi định nghĩa giao thức ATN được hoàn thành, nó cho ta thấy rõ ràng rằng cóthể giảm khoảng thời gian báo cáo về vị trí xuống còn 30s nhưng nếu chu kỳ này nhỏhơn sẽ không tạo nên hiệu quả việc sử dụng đường liên kết sóng vô tuyến

Trong khi ứng dụng ADS/ATN có thể thay thế và hoàn thiện báo cáo thoại về

vị trí nhưng hiện tại nó được chấp nhận rộng rãi rằng nó không có hiệu quả khi thaythế Radar giám sát trong những khu vực có lưu lượng bay lớn

Để việc sử dụng ADS có thể đáp ứng được nhu cầu ở những khu vực có lưulượng bay dày đặc ở Châu Âu hoặc Bắc Mỹ, nơi được bao phủ bằng Radar giám sát,thì ADS phải có khả năng giám sát tốt như Radar Khi đó tốc độ cập nhật thông tin về

vị trí phải giảm xuống trong vòng 4s như được cung cấp bởi hệ thống Radar

Rõ ràng rằng các ứng dụng ADS/ATN không đáp ứng đầy đủ trong những vùng

có lưu lượng bay lớn do đó nhóm chịu trách nhiệm về ADS đã quyết định thiết kế một

hệ thống ADS quảng bá (ADS-B ) trong đó tất cả máy bay định kỳ phát quảng bá mộtbản tin có chứa thông tin về vị trí sử dụng GNSS

Các nhà thiết kế mong muốn rằng các bản tin quảng bá ADS được xử lý bởi các

hệ thống giám sát xung quanh máy bay để cung cấp lịch trình bay với một “ màn hìnhhiện thị thông tin về lưu lượng bay “ chỉ ra vị trí của những máy bay quanh mình tronghoàn cảnh “ Bay tự do “ trong tương lai

Khái niệm về bản tin quảng bá ADS nảy sinh từ Radar giám sát thứ cấp Mode S( SSR Mode S ) Nó sẽ nhận vị trí của máy bay được tính toán từ GNSS trong bộ đáp

ứng Mode S Tuy nhiên vị trí được tính toán từ GNSS chính xác hơn nhiều so với vị tríđược tính toán từ Radar, do đó sẽ có sự giám sát tốt hơn và rẻ hơn khi sử dụng bản tinquảng bá ADS đơn giản trên máy bay.

3.2.5.2 Các đường liên kết sẽ được lựa chọn để dùng cho ADS-B

FAA với sự cộng tác của các nhà chức trách Châu Âu thông qua nhóm ấn địnhđường liên kết kỹ thuật ( TLAT ) hiện đang trong quá trình nghiên cứu để đa ra quyếtđịnh về một kỹ thuật đường liên kết ADS-B FAA hi vọng rằng có thể đưa ra quyếtđịnh này vào giữa năm 2001 FAA và các nhà chức trách Châu Âu đang còn xem xétcác công nghệ kết nối sau:

 Một squitter được mở rộng 1090 MHz Mode S

 Bộ thu phát truy nhập toàn cầu ( UAT )

 VDL Mode 4

GNSS được lập kế hoạch để bổ sung và thay thế một phần các chủng loại thiết

bị dẫn đường ATS mặt đất với sự trợ giúp của các đài như : NDB, VOR , DME vàILS Các trạm trợ giúp này sẽ gửi các tín hiệu từ các vị trí của hệ thống dẫn đườngmáy bay cho phép máy bay có thể tính toán được vị trí của nó so với trạm mặt đất

Nhóm GNSS của ICAO đang xác định một dịch vụ gia tăng dựa trên các trạm

vệ tinh( SBAS ), dịch vụ này đang được thực hiện bởi dự án FAA WAAS của Mỹ và

dự án EGNOS của Châu Âu sử dụng vệ tinh INMASAT 3 để liên lạc với những thiết

bị phù hợp gắn trên máy bay

Dịch vụ SBAS sẽ sung cấp đủ độ chính xác cho việc dẫn đường và hạ cánhtrong tầm nhìn thấy nhưng cho máy bay sử dụng sử dụng GNSS thay vì trạm ILS trongtrong trường hợp giảm tầm nhìn cho việc tiếp cận chính xác, chúng sẽ cần nhận thôngtin trên các kênh GNSS tại chỗ từ các trạm GBAS

