航空航天信息概论第2讲机载通信系统

机载通信系统机载通信的历史无线电通信是利用无线电波来传输信息，它起源于19世纪末。1864年，英国人麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，并证明了它在真空中是以光速传播的。德国人赫兹于1887年用实验方法实现了电磁波的产生和接收。1895年，意大利人马可尼和俄国人波波夫分别进展了无线电通信实验，并研制成功无线电收发信机。1918年。无经电电报通信进入实用化。此后，无线电通信就迅速开展起来了。机载通信的历史1931年，在英国多佛尔和法国加莱之间建立了世界上第一条超短波接力通信线路。20世纪50年代，出现了1GHz以下频段的小容量微波接力通信系统；70年代，数字微波接力通信系统逐步完善。80年代，毫米波波段开场用于接力通信。1952年，美国贝尔实验室首先提出对流层散射超视距通信的设想，60年代以后.散射通信得到了很大的开展。机载通信的历史早在1945年，英国人克拉克提出了利用地球静止轨道卫星通信的设想。1957年10月，苏联成功发射了世界上第一颗人造地球卫星。1958年，美国发射了世界上第一颗通信卫星“斯科尔〞，开场了卫星通信的试验阶段。1965年，美国发射对地静止卫星“国际通信卫星〞1号(又名“晨鸟〞)以及苏联发射对地非静止卫星“闪电〞1号的成功，标志着卫星通信进入实用阶段；机载通信的历史70年代，卫星通信迅速开展，以解决远距离、大容量为主，主要开展国际卫星通信，少数国家相继建立了国内卫星通信系统；80年代，卫星通信向各应用领域扩展，许多国家陆续建成了国内或区域卫星通信系统；90年代，卫星通信向着甚小孔径卫星终端(VSAT)、小容量、专用网通信和移动通信的方向开展。根底知识-射频频谱以下图是频率范围为10kHz至10GHz的射频(RF)频谱的简化形式，该频谱的开展历经了60年，覆盖了多数民用飞机通信系统和导航设备的工作范围。由于军用飞机还装备了攻击雷达、电子战和红外传感器，因此，频谱范围更宽。频谱的宽频覆盖范围和无线电波传播的特点意味着不同设备的性能随着工作环境的改变而改变。简化的射频频谱—民用射频频段的大致分类名称简称频率甚低频VLF3~30kHz低频LF30~300kHz中频MF300~3000kHz(3MHz)高频HF3~30MHz甚高频VHF30~300MHz特高频UHF300~3000MHz(3GHz)超高频SHF3~30GHz极高频EHF30~300GHz射频频段的大致分类一些较高的频率被进一步细分，每个频段以一个字母标识。这种划分方法不是连续的，多个频段可以穿插重叠的。这种标识系统，是过去的一种划分方法，它把波段按类似属性进展分类。高频频段的字母标识字母标识频率范围/GHzL0.39~1.55Ls0.90~0.95S1.55~5.20C3.90~6.20X5.20~10.90Xb6.25~6.90K10.90~17.25Ku15.35~17.25Ka33.00~36.00Q36.00~46.00航空通信航空通信是现代飞机航空电子系统的重要组成局部，用于实现飞机与地面、飞机与飞机之间以及飞机与其他平台之间的通信联络，主要传输语音和数据信息。航空通信分民用和军用系统。民用航空通信一般民用飞机的通信系统用于实现飞机与地面电台之间、飞机与其他飞机之间的通信联络，也用于飞机内机组人员之间的通话、播送、话音记录以及向旅客提供娱乐视听效劳等。民用航空通信目前，民航飞机装备的通信系统有甚高频通信(VeryHighFrequency,VHF)、高频通信(HighFrequency,HF)、选择呼叫(SelectiveCalling,SELCAL)和音频系统四大类。VHF系统是最重要的飞机无线电通信系统，是视距传输系统，用于飞机在起飞着陆期间以及飞机通过管制空域时与地面交通管制人员之间的双向话音通信。HF系统是一种机载远程通信系统，利用天波传播，通信距离可达数千千米，用于在远程飞行时保持飞机与地面电台或与其他飞机之间的通信联络。