Ứng dụng của VHF Data Link Mode 4 trong môi trường CNS ATM Ứng dụng của VHF Data Link Mode 4 trong môi trường CNS ATM Ứng dụng của VHF Data Link Mode 4 trong môi trường CNS ATM luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lâm Mạnh Hùng ỨNG DỤNG CỦA VHF DATA LINK MODE TRONG MÔI TRƯỜNG CNS/ATM Luận văn thạc sĩ Điện tử - Viễn thông Người hướng dẫn khoa học TS NGUYỄN PHƯƠNG Hà Nội – 2004 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, hệ thống dẫn đường hàng khơng dần khơng cịn tương xứng khả cung cấp dẫn đến việc cản trở phụ phí ngày tăng cho khách hàng Khi lưu lượng bay tăng, trễ mặt đất (phần lớn cản trở luồng không lưu) không tăng chí mức vùng tắc nghẽn Tình trạng trở lên nghiêm trọng ngành hàng khơng dự kiến mức tăng trưởng cịn cao năm tới Trễ châu Âu chủ yếu phân chia số lượng lớn vùng sector nhỏ vùng điều hành trung tâm Quản lý bay phải đặt xử lý vấn đề trung tâm trung tâm với Cịn Mỹ tắc nghẽn xảy đầu cuối sân bay, tình trạng tương tự châu Âu tượng cổ chai tuyến loại bỏ Tại vùng phát triển hơn, thiếu hụt khả giám sát Radar yếu hạ tầng sở thông tin dẫn đến hệ thống hiệu tiềm ẩn nguy an toàn Cứ phút tiết kiệm không máy bay phản lực tiết kiệm hàng triệu USD tiền nhiên liệu cho ngành năm giảm đáng kể ô nhiễm môi trường Mọi nỗ lực hướng tới việc làm giảm thời gian bay khơng cách tối ưu hố đường bay từ điểm khởi hành đến điểm kết thúc tránh việc bay chờ mở rộng vùng tiếp cận Giảm thời gian bay trung bình cịn có nghĩa tăng lưu lượng bay tăng tính an tồn Với thành công lĩnh vực điện tử viễn thông, tin học đặc biệt thông tin vệ tinh công nghệ liên kết liệu, ý tưởng CNS/ATM ICAO cung cấp sở cho hệ thống dẫn đường tương lai trở thành thực Cuối ý tưởng cho phép người điều khiển tầu bay đặt chuyến bay theo đường bay tốt nhất, điều chỉnh cách linh hoạt, với hiệu suất tối ưu chi phí tối thiểu Khi phương thức thủ tục cần thực cách đầy đủ tính tiềm công nghệ để tăng cường khả độ an toàn Sự kết hợp hệ thống quản lý bay với tính xác hệ thống dẫn đường vệ tinh cho phép tầu bay khơng bay xác khơng gian chiều không cần trợ giúp phương tiện dẫn đường mặt đất mà đặt cho tầu bay vào điểm báo cáo (waypoints) vài giây thời gian định trước theo yêu cầu kiểm sốt viên khơng lưu Tính dẫn đường chiều mở rộng cho việc điều khiển thời gian đến sân bay Bất sai lệch phía thu xử lý hệ thống quản lý bay để xem xét xem đường hạ cánh cịn dành sẵn hay khơng Các chế máy móc khí khác thực bổ xung để sử dụng tối đa đường lăn khơng phận, đảm bảo phân cách an toàn tầu bay thời điểm Kết hợp với thủ tục phù hợp với công cụ hiển thị giúp cho việc cảnh báo tình trạng, CDTI giúp cho việc đảm bảo phân cách không lưu với việc trách nhiệm phân cách chia sẻ cho kiếm sốt viên khơng lưu phi cơng Một liên kết thông tin không - đất không - không thời gian thực mở rộng cho số lượng lớn đơn vị sử dụng đòi hỏi liên kết liệu dung lượng cao tin cậy VDL Mode liên kết liệu dung lượng lớn cung cấp số lượng lớn dịch vụ chức theo yêu cầu khái niệm CNS/ATM ICAO Để bắt kịp phát triển mạnh mẽ khoa học cơng nghệ tiến tiến địi hỏi ngày cao ngành hàng không dân dụng Việt Nam quốc tế, việc nghiên cứu công nghệ triển khai hệ thống Thông tin - Giám sát - Dẫn đường đòi hỏi thiết cần thực Với lưu lượng bay nước ta hệ thống kỹ thuật đảm bảo được, nhiên với mức tăng trưởng tương lai thay đổi cần thiết vận tải hàng khơng mơi trường suốt khơng có biên giới thay đổi công nghệ hàng không, công tác điều hành không lưu, cần phải đồng tồn giới để tương thích với chủng loại tầu bay hãng hàng không vùng lãnh thổ Việt Nam Luận văn “ ỨNG DỤNG CỦA VHF DATA LINK MODE TRONG MÔI TRƯỜNG CNS/ATM ” nghiên cứu công nghệ kỹ thuật VHF Data Link Mode 4, liên kết liệu số sử dụng sóng VHF phương tiện