Một nhóm làm việc của ICAO phụ trách việc định nghĩa độ chính xác đượccung cấp bởi hệ thống hạ cánh dựa trên GNSS thay vì ILS Thông tin GBAS cần phảitruyền tải liên tục tới bất cứ máy bay nào trong vùng tiếp cận cho nên nó phải đượcphát quảng bá Điều đó yêu cầu một tốc độ cập nhật rất nhỏ cho nên nó ít có khả năngcung cấp những ứng dụng khác

Việc thực hiên dự án GNSS GBAS ở Mỹ được gọi là hệ thống SCAT –I bởi vì

nó cho phép sự hạ cánh loại I với những giới hạn đặc biệt Nó sử dụng một kênh trongdải tần VOR ( 112 – 118 MHZ ) và một hệ thống quảng bá đường lên mà không máybay nào truyền dẫn trên kênh này

VDL Mode 4 có thể truyền thông tin GBAS trên một kênh được chia sẻ cùngvới máy bay Tuy nhiên điều này sẽ giới hạn độ tin cậy của GBAS và một hệ thốngGBAS VDL Mode 4 không cung cấp sự chính xác hơn hệ thống SBAS, hoặc độ chínhxác của hệ thống GPS khi cập nhật để truyền dẫn trên kênh L5 hoặc hệ thống GNSSGalileo của liên minh Châu Âu

- Không cần tới các cơ sở hạ tầng phức tạp dưới mặt đất

- Đưa ra được các giải pháp cho mọi nhóm người sự dụng khác nhau với hiệuquả chi phí hợp lý, đáp ứng mọi yêu cầu của các khách hàng

- Hỗ trợ được các ứng dụng ATM trong tất cả các phạm vi của CNS

Cùng với các điều kiện trên, VDL Mode 4 còn là một hệ thống “open-ended” với khảnăng thích nghi với các công nghệ mới khi yêu cầu đòi hỏi cao hơn Do đó, VDLMode 4 có thể được mô tả như là một bộ công cụ hữu dụng

CHƯƠNG 4 MÔ TẢ KỸ THUẬT VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

4.1 Giới thiệu

Nội dung chương 4 cung cấp mô tả kỹ thuật của VDL Mode 4 và các nguyên lýhoạt động của nó Chương tiếp theo sẽ cung cấp các mô tả chi tiết về quản lý kết nối,quản lý kênh, các tham số thiết lập và mô phỏng kỹ thuật Thuật ngữ trạm di động đềcập trong chương này dùng để chỉ tầu bay cả trên không và dưới đất và các thiết bịhoạt động trên đường băng

4.2 Kỹ thuật nền tảng

VDL Mode 4 là một kỹ thuật kết nối dữ liệu hướng thời gian cung cấp kết nối

dữ liệu giữa các trạm di động với nhau và giữa các trạm di động với trạm mặt đất.Điểm nổi bật của VDL Mode 4 là khả năng trao đổi các bản tin ngắn lặp lại một cáchrất hiệu quả

VDL Mode 4 truyền dữ liệu trong các kênh chuẩn VHF khoảng cách 25KHz và

sử dụng kỹ thuật TDMA Hệ thống TDMA chia các kênh thông tin thành các khoảnthời gian ban đầu được gọi là các khung, sau đó lại chia thành các khe thời gian Mỗikhe thời gian là một thời điểm phát của trạm Do đó VDL Mode 4 có thể xử lý đượccác tình huống quá tải (vd số lượng khe thời gian yêu cầu nhiều hơn lượng đang sẵncó), và thích nghi với mức độ an toàn cao của hàng không

Dựa trên khái niệm về STDMA, tính năng nổi trội của VDL Mode 4 là cách

mà khoảng thời gian truyền thông được chia ra thành số lượng lớn khe thời gian nhỏđồng bộ với UTC Mối khe thời gian có thể được sử dụng cho một bộ phát đáp radio(lắp đặt trên tầu bay, phương tiện mặt đát, trạm mặt đất cố định) để truyền dữ liệu