SELCAL系统是供地面人员向某一指定的飞机进展呼叫的机载设备，它不是一种独立的通信系统，是配合VHF和HF系统工作的。音频系统指机内的通话、播送、录音等系统。军用航空通信军用通信与民用不同，它在抗干扰、抗毁、机动、灵活及保密等方面有更高的要求。军用航空通信有多种分类方法:1.地一空通信与空一空通信2.短波通信、超短波通信和微波通信3.常规通信与抗干扰通信地一空通信与空一空通信地一空通信指地面与飞机之间的通信，空一空通信指飞机与飞机之间的通信。它们是对飞机指挥引导的最主要的通信手段，也是飞机作战、训练中的根本通信方式。主要使用甚高频和特高频(UltraHighFrequency,UHF)频段，进展视距通信，通信距离一般在350km以内。对于超视距远程作战飞机、直升机以及低空突防的飞机，也使用短波通信。预警机、空中指挥机等大型飞机还装备有卫星通信设备。短波通信、超短波通信和微波通信由于空军通信既有近距离通信又有远距离通信，既有航空通信又有地面通信，还有卫星通信和与其他军兵种之间的协同通信。因此，使用的通信频段十分宽广，有短波、超短波甚至微波的通信。常规通信与抗干扰通信为了对抗现代战争中的电子攻击，先进的空军通信系统应具有抗千扰能力。抗干扰通信设备一般同时还具备非抗干扰的常规通信能力，未遭遇敌方干扰时可不必经常使用抗干扰通信方式工作。短波通信短波通信是指利用频率为3MHz-30MHz的电磁波进展的无线电通信。与其他通信手段相比，短波通信有通信距离远、机动性好、生存能力强等独特优点，被认为是有效而经济的远程通信手段。短波通信短波波段主要以天波的方式传播。天波依靠电离层对电波的反射，可建立上千千米的远距离通信链路。短波信道除自由空间传播损耗外，还有电离层吸收损耗、地面反射损耗和系统额外损耗等附加损耗。在短波通信信道中还存在着干扰，主要有大气噪声、工业干扰和其他电台的干扰。这些传播的特性也是短波通信的致命弱点。因为电离层是时变色散信道，其传输特性随不同的季节和昼夜随机地变化，衰落严重。系统易受电离层骚扰，并由于传输的方向性弱而易被敌方窃听和截获等。因此，当20世纪60年代卫星通信崛起之后，短波通信的研究和使用曾走入低谷。短波通信然而，卫星通信也存在易受干扰和攻击的弱点，不能充分保证在战争中通信设备的生存性。20世纪80年代以来，伴随着计算机技术、数字信号处理技术的开展，人们找到了改善短波信道传输可靠性及扩展短波信道容量的方法，使短波通信技术进入了复兴时期。短波通信提高短波通信的质量，自适应技术是关键。实现自适应需要解决两个方面的问题:第一，准确、实时地探测和估算短波线路的信道特性，即实时信道估值技术;第二，实时、最正确地调整系统的参数以适应信道的变化，即自适应技术。短波通信由于系统构造和参数的复杂性，短波自适应的含义很广，包括自适应选频、自适应调制解调、自适应跳频、自适应数据速率、自适应功率控制、自适应零位天线、自适应误差控制等。这些自适应技术的不断开展和应用，使短波通信逐步抑制自身的弱点，在传输速率、传输可靠性和抗干扰、抗截获等各方面都获得了较大的提高。短波通信短波通信系统一般组成，如下图。

短波通信代表性的机载短波自适应跳频电台有美国的AN/ARC-190和AN/ARC-217等。AN/ARC-217机载短波自适应跳频电台的工作频率2MHz一30MHz，频道间隔100Hz，工作方式为上、下边带话音或数据，慢速跳频，发射机输出功率200W，总重量17.3kg。目前，国外已着手解决短波通信的盲区，将短波电台也用于近距离战术通信特别是100km以内的地一空通信。超短波通信超短波通信的频率覆盖30MHz至几个GHz的VHF和局部UHF频段。超短波信号主要靠直线方式传输，称为视距通信。当飞机高度为10000米，地面天线高度为15m时，受地球曲率影响，视距大约为400km。这样，超短波地一空最大通信距离一般为350km左右。超短波通信的工作频带较宽，可以传输多路话音和高速率数据信号。超短波通信超短波电台的组成如下图。