tham gia giao thông hàng không Đây tảng cho loạt ứng dụng điều hành quản lý không lưu khác sử dụng đường truyền để hoạt động thay cho phương thức truyền dẫn tương tự sử dụng Luận văn đề cập đến vấn đề triển khai hệ thống môi trường hàng không tiến trình thay hệ thống cũ thời kỳ độ Trong trình thực luận văn khơng tránh khỏi nhiều thiết sót, tơi mong muốn nhận nhiều ý kiến đóng góp để luận văn hoàn thiện thực tế Qua lời mở đầu xin gửi lời trân trọng cảm ơn Tiến sỹ Nguyễn Phương, tập thể giảng viên trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đội ngũ cán kỹ thuật Trung tâm quản lý bay miền Bắc đồng nghiệp tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt luận văn Xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC Lời mở đầu Mục lục Chữ viết tắt sử dụng luận văn Chương I Kế hoạch quốc gia cho hệ thống CNS/ATM 1.1 Hoạt động Trung tâm Quản lý bay dân dụng Việt Nam 1.2 Hiện trạng hệ thống 1.3 Phân tích đánh giá trạng hệ thống Chương Sự chuyển dịch sang hệ thống 2.1 Nền tảng 2.1.1 Đặt vấn đề 2.1.2 Hiệu ứng cổ chai hệ thống dẫn đường 2.1.3 Những cân nhắc an toàn 2.1.4 Sự thay đổi 2.2.Hệ thống CNS/ATM 2.3 Các thành phần hệ thống CNS/ATM 2.3.1 Quản lý không lưu- ATM 2.3.2 Thông tin liên lạc 2.3.3 Dẫn đường 2.3.4 Giám sát 2.4 Hướng tới hệ thống ATM tương lai Chương 3: Các kỹ thuật VDL vai trò VDL Mode hệ thống CNS/ATM 3.1 Giới thiệu 3.2 Tổng quan dịch vụ VDL 3.2.1 VHF Digital Link 3.2.2 Các chuẩn ICAO VDL 3.2.3 VDL Mode 1&2 3.2.4 VDL Mode 3.2.5 VDL Mode 4: 3.2.6 Kết luận 3.2 Tầm cỡ VDL Mode Chương Mô tả kỹ thuật nguyên lý hoạt động 4.1 Giới thiệu 4.2 Kỹ thuật tảng 4.3 Cấu hình vật lý 4.3.1 Máy thu GNSS 4.3.2 Máy thu phát VHF 4.3.3 Bộ xử lý thông tin 4.4 Các nguyên lý chức 4.5 Các thành phần chức 12 12 13 16 21 21 21 22 23 23 24 25 25 26 27 27 28 29 29 29 29 29 30 33 35 37 38 39 39 39 39 40 40 41 42 44 4.5.1 Lược đồ điều chế 4.5.2 Cấu trúc khung TDMA 4.5.3 Thời gian hệ thống 4.5.4 Các chùm đồng thơng tin vị trí 4.5.5 Cấu trúc phân loại tin 4.5.6 Việc lựa chọn khe thời gian 4.6 Các chế độ hoạt động 4.6.1 Báo cáo độc lập 4.6.2 Báo cáo trực tiếp 4.7 Quản lý truy cập khe thời gian 4.7.1 Giao thức quảng bá định kỳ 4.7.2 Quảng bá tăng cường 4.7.3 Các tin yêu cầu chung 4.7.4 Yêu cầu hướng 4.7.5 Yêu cầu trực tiếp/dành riêng đáp ứng khẩn cầu (Directed Request/Plea response Reservation) 4.7.6 Yêu cầu trực tiếp/Dành riêng tự động điều chỉnh(Autotune Reservation) 4.7.7 Yêu cầu truyền tin tức 4.7.8 Truy cập ngẫu nhiên 4.7.9 Truy cập cố định 4.7.10 Các thủ tục xử lý xung đột khe 4.7.11 Các thủ tục phát lại 4.8 Các chế thông tin end-to-end 4.8.1 Giao thức dịch vụ liên kết liệu (DLS-Data link service) 4.8.2 Chức hội tụ phụ thuộc mạng di động (Mobile Subnetwork Dependent Convergence Function - SNDCF) 4.9 Quản trị kết nối 4.9.1 Các chùm đồng 4.9.2 Các khung nhận dạng chuyển giao (XID) 4.9.3 Truy nhập mạng 4.9.4 Giao thức khoá khe dành riêng 4.9.5 Cách ly mặt đất 4.9.6 Kênh báo hiệu toàn cầu (Global signalling channels - GSC) 4.9.7 Quản lý tần số 4.9.8 Bản tin danh mục dịch vụ (Directory of Services – DoS) 4.10 Hoạt động 4.10.1 Các trạm di động 4.10.2 Các trạm mặt đất Chương Các vấn đề quản lý hệ thống VDL Mode 5.1 Các tin quản lý kết nối – Link Management 5.1.1 Cấu trúc tin chùm đồng – SYNC BURST 5.1.2 Bản tin DoS – Directory of Service 5.2 Vấn đề quản lý phổ tần số 5.2.1 Quản lý phổ VDL Mode 44 44 47 48 49 50 54 55 56 56 56 58 59 60 61 61 62 63 63 64 64 65 65 66 66 67 67 67 72 75 76 77 78 78 79 81 84 84 84 88 89 89 5.2.2 Các quy tắc vô tuyến ITU 5.2.3 Kế hoạch phân bổ tần số cho VDL Mode 5.3 Vấn đề quản lý kênh 5.3.1 Giới thiệu chung 5.3.2 Việc sử dụng đa kênh 5.3.3 Quản lý kênh chuyển mạch kênh 5.3.4 Trang thiết bị trạm