收稿日期：２００６－１２－２１；修回日期：２００７－０３－１９基金项目：欧盟Ｅｕｒｏｃｏｎｔｒｏｌ机杨Ｌｉｎｋ２０００＋项目
作者简介：王鹏（１９８２－），男，新疆伊犁人，助教，工程硕士，研究方向为航空器系统安全性．
近年来随着民航事业的飞速发展，航线和飞机数量迅速增加，在一些比较繁忙的机场和地区，现行的空地通信及交通控制系统已不能满足需求，亟待一种高效安全的新型通信系统；另一方面各航空公司也需要一种新型通信系统，能够实时、低成本地与飞机进行数据交换。为此欧盟和美国分别于２００２年制定了自己的新型空地通信及交通控制系统标准，并以此为各公司提供空地数据传输的手段，随后在一些技术力量较为雄厚的航空公司进行系统改造和试验运营，即美国的
ＣＰＤＬＣ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｐｉｌｏｔｄａｔａｌｉｎｋｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）Ｂｕｉ－ｌｄ１Ａｐｒｏｇｒａｍ和欧洲的Ｌｉｎｋ２０００＋ｐｒｏｇｒａｍ［１－３］。空中客车公司基于此制定的ＡＩＭ－ＦＡＮＳ（空客新航行系统）［４］计划中，Ｄａｔａ－Ｌｉｎｋ是其重要一部分，其下属ＡＴＩ公司作为Ｅｕｒｏｃｏｎｔｒｏｌ选定的试验者［５］，已于２００４年开始具
体的飞机改造工程。中国目前已有相应的发展意向，但
尚处于考察研究阶段。本文以空客公司的Ａ３００－６００ＳＴ型飞机为背景，研究提出了一种能在老型号飞机上实施空地数据链改装的技术方案，并通过可靠性分析，将改装方案定位于“小改”，从而可以有效降低适航审定工作的复杂性，为航空公司节约改装成本。
１数据链Ｄａｔａ－Ｌｉｎｋ
１．１Ｄａｔａ－Ｌｉｎｋ空地数据链介绍
空地数据链［１］是采用数字无线通信方式的一种高
东营机动车违章查询速数据／语音传输系统，其实现是基于现行的飞机通信寻址和报告系统（ＡＣＡＲＳ）以及正在建设中的航空电信网（ＡＴＮ），目前ＡＴＮ在未来的主体地位已被ＥＡＳＡ
确认。空地数据链路系统主要可用于空中交通管理以及各航空公司自身的飞行数据服务，如高速准确的文
Ａ３００－６００ＳＴ飞机空地数据链改装方案
王
鹏
（中国民航大学航空自动化学院，天津３００３００）
摘要：空地数据链是一种基于ＣＮＳ／ＡＴＭ提出的新型数字通信技术，对实现地面网络与飞机的实时数据通信具有重要
意义。以空客公司的Ａ３００－６００ＳＴ型飞机为背景，研究提出了一种能在老型号飞机上实施空地数据链改装的技术方案，并通过可靠性分析，将改装方案定位于“小改”，从而可以有效降低适航审定工作的复杂性，为航空公司节约改装成本。此方案已于２００６年在空客公司国际运输部成功应用，对其他老机型的同类改装具有一定的参考价值。
关键词：空地数据链路；ＣＰＤＬＣ；甚高频通信系统；可靠性；改装中图分类号：Ｖ２４９．３２
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１－５０００（２００７）０３－００２１－０３
ＭｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｐｏｓａｌｏｎＡ３００－６００ＳＴｆｏｒＡｄａｐｔｉｎｇ
ｔｏＤａｔａ－ＬｉｎｋＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ
ＷＡＮＧＰｅｎｇ
（ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＣｏｌｌｅｇｅ，ＣＡＵＣ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００３００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄａｔａ－ＬｉｎｋｉｓａｎｅｗｓｔｙｌｅｍｅａｎｓｏｆｄｉｇｉｔａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＣＮＳ／ＡＴＭｃｏｎｃｅｐｔ，ｗｈｉｃｈｉｓａｍａｊｏｒｗａｙ
ｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔｒｅａｌｔｉｍｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇｂｅｔｗｅｅｎｇｒｏｕｎｄｎｅｔｗｏｒｋａｎｄａｉｒｃｒａｆｔ．ＢａｓｅｄｏｎａｉｒｃｒａｆｔＡ３００－６００ＳＴ，ｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｄｅｖｅｌｏｐｓａｆｅａｓｉｂｌｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｐｏｓａｌｏｎＶＨＦｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｆｏｒａｄａｐｔｉｎｇｔｏｎｅｗｇｅｎｅｒａｔｉｏｎＤａｔａ－Ｌｉｎｋｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈｓａｆｅｔｙ＆ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓ，ｉｔｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｌｏｃａｔｅｓｔｈｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎａｓａＭＩＮＯＲ，ａｎｄｒｅｍａｒｋａｂｌｙｒｅｄｕｃｅｓｉｔｓｃｏｓｔ．Ｔｈｉｓｄｅｓｉｇｎｈａｓｂｅｅｎａｄｏｐｔｅｄｂｙａｉｒｂｕｓ．
ＡＴＩ，ｗｈｉｃｈｃａｎｂｅ
ｔａｋｅｎａｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｏｔｈｅｒｏｌｄｔｙｐｅｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄａｔａ－ＬｉｎｋＡＴＣ；ＣＰＤＬＣ；ＶＨＦｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ
第２５卷第３期
中国民航大学学报
Ｖｏｌ．２５Ｎｏ．３２００７年６月
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＩＶＩＬＡＶＩＡＴＩＯＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＣＨＩＮＡ
Ｊｕｎｅ，２００７
中国民航大学学报２００７年６月
本消息式空中交通管制指令、与航空公司地面网路进行实时交换飞行数据或报文服务等。
本文所涉及的改装方案将直接建立在以新型
ＶＨＦ通信收发机［６］为基本通信设备的ＡＴＮ（ａｅｒｏｎａｕｔｉ－ｃａｌｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ）网络上，其设备主要采
纳了Ｒｏｃｋｗｅｌｌ－Ｃｏｌｌｉｎｓ公司开发的ＣＮＳ／ＡＴＭ（通信、导航与监视／空中交通管理）系列组件。
ＥＡＳＡ规定到２００９年其成员国所有的飞机均需
要安装此系统。
１．２Ｄａｔａ－Ｌｉｎｋ数据链系统主要优点
相对于现行的空中交通管制系统以及空地数据传输系统ＡＣＡＲＳ，数据链系统有以下优点：①极大减少了数据传输时间，具有良好的抗干扰能力；②可以抑制由于话音信号质量不好、传输衰减或语言等问题对空中交通管制指令造成误解；③能实时快速地实现飞机与地面的数据传输，并能经由地面网络实时传送给相关部门；④能够自动选择并登陆到合适的空中交通管制网络；⑤可以存储大量来自地面的指令，反复调用。
２
改造方案实施和存在问题
２．１Ａ３００－６００ＳＴ原机载通信系统构造
空中客车公司的Ａ３００型飞机已经属于型号较
老、服役年代较久的飞机之一。其空地通信的实现主要依托两部甚高频收发机ＶＨＦ－７００Ｂ（频带１１８￣１３６９７５
ＭＨｚ）和一部ＶＨＦ－４２２Ｂ（频带扩展至军用频带１１８￣１５１９７５ＭＨｚ）来实现，目前扩展频带收发机主要应用
在军用频带以及应急状态，在马德里机场由于历史原因也需要使用扩展频带。收发机的控制是通过手动操作机械式控制面板来进行地面台的选取，通信方式为模拟语音信号。Ａ３００－６００ＳＴ飞机甚高频通讯系统原始构造如图１所示。图１中每一部收发机均是通过其各自的手动控制面板来控制，并且在控制面板１和收发机２之间有可手动转换的控制连接，同样，在控制面板
２和收发机
１之间也具有后备连接
。
２．２系统设备组构方案
在对Ａ３００－６００ＳＴ的改装中，为保障系统的稳定
性和兼容性，笔者采用了Ｒｏｃｋｗｅｌｌ－Ｃｏｌｌｉｎｓ公司的ＣＮＳ／
ＡＴＭ系列设备，主要有ＣＭＵ－９００（ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｍａｎａ－