超短波通信发信通道主要由音频信号处理局部、锁相环调频单元、功放、滤波输出单元电路组成，其作用是将音频信号放大后送至锁相环对压控振荡器vco调制，形成调频波，再进展功率放大，滤波后输出到天线。接收通道主要由高放、变频(一般为二次变频)组成，鉴频解调出音频信号，经音频放大推动耳机或扬声器。超短波通信频率合成器一般为数字频率合成器，在发射时完成调频功能，在接收时完成产生两个本振信号的任务，在逻辑控制单元或跳频保密单元的控制下改变其中心频率。逻辑控制局部是由微处理器及一些外设电路组成的控制电路，根据操作人员指令的需要对整机实施控制和管理。在跳频状态可以与跳频单元交换信息，实现跳频通信的工作方式。超短波通信在现代超短波电台中普遍采用跳频工作方式，有些电台还实现自适应跳频通信，跳频速度是跳频通信的重要指标，跳速越高其抗电子干扰、抗截获、抗窃听的性能越好。考虑到“三军〞协同通信能力的需要，多频段、多功能和一机多用已经成了机载电台追求的目标。为使航空超短波通信频段内能容纳更多的电台工作，相继出现了频道间隔为50kHz、25kHz的超短波机载电台。超短波通信20世纪80年代，美国研制了4频段VHF/UHF机载电台(30MHz一88MHz,108MHz一156MHz,156MHz一174MHz和225MHz-400MHz)AN/ARC一182，4个工作频段覆盖了空、海、陆“三军〞战术电台使用的工作频段，较好地实现了与陆军、海军的协同通信。美军还于20世纪90年代开场了一项名为“易通话〞的军事通信设备研制方案，采用开放式模块构造技术，研制多功能军用无线电台，波形可与现有的15种电台兼容，能同时与其中任意4种电台通信，用以取代现有的多种军用电台，解决“三军〞电台多频段、多工作方式的互通问题。数据通信机载数据通信大约始于20世纪50年代。在这之前，飞机与飞机之间、飞机与地面之间用话音相互传递信息。随着飞机性能的不断提高，战场敌我态势瞬息万变，战机稍纵即逝，话音通信方式已不能满足实时掌握战场态势的要求。特别是雷达、各种传感器高速开展，大量的情报再也无法用话音来传送，机载数据链路应运而生。数据链数据链是为了发送和接收数据而把两点连接起来的方法。数据链包括发送和接收数据终端，以及控制数据传输过程的链路协议。机载数据链路的根本作用是保证编队内各个单元之间迅速交换情报资料，实时监视战场态势，提高编队的相互协同能力和作战效能。机载数据链路机载数据链路从应用角度可大致分为三类:第一类是以搜集和处理情报、传输战术数据、共享资源为主的数据链路。如北约的4号数据链路、11号数据链路等。这种数据链路，通常要求较高的数据速率和较低的数据误码率，电子侦察机和预警机等一般选用这种数据链路。机载数据链路第二类是以常规通信命令的下达，战情的报告、请示、勤务通信以及空中战术行动的引导指挥等为主的数据传输。这种数据链路通常要求的数据率不高，但一定要数据准确和可靠。歼击机、轰炸机、武装直升机等一般采用这样的数据链路。机载数据链路第三类是综合型机载数据链路。这种数据链路既具有搜集和处理情报、传输战术数据、共享资源的作用，同时也具有命令下达、战情报告、请示、勤务通信以及空中战术行动引导指挥的功能，甚至能同时实时传送数字话音。如北约的16号数据链路。这种数据链路不仅传送速率高，而且还具有抗干扰和保密的功能，是当前机载数据链路的主流。常用的数据链路4A数据链路(Link4A)。4A数据链路是北约国家使用的名称，美国称为TADIL一C。它是一个半双工的数据传输系统，主要技术指标如下:工作频段UHF频段;数据传输速率5kb/s;调制方式频移键控(FSK);网络工作方式点名呼叫;过失控制采用奇偶校验码，具有查出奇数个错误的能力。该数据链主要用于控制歼击机，如美国海军F一14舰载飞机。其主要问题是不加密，也没有抗干扰能力。常用的数据链路11号数据链路(Link一11)。