mặt đất cho việc sử dụng đa kênh 5.3.5 Kế hoạch chuyển giao cho tương lai 5.3.6 Một số mơ hình đặc trưng quản lý kênh 5.3.6.1 Mơ hình mật độ bay thấp 5.3.6.2 Mơ hình mật độ bay trung bình 5.3.6.3 Mơ hình mật độ bay cao Chương Cấu trúc trạm VDL Mode 6.1 Giới thiệu 6.2 Vấn đề dự phịng 6.3 Cấu hình trang bị tầu bay 6.3.1 Cấu hình 6.3.2 Bộ thu phát 6.3.3 Thiết lập ăng ten tầu bay 6.3.4 Phương án trang bị dự phòng tầu bay 6.4 Các phương tiện hoạt động đất 6.5 Cấu trúc trạm mặt đất 6.5.1 Các thành phần kiến trúc mặt đất 6.5.2 Trạm mặt đất 6.5.3 Mạng mặt đất 6.5.4 Vấn đề dự phịng tính tồn vẹn hệ thống mặt đất Kết luận đề xuất kiến nghị Tài liệu tham khảo 89 90 90 90 90 94 97 97 98 98 99 102 104 104 104 105 105 105 106 108 109 109 110 110 112 115 117 120 CHỮ VIẾT TẮT ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN 3D 4D Three-dimensional - Ba chiều Four-dimensional - Bốn chiều ABAS ACARS Aircraft-Based Augmentation System - Hệ thống tăng cường tầu bay Aircraft Communication and Reporting System - Hệ thống báo cáo chuyển thông tin tầu bay Airborne Collision Avoidance System - Hệ thống chống va chạm không Area Control Centre - Trung tâm kiểm soát bay đường dài Adjacent Channel Interference - Nhiễu kênh lân cận ATC Clearance and Information - Dịch vụ thông tin kiểm tra không lưu ATC Communications Management - Dịch vụ quản lý thông tin không lưu Airborne Conflict Management - Quản lý xung đột không phận Aerodrome of Departure - Sân bay cất cánh Aerodrome of Destination - Sân bay hạ cánh Automatic Dependent Surveillance - Giám sát tự động độc lập Addressed ADS - Giám sát tự động độc lập phát trực tiếp ADS-Broadcast - Giám sát tự động độc lập phát quảng bá ADS-Contract - Giám sát tự động độc lập rút gọn Airline Electronic Engineering Committee - Hội kỹ sư diện tử hàng không Airborne Situation(al) Awareness - Cảnh báo tình trạng khơng phận Aeronautical Information Services - Dịch vụ không báo Aeronautical Telecommunications Panel - Phân ban thông tin hàng không Aeronautical Mobile Satellite Service - Hệ thống vệ tinh lưu động hàng không Air Navigation Commission - Hội đồng dẫn đường hàng không Airline Operational Centre - Quản lý hoạt động khai thác hàng khơng Approach Control - Kiểm sốt tiếp cận Approach with Vertical Guidance - Tiếp cận dẫn đường thẳng đứng Airborne Separations Assurance System - Hệ thống bảo đảm phân cách không lưu Airspace Management - Quản lý vùng trời Advanced Surface Movement Guidance and Control System - Hệ thống tăng cường kiểm soát dẫn hoạt động bề mặt Airborne Surveillance and Separation Assurance Processing - Xử lý bảo đảm phân cách dẫn đường hàng không Air Transport - Loại tầu bay thương mại chở khách Airborne Transponder - Máy thu phát không Air Traffic Control - Cơng tác kiểm sốt khơng lưu Air Traffic Control Centre - Trung tâm kiểm sốt khơng lưu Air Traffic Flow Management - Quản lý luông không lưu Automatic Terminal Information Service - Dịch vụ thông tự động khu vực trung cận ATIS-Broadcast - Dịch vụ thông tự động khu vực trung cận phát quảng bá ACAS ACC ACI ACL ACM ADEP ADES ADS ADS-A ADS-B ADS-C AEEC AIRSAW AIS AMCP AMSS ANC AOC APP APV ASAS ASM A-SMGCS ASSAP AT ATC ATCC ATFM ATIS ATIS-B ATMCP ATS ATSAW ATSU Air Traffic Management - Quản lý bay Aeronautical Telecommunications Network - Mạng thông tin viễn thông hàng khơng Air Traffic Management Concept Panel - Nhóm nghiên cứu quản lý bay Air Traffic Services - Dịch vụ khơng lưu Air Traffic Situation(al) Awareness - Cảnh báo tình trạng không lưu Air Traffic Services Unit - Đơn vị dịch vụ không lưu BER BND Bit Error Rate - Tỉ lệ lỗi bit Big Negative Dither - Giao thức dung sai âm lớn CA CAA CARD Conflict Alert - Cảnh báo xung đột Civil