ｇｅｍｅｎｔｕｎｉｔ）、ＩＤＣ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｄｉｓｐｌａｙｃｏｎｔｒｏｌ）、ＡＰ
Ｍ－９００（ａｉｒｃｒａｆｔｐｅｒｓｏｎａｌｉｔｙｍｏｄｕｌｅ）、ＶＨＦ－９２０（Ｅ）或ＶＨＦ－２１００（Ｅ）、ＨＦＳ－９００Ｄ。其结构组成如图２所示。
其中核心组件ＣＭＵ为通信管理组件，主要功能是协调管理所有通信、显示及控制设备。它采用ＡＲＩＮＣ７５８Ｍａｒｋ２协议，具有兼容ＡＣＡＲＳ型高频、
甚高频收发机的标准接口，ＶＤＬ（ＶＨＦＤａｔａ－Ｌｉｎｋ）的模式Ａ和模式２接口，ＡＴＮ路由包等多种功能模式。在空中交通管理中，ＣＭＵ负责对地面控制台指令的搜索、跟踪，以及交接控制台的管理；对指令中的地址译码、转发；将地面塔台的指令存储并以文本格式传送给ＩＤＣ，这些信息还可反复被调用。对于在航空公司运营管理ＡＯＣ中，
ＣＭＵ负责与相关系统铰链，收集飞机信息与地面网络
通信，包括发动机工作情况、飞机各系统的一些状态离散量ＯＯＯＩ（ＯＦＦ，ＯＮ，ＯＵＴ，ＩＮ）等，以及下载或传送有关飞机任务指派或维护信息的数据资料等。
avalon
ＩＤＣ［７］是集成显示控制单元，采用大型ＬＣＤ液晶显
示屏幕，兼容ＣＤＵ功能。主要用于显示、查询、更改飞机
信息或状态，控制信息的输入，以及在进行空地数据链接时输入文本信息。其中控制信息是以ＡＲＩＮＣ４２９协议格式进行输入、输出。
ＡＰＭ是飞机个性资料配置部件，用于存储本架飞机的一些配置资料，如ＶＨＦ收发机的类型等，以便ＣＭＵ的咨询调用。
ＶＨＦ－９２０收发机全部采用新一代数字化数据传输收发机［６］，能兼容ＶＨＦ－７００以前系列产品的模拟语
音通信模式及控制指令。ＶＨＦ－９２０采用键控相位调制波ＰＳＫ，支持ＶＤＬｍｏｄｅ２或ｍｏｄｅ３模式，控制信息使用ＡＲＩＮＣ７５０－２格式，与ＡＴＮ协议及ＡＣＡＲＳ兼容。
本方案的具体施工线路图，可参阅Ａ３００－６００ＳＴ
２２
第２５卷第３期王鹏：Ａ３００－６００ＳＴ飞机空地数据链改装方案的相关手册。
３改造方案中关键问题
鉴于欧洲陆地面积相对较小和集中，高频通信系
统使用较少，而目前卫星通信成本较高且其可靠性还
有待进一步验证，本方案主要针对甚高频通信系统
ＶＨＦ进行改装。甚高频通信系统属于Ａ３００－６００ＳＴ最
低设备清单ＭＥＬ中的设备，其中第１套甚高频通信系
统属于“ＧＯ／ＮＯＧＯ”设备，是目前空地通讯所使用的
关键设备，因此其可靠性要求较高。依照Ａｉｒｂｕｓ．ＡＴＩ的
管理章程［８］，涉及到甚高频通信系统的改装有可能被定
级为“大改”。而关于大改的适航安全性合格审查所涉
及到的程序较为复杂［９］，将会进一步增加企业成本。因此，在此次改装中笔者采取了较为保守的设计，通过保留结构的相似性，降低了适航审定程序的复杂性。以下是其具体解决方案。
３．１关于甚高频通信系统控制的可靠性问题
在最初始的设计结构中，笔者计划直接增加２套集成显示控制单元ＩＤＣ以取代所有ＶＨＦ的控制面板，用于直接控制２套ＶＨＦ收发机，并将仪表着陆系统ＩＬＳ，自动定向机ＡＤＦ以及高频、甚高频通信系统的控制面板综合到ＩＤＣ上，通过对ＩＤＣ的软件升级，增设相关控制页面，从而节约驾驶舱内的空间，减轻飞行员的工作负担。
但在与Ａｉｒｂｕｓ．ＡＴＩ部门的工程师讨论时，他们对当前配装的ＩＤＣ的安全性指标保留了一定意见，认为从实际维修的统计数据来看，ＩＤＣ的故障率高于ＯＥＭ给定的１．７×１０－４／飞行小时，建议应在提高系统的安全裕度上有所改进。
鉴于以上因素，同时由于ＶＨＦ－９２０能够向下兼容较早系列产品的控制指令，笔者保留了第３套甚高频通信收发机的控制面板，并为其设计了一个手动控制的选择转接开关，其示意图如图３所示。图３中，实线表示直接控制，点划线表示间接控制或可转换后备连接。在紧急状况或ＩＤＣ全部故障的情况下，飞行员可以通过手动选择开关用第３套甚高频通信收发机的控制面板对其进行独立控制。在此方案中由于保留了第３套甚高频通信系统的独立控制，较大地提高了整个系统的安全裕度；通过保留与原构型相似的结构，可证明其系统安全性能够达到等效的安全级别要求，降低了改装等级，大大简化了适航审定程序的复杂程度，节约了企业成本。３．２适航安全性分析
系统线路连接结构如图４所示，其中虚框内表示控制通路，实框内表示连接到无线电接收机的通路，标号１￣１０代表了控制通路中有可能发生故障的线路、元件或设备。导致整个系统无法工作的故障可能由其中某一路或多路组合故障引起，因此在安全分析中，必须考虑到所有可能发生的故障情况。