11号数据链路是北约的名称，美国称为TADIL一A，它是一种半双工的，以主从工作方式进展轮流询问、应答，并在主控站的管理下进展组网通信的数据链路，其主要指标:工作频段HF频段、UHF频段;数据传输速率1.36kb/s,2.25kb/s;调制方式4相DPSK+SSB(HF频段),4相DPSK+FM(UHF频段);网络工作方式点名呼叫;纠错能力采用(30,24)汉明码，能纠正单个错误和检测偶数个错误。11号数据链路是目前地对空最主要的数据链路，也是目前使用最多的空一空数据链路，其主要问题是不加密，数据传输速率低，也没有抗干扰能力。常用的数据链路

16号数据链路(Link一16)。是一种采用码分多址，具有扩、跳频抗干扰能力的数据通信链路标准，美国称为TADIL一J，用于为美军所有军种和北约集团各国提供联合接口。其主要指标:工作频段L频段;数据传输速率28.8kb/s(1类端机)，115.2kb/s(2类端机);调制方式最小频移键控(MSK);抗干扰方式直接序列扩频+跳频;网络工作方式TDMA;纠错能力采用(16,4)和(31,15)里德一所罗门码，具有很强的纠突发错误的能力。Link-4A,Link-11,Link-16之间的性能比较特性Link一11Link一4ALink一16数据功能目标监视、位置报告、电子战、任务管理/武器协同对空控制目标监视、位置报告、电子战、任务管理/武器协同、对空控制话音功能无无2个保密话音通道，126个子网/通道频谱HF/UHFUHFLx波段系统吞吐量1.8Kb/s/网，可选4个网3.8kb/s/网最大1Mb/s接入协议轮询命令/应答TDMA相对导航无无有抗干扰无无有保密无无有超视距只有HF无有，通过中继航空卫星通信航空卫星通信是一种高质量远距离通信手段，不管飞机的位置如何，航空卫星通信可以把高质量的话音和数据传递给飞机。当短波通信需要抑制质量和距离的限制时，卫星通信便显示了它无可比较的优越性。航空卫星通信主要提供飞机与其他地球站之间的地一空通信业务。系统由通信卫星、地球站和机载站等局部组成，机载站实际上是卫星通信系统中的移动地球站。航空卫星通信航空卫星通信一个卫星通信系统包括在空间的通信卫星、大量的地球通信站、公共话音和数据地面通信网络，还有保证卫星通信系统正常运行的测控系统和监测管理系统。卫星天线的波束覆盖了全部地球通信站所在的地域，各通信站天线均指向卫星，通过卫星转发来进展通信。在卫星通信系统中，要求发射机和发射天线有强大的发射功率和很高的天线增益，要求接收机有极高的灵敏度和极低的噪声，因此必须用一些特殊的参数表征这些特性，下面是两个重要的参数。航空卫星通信等效各向同性辐射功率(EffectiveIsotropicRadiatedPower,EIRP)定义为发射机发射功率与发射天线增益的乘积，是一个表征地球站或卫星转发器发射能力的参数。不难看出，EIRP表示的是发射天线在其方向图的主方向上实际辐射出去的功率。EIRP表示了发送功率和发射天线增益的联合效果，这一参数的值越大，地球站或转发器的发射能力就越强。航空卫星通信品质因数(G/T)定义为接收天线增益‘与接收系统噪声温度T的比值，是一个表征地球站或卫星转发器接收能力的技术指标，能综合反映接收系统的实际品质。此值越大，地球站或卫星转发器的接收能力越强。航空卫星通信的障碍因素同步卫星位于36000km高空的同步轨道，在地球上接收到的信号非常微弱。对于地面上的固定站，可以采取增大天线口径，采用噪声系数低，但功耗、体积较大的器件来提高信噪比。但在高速飞行、有效载荷受限的军用飞机上却难以采用这些方法。航空卫星通信的障碍因素飞机时而高速爬升、时而下降、时而转弯，以及气流引起的飞机颠簸等都会使天线的指向偏离卫星所在的位置。在微波频段，高增益定向天线的波束很窄，如在30/20GHz，天线的波束宽度约为20，为保证天线波束始终指向卫星，机载天线的伺服机构十分复杂。