Aviation Authority - Nhà chức trách hàng không dân dụng CNS Applications Research and Development program - chương trình nghiên cứu phát triển úng dụng Thông tin/Dẫn đường/Giám sát Cost Benefit Analysis - Phân tích quan hệ vốn/ lãi Co-Channel Interference - Nhiễu đồng kênh Conflict Detection - Dị tìm xung đột Conflict Detection and Resolution - Dị tìm giải xung đột Cockpit Display of Traffic Information - hình hiển thị không lưu buồng lái Cockpit Display Unit - Màn hình hiển thị bng lái Central Flow Management Unit - Đơn vị quản lý luồng trung tâm Communications, Navigation and Surveillance - Thông tin, dẫn đường giám sát CNS Ground Station - Trạm thông tin, dẫn đường giám sát mặt đất Communications, Navigation, Surveillance [in support of] Air Traffic Management - Thông tin, dẫn đường giám sát [hỗ trợ cho] Quản lý không lưu Conflict Prevention - Chống xung đột Controller-Pilot Data Link Communications - Thơng tin kết nối liệu kiểm sốt viên không lưu phi công Compact Position Reporting - Báo cáo vị trí rút gọn Conflict Resolution - Giải xung đột Cyclic Redundancy Check - Mã kiểm tra dư vịng Controller Working Position - Vị trí điều hành bay (của kiểm soát viên ) Downlink of Aircraft Parameters - Thu tham số tầu bay Delegated Airborne Separation - Phân cách không lưu tiêu chuẩn Departure Clearance Service - Dịch vụ dọn đường khởi hành Data link FIS - Liên kết liệu dành cho dịch vụ thông tin bay Differential GNSS - Dẫn đường vệ tinh vi sai Data Link Initiation Capability - Tính khởi tạo liên kết liệu VDL Mode Data Link Services - Các dịch vụ VDL Mode Distance Measuring Equipment - Thiết bị đo khoảng cách Directory of Services - Bản tin danh sách dịch vụ ATM ATN CBA CCI CD CD&R CDTI CDU CFMU CNS CNSGS CNS/ATM CP CPDLC CPR CR CRC CWP DAP DAS DCL DFIS DGNSS DLIC DLS DME DoS European Civil Aviation Conference - Hiệp hội hàng không dân dụng châu Âu Extended Flight Rules - Các quy tắc bay mở rộng Estimated Time of Arrival - Giờ tới dự kiến Enhanced TIBA - TIB tăng cường European Telecommunications Standards - Chuẩn viễn thông châu Âu Extended Visual Acquisition - Tầm nhìn mở rộng European Union - Liên minh châu Âu European Organisation for Civil Aviation Equipment - Tổ chức châu Âu phương tiện hàng không dân dụng EUROCONTROL European Organisation for the safety of Air Navigation - Tổ chức châu Âu an tồn dẫn đường hàng khơng FAA Federal Aviation Agency - Chi nhánh hàng không liên bang FANS Future Air Navigation System - Tổ chức nghiên cứu hệ thống dẫn đường tương lai FARAWAY Fusion of Radar & ADS data through two WAY data link - Sự kết hợp Radar ADS liên kết liệu chiều FAS Final Approach Segment - Đoạn tiếp cận cuối FDPS Flight Data Processing System - Hệ thống xử lý liệu bay FFAS Free Flight Airspace - Vùng bay tự (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 FL Flight Level - Mực bay 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 ECAC EFR ETA E-TIBA ETSI EVA EU EUROCAE GS GSC General Aviation - Tầu bay nhỏ (thường) Ground-based Augmentation System - Hệ thống tăng cường mặt đất Ground Earth Station - Trạm vệ tinh mặt đất Gaussian Filtered Frequency Shift Keying - Khoá dịch tần lọc Gaussian Global Orbiting Navigation Satellite System - Hệ thống dẫn đường vệ tinh quỹ đạo toàn cầu GNSS Landing System - Hệ thống hạ cánh sử dụng dẫn đường vệ tinh Ground channel - Kênh mặt đất Global Navigation Satellite System - Hệ thống dẫn đường vệ tinh toàn cầu Global Positioning System - Hệ thống định vị toàn cầu Ground Proximity Warning System - Hệ thống cảnh báo va chạm mặt đất General Request - Bản tin yêu cầu chung Ground-based Regional Augmentation System - Hệ thống tăng cường mặt đất vùng Ground Station - Trạm mặt đất