在图４所示的系统结构中，本系统控制通路可以划分为１０个部件（元件、线路或设备），无线电接收机的通路可以划分为９个部件，其各部件故障的组合便有可能导致整个系统功能的丧失。如以下两
种情况：１）ＩＤＣ１故障，同时ＩＤＣ２与ＩＤＣ１铰链信号故障（官方故障率λ＝９．８×１０－８／飞行小时，平均作用时间１．６ｈ）；且ＩＤＣ２的ＡＲＩＮＣ４２９失效（官方故障率λ＝１．０×１０－６／飞行小时，平均作用时间１．６ｈ）。此故障将导致系统功能丧失，组合故障概率值为１．０×１０－６。
２）ＩＤＣ１的ＡＲＩＮＣ４２９总线故障及ＩＤＣ２故障（官方故障率λ＝２．７×１０－８／飞行小时，平均作用时间１．６ｈ）；且ＩＤＣ１交叉控制命令失效（官方故障率λ＝５．１×１０－５／飞
（下转第２９页）
２３
第２５卷第３期杜洪增，贾立斌，刘艳红，等：压电热弹性体开口壳的响应分析
参考文献：
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［１２］钟万勰．应用力学对偶体系［Ｍ］．北京：科学出版社，２００３．
［１３］钟万勰．应用力学的辛数学方法［Ｍ］．北京：科学出版社，２００６．
（责任编辑：杨媛媛）
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新君越图片
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第２３页）
行小时，平均作用时间１．６ｈ）；且此时机长／副驾选择开关卡锁在正常位（官方故障率λ＝３．４×１０－７／飞行小时，平均作用时间２９００ｈ）。此组合故障将导致系统功能丧失。
在系统中，如上例由这些部件组合能造成整个系统功能丧失的总共有８项（在此不再全部列举），分为１９个具体部件的故障。
依照ＳＡＥ－ＡＰＲ４７６１（对民用机载系统和设备进行安全性评估过程的指导和方法）［１０］和Ａｉｒｂｕｓ的ＳＳＡ（ｓｙｓｔｅｍｓａｆｅｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ）分析流程，计算了系统的可靠性。其中图４中的系统在ＥＡＳＡ的规定中要求失效概率小于１０－７。对于图４中的系统结构依照上述方法最终计算结果：丧失系统功能的失效概率为４．６×１０－８；在增加了独立的第３套甚高频通信收发机的控制面板后，其丧失系统功能的失效概率减小到３．６×１０－１１，其结果表明系统方案符合了欧盟适航当局的适航安全要求。甘肃金昌到阿拉善距离
４结语
本方案实施成本约为２０万欧元。方案能满足欧盟适航当局的安全要求，并且遵循ＣＳ２５部法规，通过保持相似的结构特性，可以将此次改装定位于小改，从而避免了较为复杂的适航审定分析取证过程，此方案是笔者结合当前实际运作情况推荐的短期小规模改造方案，获得Ａｉｒｂｕｓ．ＡＴＩ部门的采用，于２００６年实施。
对于未来大规模的老型号飞机改装，笔者建议在对ＩＤＣ的可靠性充分验证并有了工业应用统计数据的支持后，可以取消第３套甚高频通信收发机及其控制组件，以便在能保证飞机安全性的基础上节约成本。欧洲要求２００９年将新型数据链路系统应用在ＥＡＳＡ管辖的所有飞机上，因此对于老型号飞机的同类改装，本方案将具有参考价值。
参考文献：
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［７］Ｒｏｃｋｗｅｌｌ－ＣｏｌｌｉｎｓＩＮＣ．ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅＩＤＣ－９００（ＣＰＮ８３２－９１２０－００１ＲｅｖＥ）［Ｚ］．ＣｅｄａｒＲａｐｉｄｓ：Ｒｏｃｋｗｅｌｌ－ＣｏｌｌｉｎｓＩＮＣ，２００３．［８］ＡｉｒｂｕｓＡＴＩ．ＡｉｒｂｕｓＴｒａｎｓｐｏｒｔＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳ．Ｎ．Ｃ．ＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｅｐａｒｔ－ｍｅｎｔＤｅｓｉｇｎＯｒｇａｎｉｓａｔｉｏｎＨａｎｄｂｏｏｋ［Ｚ］．４ｔｈｅｄ．Ｔｏｏｌｏｕｓ：ＡｉｒｂｕｓＡＴＩ，２００４．
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（责任编辑：王纪宽）