航空卫星通信的障碍因素飞机的运动导致多普勒频移，多普勒频移正比于飞机的飞行速度和系统的工作频率。在30/20GHz频段，假设飞机的速度为900km/h，那么所产生的多普勒频差为25kHz。在窄带通信系统中，25kHz的频移将会严重干扰邻近波道的工作。在信道速率比较低的通信系统中，多普勒频移对信号的解调和恢复都将产生严重影响，使系统的误码率增高。航空卫星通信的开展高性能器件的开展及高频段卫星通信的开发使机载卫星通信设备的体积、重量不再是问题。开环跟踪为机载卫星天线的跟踪开辟了新路。开环跟踪实质上是引导跟踪，即是借助外部设备的数据将天线指向引导到卫星所在的位置，这些外部设备可以是惯性导航设备或GPS等设备。机载卫星通信对这些设备的要求是数据精度高、实时性好，现代的导航定位设备可以满足这些要求。航空卫星通信的开展至于多普勒频移的问题，目前常采用两种方法解决:一种方法是导频法，即由地面站发射的标准频率，经卫星转发后供机载站采用自动频率控制环进展校正;另一种方法是利用机载惯导设备的数据，计算出飞机的速度，并由此对机载站的收发频率进展多普勒频率校正。航空卫星通信的开展卫星通信为远程作战飞机的指挥引导提供了可靠优质的通信保障。目前，主要在预警机、空中加油机、远程运输机、战略轰炸机、空中指挥所飞机和大型侦察机等飞机上使用，以后将逐步推广到作战半径大的战术飞机。尽管卫星通信用于军事具有很多优点，但也存在一个重大的弱点，就是通信卫星的暴露性及播送型的通信方式使卫星及其通信信号易受敌方的截获、干扰、甚至摧毁。波音777飞机的典型天线位置分布机载天线用来处理传感器、通信系统和导航设备的机载天线的数目是相当大的。由于不少设备(特别是VHF,HF,VOR和DME)的很多关键部件需要双余度或三余度备份，因此，这种现象变得更加严重。由于天线操作特性和发射属性的不同，很多天线都有自己的安装标准。例如，SATCOM天线用来和卫星进展通信，需要安装在飞机的最高点，以便将天空尽可能地覆盖住；ILS天线，用于进近和着陆通信，那么需要安装在机身的前下方;飞机在空中机动的过程中，如果天线仍需要连续作用的话，天线必须同时安装在飞机的上方和下方，因此，一种天线多处安装也是常见的。通信系统在航空界，飞机和地面(空中交通/局部逼近/地面控制)之间的通信历来是使用语音通信系统。近期，由于数据链通信系统具有更高的数据传输速率和在一些情况下更好的操作性能的特点，所以被采用。可以预见，数据链不仅广泛用于根本型通信系统的HF和VHF波段，而且将向FANS提供一些其所需的先进的通报能力。FANS——FutureAirNavigationSystem通信系统在通道选择器上选择好正确的通道以后，驾驶员通过按下一个连接麦克风和无线电台的发送按钮就可以发出一条语音信息。发出的语音信息经过载波频率调制后形成一条复合信号并被发送出去。调幅(AM)通信系统调幅(AM)通信系统接收机接收到输入的AM信号后通过解调就可以将之恢复为原始语音信号。这种传输方法的优点在于使用起来极其简单—所有的驾驶员只要说话就可以。但是，该方法的缺点就是占用了较宽的带宽，一般为5kHz，且语音通信相对于数据链通信在时间和带宽的利用率方面也不是很高。高频通信系统高频(HF)覆盖的通信频段在3MHz和30MHz之间，是一种非常通用的陆/海/空通信方式。HF通信系统的主要优点是系统能够提供超视距通信，但HF通信会受到信号传播方法的影响。HF通信主要有两种传播方法，即空间波和地面波。高频通信系统空间波传播方式依靠的是地球和电离层之间的单径或多径反射直至到达目的地。其中，电离层的表现性能极易受到地球的辐射，特别是太阳辐射的影响。此外，电离层也会受到时间和其他大气条件的影响。因此，空间波作为一种传播方法，会受到多种环境的不利影响，信号会衰退甚至有时不可用。