Global Signalling Channel - Kênh báo hiệu toàn cầu HF High Frequency - Tần số cao GA GBAS GES GFSK GLONASS GLS GND GNSS GPS GPWS GR GRAS 109 VHF việc thay đổi kênh phát lần phát sóng Cấu hình máy phát cộng “n” máy thu đảm bảo hỗ trợ ADS-B cách đầy đủ Cấu hình cho tầu bay thương mại, đầy đủ dự phịng VDL Mode Cấu hình thiết bị đưa Cấu hình tối thiểu Tx: Máy phát Rx; Máy thu Tx Tx Rx1 Rx1 Rx2 Rx2 Rx3 Rx3 Rx4 Rx4 Hình 6.2 Cấu hình thiết bị tầu bay Cấu hình tối thiểu hình vẽ bao gồm máy phát máy thu Cấu hình hỗ trợ ADS-B cách tối thiểu, tuỳ thuộc vào mật độ khơng lưu, hỗ trợ thêm số ứng dụng khác Một số cấu hình khác bổ xung thêm số máy thu, hoạt động đồng thời hai kênh trở lên Các cấu hình nhằm hoạt động vùng mật độ đơng để sử dụng kênh RSC/LSC bên canh việc giám sát kênh GSC Nó cịn cho phép thu cách độc lập dịch vụ quảng bá mặt đất ( ATIS-B GNSS tăng cường) từ dịch vụ ứng dụng khác Khối bao bên mơ tả cấu hình dự phịng đầy đủ tầu bay hành khác dân dụng cho phép giám sát đồng thời nhiều kênh Một máy phát phát kênh 6.3.3 Thiết lập ăng ten tầu bay Việc hoạt động song song băng tần VHF sinh nhiễu, độ lớn thân máy bay định phân cách vật lý mức độ phân cực tối đa cho ăng ten Sự phân cực tốt 29dB Nhưng liên kết liệu VDL Mode lại hoạt động đồng 110 thời với thông tin liên lạc thoại tương tự truyền thống, để đạt mức độ chống nhiễu kết hợp dịch vụ tương tự số cần có độ phân cực 29 dB Điều đạt phân bổ tần số cho dịch vụ khác Hình 6.3 Bộ phát đáp sử dụng tầu bay dân dụng Ăng ten cho tầu bay nhỏ bố trí số lượng 01 cho thu lẫn phát, tầu bay thương mại lớn cần có nhiều ăng ten nhiều dịch vụ Hình vẽ 6.4 mô tả phương thức phân cực ăng ten thân tầu bay sử dụng nhiều ăng ten 111 Phân cực tối đa phát thu 29dB Thu phát thoại tương tự tần số F1 Phát tín hiệu số VDL Mode tần số F2 Thu tín hiệu số VDL Mode tần số F2 Hình 6.4 Phân cực ăng ten tầu bay 6.3.4 Phương án trang bị dự phòng tầu bay Dự phòng vấn đề sống tầu bay Mức độ dự phịng cao thể khơng thiết kế đúp thiết bị VDL Mode mà cịn mức độ khơi phục cấu hình nhanh với hệ thống bus liệu kết nối song song vấn đề nguồn cung cấp Việc kết nối bus cung cấp thêm mức độ bảo vệ Để bảo vệ khỏi liên kết liệu, tầu bay cần có hai thiết bị Radio độc lập với nhiều máy thu máy phát Việc lắp đặt ăng ten khơng cần đúp thu phát lý chống nhiễu Đường vào/ra RF thu phát thứ hai nối đến máy thu phát thứ không cần nối với ăng ten thứ có trục trặc Hình 6.5 Kết nối cụ thể cho tầu bay AirBus 112 Khi máy thu phát VDL Mode thứ (chính) bị hư hỏng đường vào/ra RF tự động nối với đường vào thứ hai (dự phòng) Để việc hoạt động liên tục trường hợp, thứ thứ hai cấp bảng liệu dành riêng Số lượng máy thu thể tăng lên Với bốn máy thu ta sử dụng hai máy để giám sát hai kênh GSC, hai máy lại để thu FIS-B GRAS kênh định Khi hai thiết bị hoạt động song song dự phịng cập nhật liệu bảng dành riêng, tầu bay tiếp tục hoạt động ADS thu tin FIS-B GRAS từ dự phịng trường hợp hỏng Cấu hình hỗ trợ hoạt động liên tục kênh GSC LSC 6.4 Các phương tiện hoạt động đất Đối với phương tiện hoạt động đất xe hàng, xe dẫn đường, xe dọn đường băng, xe xăng, nạp điện … cấu hình thơng thường máy thu phát VHF, xử lý thông tin, máy thu GNSS thu tín hiệu GNSS hiệu chỉnh phát từ trạm mặt đất Máy thu phát bao gồm máy phát, máy thu ăng ten Với cấu hình lắp đặt thêm máy tính, khối vào (bao gồm phần hiển thị vị trí) nguồn cung cấp Cấu hình máy thu phát mở rộng thêm số máy thu để thoả mãn số yêu cầu đặc biệt Nếu báo cáo từ phương tiện đất nhằm mục đích thực hiển thị cho đài huy (TWR) hình hiển thị tầu bay (CDTI) khơng cần lắp đặt thiết hiển thị cảnh báo vị trí xe Tuy nhiên sân bay lớn lắp đặt hiển thị cảnh báo tình trạng kết hợp với đồ di chuyển để tăng thêm