HF通信系统的信号传播地面站飞机或舰船图例电离层空间波地面波HF通信系统的信号传播地面波传播方法依靠的是电波随着地球曲率直至到达目的地的传输能力。与空间波一样，地面波偶尔也会受到大气条件的严重影响。当飞机与地面通信站之间的距离超过视距范围时，HF通信系统是飞机跨越海洋和荒漠进展远距空地通信的主要方式。为了保证系统的可用性，多数远距民用飞机都装备有两套HF设备。另外，如果极地飞行成为可能的话，高频数据链(HFDL)在民用飞机上的应用也将日益增多。HF通信系统的信号传播高频数据链(HFDL)相对于HF语音通信系统是一大进步，这是因为数据链消息格式具有固有的位编码特性，HFDL可以使用纠错编码。此外，由于更多先进的调制技术和频率管理技术的使用，HFDL能够在HF语音通信系统不可用或者不清晰的情况下正常工作。航空无线电公司(ARINC)通过使用多个地面站就可以提供HFDL效劳。这些地面站覆盖的范围可达2700nmile，甚至更远。HF数据链路的地面站位置1一圣克鲁斯(玻利维亚);2-雷克雅未克(冰岛);3一香农(爱尔兰);4一奥克兰(新西兰);5一克拉斯诺亚尔斯克(俄罗斯);6一约翰内斯堡(南非);7一合艾(泰国);8一巴罗(阿拉斯加);9一莫洛凯岛(夏威夷，美国);10一河头镇(纽约，美国);11一旧金山(加利福尼亚，美国);12一巴林;13一大加那利岛(加纳利群岛)甚高频(VHF)通信系统甚高频(VHF)语音通信系统是民用飞机上使用最多的通信方式。在航空领域，VHF频段工作于118.000~135.975MHz之间，通道间隔通常为25kHz(0.025MHz)。近些年，为了抑制频率拥挤问题，充分利用数字无线电技术，通道间隔减小为8.33kHz(0.00833MHz)，这就意味着可用频谱的无线电通道数增加了2倍多。世界上有些地区已经采用较小的通道间隔。甚高频(VHF)通信系统VHF频段的传播方式也遭到了限制。除了一些特殊情况，VHF信号只能视距传播，即接收机只具有视距接收能力或能“看得见〞发射机，才能接收到信号。VHF传输没有HF传输的品质，因此既没有应用到空间波的特性也没有应用到地面波的特性。其视距传输特性受无线电天线塔和飞机高度的影响甚高频(VHF)通信系统R=最大距离地面发射机/接收机飞机发射机/接收机VHF信号的传播甚高频(VHF)通信系统决定VHF视距传输距离的公式如下所示

其中，R为距离(nmile),Ht为发射塔的高度(ft),Ha为飞机的高度(ft)。因此，如果一架飞机的飞行高度为10675m(35000ft)，飞行范围在235nmile之内，通常一个30.5m(100ft)高的无线电天线塔就可以接收到传输的信号。甚高频(VHF)通信系统此外，VHF传输可能会受到地形如连绵的山脉等的影响。这些视距限制同样也适用于工作在更高频段的设备。这意味着VHF通信系统和其他工作于VHF或VHF以上频段的设备，如导航设备VOR和DME(测距设备)，除了在大面积陆地上使用外，只能在发射机覆盖充分的地方使用。多数远程飞机装备有3个VHF设备，其中一个设备通常分配用来进展ARINCACARS(飞机通信和报告系统)传输，尽管不是专用于此目的。甚高频(VHF)通信系统HF通信和VHF通信都有一个“选择呼叫〞的特点。它使得地面控制员能对每一架飞机进展选择性控制。如果地面控制员希望与一架飞机以一个选定频率建立通信，控制员将选择一个专门和该架飞机联系的代码，并以一个处于机组人员监视中的频率启动无线电收发机。一旦飞机接收到编码的选择呼叫信息，就对信息进展解码;如果探测到正确的编码序列，机组人员就会收到一个视觉或听觉告警信号，机组人员就可同地面控制站进展正常通信。ACARS(飞机通信和报告系统)ACARS是一种专用VHF通信系统，工作于131.55MHz，采用的是数据链而不是语音通信系统。可以预见的是，在FANS(新导航系统)中，数据链在空地和空空通信系统中的应用将日益增多。因为，相对于语音通信系统，数据链的数据传输速率更高，这对于减轻飞行机组人员的工作负荷非常有利。ACARS(飞机通信和报告系统)ACARS是专门用于将飞机上的工作数据下行传输到航空公司运行控制中心的。