tính an tồn cho tồn hệ thống 6.5 Cấu trúc trạm mặt đất Hệ thống VDL Mode hoạt động hai trường hợp có khơng có trạm mặt đất Khi khơng có trạm mặt đất, hệ thống sử dụng kiểu hoạt động độc lập bản, dó trạm di dộng tương tác với thông qua hai kênh GSC Dịch vụ hỗ trợ ADS-B trực thoại khơng – khơng Khi có trạm mặt đất, ví dụ hai trạm mặt đất mạng mặt đất tạo khả cung cấp thêm tính hệ thống bao gồm ATS đơn vị mặt đất khác vùng hoạt động rộng 113 Các báo cáo ADS-B Thông tin điểm nối điểm Dữ liệu quảng bá Mạng mặt đất Báo cáo ADS-B từ trạm mặt đất Quảng bá liệu tới tầu bay Dữ liệu điểm nối điểm từ/tới tầu bay Hình 6.9 Mạng lưới trạm mặt đất 6.5.1 Các thành phần kiến trúc mặt đất Cấu trúc mặt đất sử dụng cho ứng dụng VDL Mode phải có khả thu phân phát thông tin thời gian cho nhiều người sử dụng khác Cấu trúc phải có khả phát lên thơng tin, bao gồm thời gian, diện rộng Tính tin cậy độ an toàn mặt đất phải cao cho dù có nhiều mức, cấu trúc mặt đất bao gồm thành phần sau đây: Các kênh VDL Mode Trạm mặt đất VDL Mode Trạm mặt đất VDL Mode Mạng mặt đất Hệ thống ATS Hình 6.10 Các thành phần mặt đất 114 6.5.2 Trạm mặt đất Kiểu đơn giản tảng mặt đất VDL Mode trạm đơn phục vụ cho vùng local Đây phần tảng giới thiệu dịch vụ Lắp đặt thêm trạm mặt đất kết nối chúng thành mạng mở rộng vùng dịch vụ Một trạm mặt đất VDL Mode phải có khả hoạt động đa kênh Mức độ dự phòng tính thay đổi theo mở rộng Trạm mặt phải bao gồm máy thu phát VDL Mode sử dụng máy thu phát VHF, máy thu DGNSS chuẩn, xử lý thông tin ăng ten VHF/DGNSS, modem kết nối trạm mặt đất với máy chủ để cung cấp kết nối tới ATS, AOC nhiều sở liệu khác thơng qua mạng LAN, WAN Hình vẽ mô tả thiết lập theo giao tiếp bên ngồi Hình 6.11 Thiết lập mạng mặt đất 115 Các ứng dụng quảng bá chạy máy chủ mặt đất không Máy chủ mặt đất đặt đơn vị ATC Theo quy định kỹ thuật, mạng lưới kết nối máy tính bao gồm thành phần sau: • Mạng IP kết nối máy chủ với trạm mặt đất (IP network) • Trạm mặt đất (Ground station), kết nối mạng IP Kết nối VDL Mode link • Kết nối VDL Mode liên kết khối quản lý thông tin (MU) tầu bay với trạm mặt đất Hình 6.12 Một mơ hình đặc trưng trạm mặt đất Việc kết nối máy chủ mặt đất trạm mặt đất thực giao thức UDP/IP dùng TCP/IP yêu cầu cao Giữa Trạm mặt đất khối MU tầu bay sử dụng trực tiếp kết nối VDL Mode Trạm mặt đất sửa lại tin cho phù hợp để phát Ví dụ bỏ phần mào đầu IP trước quảng bá Tương tự vậy, thêm phần mào đầu IP vào tin nhận từ Data link để truyền mạng IP mặt đất Trạm mặt đất chứng thực tin, định mức độ ưu tiên định tuyến tin 116 6.5.3 Mạng mặt đất Kết nối trạm mặt đất cho phép VDL Mode bao phủ vùng rộng lớn, việc bao gồm ứng dụng không - đất ADS-B ứng dụng đất – không TIS-B FIS-B Mạng mặt đất hỗ trợ phân phát liệu an toàn hiệu trạm mặt đất nhiều đơn vị sử dụng khác Nhiều giao thức khác sử dụng để bổ trợ cho nhiều ứng dụng Sau giải pháp mạng mặt đất sử dụng công nghệ IP để hỗ trợ cho ứng dụng ADS-B Hình 6.13 Mạng mặt đất 6.5.3.1 Sự phân phát liệu mạng mặt đất Mạng mặt đất xem mạng toàn cầu với kết nối đến số lượng lớn hệ thống nguồn thông tin Kỹ thuật Multicast dùng để phân phát liệu ADS-B Kỹ thuật dùng để phân phát liệu cách hiệu từ nhiều người gửi đến nhiều người nhận phù hợp với loại ứng dụng ADS-B Multicast tối thiểu tiêu thụ băng thông liên kết liệu, xử lý định tuyến phân phát, đồng thời gửi trễ nguồn liệu cho nhiều người dùng Kỹ thuật multicast mơ tả hình vẽ 6.14 Sử dụng multicast tăng cường khả phân phát liệu ADS-B tới nhiều nhóm người sử dụng Multicast cịn hỗ trợ cá ứng dụng phát lên TIS-B Nhiều trạm mặt đất phát lên thơng tin nhận dạng thông tin phát hiệu multicast cho nhiều trạm mặt đất khác từ trung tâm 117 Người nhận Người gửi Phân phát thơng thường Phân phát Multicast Hình 6.14 Multicast 6.5.3.2 Các ứng dụng sử dụng liệu ADS-B Hệ thống ATM ứng dụng sử dụng liệu ADS-B kết nối đến nhiều địa multicast ADS-B mạng mặt đất Kỹ thuật multicast tạo lên tính dự phịng Nhiều trạm mặt đất nhận tin ADS-B giống dự phòng phần lớn thời kỳ bay Nếu nhiều trạm mặt đất thu tin ADS-B giống phát tiếp chúng tới địa multicast tương tự xẩy nguy chồng mạng Do phải thực cơng việc lọc tin trước gửi chúng tới địa multicast ứng dụng nhận chúng Công cụ lọc tuỳ chọn lắp thêm mạng, cơng cụ ICAO khuyến nghị Như đề cập trên, tin ADS-B mạng nên định dạng theo chuẩn ASTERIX (mục 21) để phát mạng, giao diện sử dụng phần lớn hệ thống ATS Việc phân phát liệu ADS-B có đặc trưng đặc biệt mạng ADS-B liệu thời gian thực cấu trúc mạng mặt đất phải đảm bảo trễ cực tiểu Luồng liệu ADS-B cần phải phân bổ băng thông định mạng 6.5.3.3 Thông tin điểm nối điểm Trên dịch vụ quảng bá sử dụng giao thức IP Các thông tin điểm nối điểm sử dụng địa đích dịa nguồn IP độc Các thực thể nhận dạng thông thường khác địa multicast số cổng phải độc mạng Vì vậy, nhà quản trị phải phối hợp, đăng ký, xếp định yếu tố mạng giao thức cần thiết Một mơ hình hoạt động thông tin điểm nối điểm sử dụng mạng IP mơ tả hình vẽ Trong đó, trạm mặt đất 118 tầu bay có địa IP thuộc mạng IP Mạng gọi Mạng IP vận chuyển VDL Mode (VDL Mode Transit IP-Network) Chuẩn VDL Mode hỗ trợ thông tin điểm nối điểm mạng mạng ATN định ICAO Hình 6.14 VDL Mode Transit IP-Network 6.5.4 Vấn đề dự phòng tính tồn vẹn hệ thống mặt đất Có nhiều mức kiến trúc mạng mặt đất tuỳ thuộc vào ứng dụng hỗ trợ Một giải pháp đầu cuối cao cấp mạng mặt đất có đầy đủ dự phòng Cấp thấp 119 giải pháp sử dụng bối cảnh khơng cần an tồn ứng dụng liên kết VDL Mode đóng vai trị bổ trợ cho nguồn thơng tin khác u cầu mạng mặt đất phụ thuộc vào ứng dụng hoạt động khả dự phòng hệ thống Giải pháp cao cấp bao gồm tính dự phịng nóng, chức listen-back khơng có điểm lỗi tồn mạng Hình vẽ 6.15 mơ tả cách kết nối hệ thống trạm mặt đất VDL Mode với hệ thống quản lý không lưu ATM với độ dự phòng cao Hai khối A B đại diện cho hai thiết bị hoạt động song song tự động chiếm chỗ khối lỗi Việc nối chéo tuyến bus nhằm mục đích tăng thêm tính dự phịng Trạm mặt đất VDL Mode Khối A Dự phịng nóng Khối B Đường định tuyến B Đường định tuyến A Khối B Khối A Dự phịng nóng Hệ thống ATM Hình 6.15 Kết nối hệ thống VDL Mode hệ thống ATM với dự phịng đầy đủ Tính tồn vẹn dự liệu truyền mạng mặt đất cịn có vấn đề nữa, liên quan đến nhận thực, tính xác kịp thời tin Các phương tiện phải tăng cường để đảm bảo sai lệch khơng sảy q trình phân phát điện văn Một vấn đề điện văn phân phát 120 có người nhận có đủ quyền hạn đọc được, cần có kết hợp kỹ thuật mã hoá 121 KẾT LUẬN - ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ Xây dựng liên kết liệu sử dụng băng tần VHF không song với mạng mặt đất sẵn có điều kiện tất yếu phát triển ngành hàng không dân dụng giới Có nhiều hướng phát triển kỹ thuật VHF Data Link theo đề xuất chuẩn ban đầu ICAO (VDL Mode 1) Kỹ thuật VDL Mode phát triển Mỹ số vùng Châu Âu, với thuật toán Đa truy nhập cảm nhận sóng mang VHF kỹ thuật điều chế D8PSK, VDL Mode cung cấp cho người sử dụng khả liệu 25 KHz/ kênh, trường hợp toàn tải tốc độ liệu 10 kbit/s Hệ thống VDL Mode phát triển lại đánh giá có trở ngại tiềm ẩn hệ thống điện thoại số bị FAA ràng buộc phát triển không vượt qúa điều kiện hệ thống FAA đưa Kỹ thuật VDL Mode tích hợp liên lạc thoại liệu tần số VHF, tương tự hệ thống vệ tinh di động hàng khơng khối di động vệ tinh thực liên lạc thoại liệu Tuy nhiên, giao thức VDL mode3 sử dụng thuật toán TDMA cổ điển quản lý trạm mặt đất để cung cấp hay kênh logic kênh VHF 25 KHz, điều cho phép chất lượng tốt nhiều so với VDL Mode lại vấp phải trở ngại lại tắc nghẽn kênh kết khơng đủ tần số có hiệu lực châu Âu Bắc Mỹ ICAO cho phép phát triển kỹ thuật để hỗ trợ cho thoại ATS thông thường phải chờ năm 2009 để sử dụng kênh thoại 8.33 KHz Cuối hệ thống VDL Mode lựa chọn để nghiên cứu chứng tỏ ưu việt Với thuật toán đa truy nhập phân chia theo thời gian tự tổ chức STDMA kênh VHF 25 KHz, hệ thống giảm đáng kể chi phí xây dựng trạm mặt đất việc điều khiển kênh VDL khơng phải trạm mặt đất điều khiển mà “tự tổ chức” trạm với vùng bay bằng, chiếm phần lớn thời gian bay, tầu bay bay độc lập Lợi điểm thứ trạm mặt đất phát trùng tần số miễn chúng điều khiển để không phát trùng khe thời gian đủ, vấn đề tài nguyên tần số VHF giải Tuy không hỗ trợ dịch vụ mạng ATN tốt VDL Mode 2, VDL Mode lại hỗ trợ tin ngắn lặp lại tốt nên tảng cho ứng dụng ADS-B ICAO Với dịch vụ giám sát ADS-B này, tương lai trạm mặt đất máy bay 122 quan sát luồng không lưu thay cho mạng Radar tốn Trong thực tế, để thực chương trình chuyển sang hệ thống CNS/ATM mới, Trung tâm Quản lý bay dân dụng Việt Nam phối hợp chặt chẽ với phận cấu thành Ngành Hàng không dân dụng Việt Nam việc xây dựng kế hoạch chuyển đổi Bên cạnh đó, việc xây dựng kế hoạch đầu tư, Trung tâm bám sát hướng dẫn kế hoạch chuyển đổi sang CNS/ATM ICAO khu vực Châu Á - Thái Bình Dương Ngày 30/10/2002 Trung tâm KSKL Hồ Chí Minh chương trình CNS/ATM khởi cơng xây dựng Trung tâm dự kiến đưa vào hoạt động cuối năm 2004 Quá trình chuyển tiếp sang CSN/ATM thực theo phương thức "cuốn chiếu" năm 2010 (theo tiến độ ICAO đề ra) Phương thức giúp cho việc tận dụng trang thiết bị có đảm bảo tiết kiệm tối đa Việc chuyển đổi hệ thống cần phải tiến hành tồn diện quy mơ tồn cầu với nhiều hệ thống khác Trong khn khổ có hạn, luận văn đề cập đến vấn đề kỹ thuật hệ thống lõi xây dựng mơ hình hoạt động trạm quy mơ nhỏ Để thích ứng với dự án lớn, đề tài cần phải phát triển cao Trong trình thực luận văn khơng tránh khỏi nhiều thiết sót, tơi mong muốn nhận nhiều ý kiến đóng góp để luận văn hoàn thiện 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] AEA Yearbook, April 1999 [2] Báo cáo hàng năm trung tâm quản lý bay dân dụng Việt Nam [3] Bùi Việt Bắc, “Máy bay ngành hàng không” - Nhà xuất khoa học kỹ thuật -1981 [4] Civil Aviation Administration of Viet Nam, “Aeronautical Information Publication 3rd edition” - Viet Nam Air Traffic Management- 2000 [5] Cục hàng không dân dụng Việt Nam, “Lập kế hoạch quốc gia cho hệ thống CMS/ATM mới” - Ban đạo chương trình CNS/ATM - 2001 [6] CODA, “Annual Report” - 2000 [7] EUROCONTROL, “Annual Report” - 2001 [8] Flight International, 29 August – September 2000 [9] IATA, “World Civil Aviation Infrastructure & Development” - 2001 [10] Jane’s Transport News, 16 August 2000 [11] Kế hoạch khơng vận tồn cầu hệ thống CNS/ATM [12] NEAN Update Project, “VDL Mode Operational Concept” - 2001 [13] Ngô Huy Cương, “Một số vấn đề luật hàng không” - Nhà xuất công an nhân dân - 2000 [14] SITA, “ Tài liệu tiêu chuẩn kỹ thuật cho Đường liên kết VHF số “- ACMP1997 [15] White House Commission on Aviation Safety & Security ... lãnh thổ Việt Nam Luận văn “ ỨNG DỤNG CỦA VHF DATA LINK MODE TRONG MÔI TRƯỜNG CNS/ ATM ” nghiên cứu công nghệ kỹ thuật VHF Data Link Mode 4, liên kết liệu số sử dụng sóng VHF phương tiện tham gia... ATM mô tả chức năng, ứng dụng hệ thống Trong có việc miêu tả nguyên nhân mà chức ứng dụng ATM tương lai ứng dụng vào hệ thống Mô tả ứng dụng VDL Mode dựa mô tả môi trường ATM tương lai 3.2 Tổng... 40 40 41 42 44 4. 5.1 Lược đồ điều chế 4. 5.2 Cấu trúc khung TDMA 4. 5.3 Thời gian hệ thống 4. 5 .4 Các chùm đồng thơng tin vị trí 4. 5.5 Cấu trúc phân loại tin 4. 5.6 Việc lựa chọn khe thời gian 4. 6