它先是用一个VHF通信系统将数据传输到一个适宜的地面接收机，然后将数据通过地面通信线或者微波链路传输到航空公司的运行中心。这样，ACARS将可以访问航空公司的内部存储和管理系统，包括运行情况、飞行机组人员情况和维修情况等。ACARS(飞机通信和报告系统)最初，ACARS只传输4个根本领件参数:OUT-OFF-ON-IN，简称为OOOI。OUT飞机离开登机门位，准备滑行;OFF飞机起飞，离开跑道;ON飞机着陆;IN飞机滑行至登机门位。ACARS(飞机通信和报告系统)目前，诸如燃油状态、飞机适用性、到达和起飞时间、天气和机组人员状态等在内的数据也包含在传输的数据信息中。引进ACARS的目的就是为了有助于航空公司提高运营效率。未来数据链路的应用将允许传输更为复杂的与空中交通管制航线和飞行方案有关的数据。在飞机上，ACARS由一个专用管理单元、一个控制面板和一个打印机组成，为机组人员提供一个用来格式化、分派、接收和打印信息的接口。典型的ACARS配置甚高频(VHF)通信系统所有的飞机和空中交通管制中心都会在国际遇险呼救频率(121.5MHz)通道上值班守听。而军方控制员是在特高频(UHF)频段的243.0MHz上值班守听。这是因为UHF接收机能够接收到一个民用VHF遇险呼救传输信号的谐波，并在紧急时刻将有关情况转发出去(121.5MHz的二次谐波×2=243.0MHz，这两个频率分别是VHF频段和UHF频段的国际遇险呼救频率)。卫星通信通过使用原开发用于海上的国际海事卫星组织(INMARSAT)的卫星星座，卫星通信可以提供一个更可靠的通信方式。现在，卫星通信简称为SATCOM，是航空与航天通信中的一个重要组成局部。卫星通信卫星通信SATCOM原理卫星通信机载SATCOM终端的发射频率范围为1626.5~1660.5MHz，接收频率范围为1530.0~1559.0MHz。一旦启动，机载射频单元(RFU)就会对存储的频率集进展扫描，然后对卫星传输进展定位。只要飞机登录地面站网络，地面站就能够对飞机进展定位，随之，飞机和用户之间就可以进展通信。卫星与地面站之间的C波段上行/下行链路是地球支持网络的一局部，飞机是看不见的。卫星通信2001年，INMARSAT(国际海事卫星组织的卫星)星座的覆盖范围相当于4个卫星的总覆盖范围。方案还要发射更多的卫星。INMARSAT卫星位于赤道上方的地球静止轨道上。两颗卫星位于大西洋上方:分别在大西洋西区(AOR一W)以西54°和大西洋东区(AOR-E)以西15.5°;一颗卫星位于印度洋上方:印度洋区域(IOR)以东64°;一颗卫星位于太平洋上方:太平洋区域(POR)以东178°。85°(北)卫星通信国际海事卫星组织的卫星覆盖范围

(2001年)85°(南)大西洋西区以西54°大西洋东区以西15.5°印度洋区域以东64°大平洋区域以东178°卫星通信INMARSAT星座所提供的覆盖区域涵盖了各个卫星所覆盖的范围。此外，该星座可以提供一种点波束工作方式，覆盖每颗卫星下方的大局部陆地。这种点波束的覆盖方式可以为那些不用覆盖所有海洋区域的能力欠佳的系统提供所需的覆盖范围。卫星通信由于卫星具有相对于地球位置保持不变的特点，因此给卫星的使用带来了一些限制。首先，由于入射余角小，卫星的覆盖能力在北纬80°以北和南纬80°以南开场衰退，超过85°就完全消失。因此，南北极两端地区是卫星根本无法覆盖到的，航空公司在开通北极航线时这一限制显得尤为突出。其次，卫星对飞机机载系统的天线安装位置有具体要求。尽管如此，SATCOM对于机载通信设备来说仍然是一个非常有用的补充通信方式，有望成为FANS的重要组成局部。SATCOM配置一个SATCOM系统通常由以下单元组成:卫星数据单元(SDU);射频单元;放大器、双工器/别离器;低增益天线;高增益天线。SATCOM配置配置性能Aero-H/H+高增益。Aero一H是一个高增益解决方案，可以提供一个全球覆盖能力，用于远程飞机。AeroH+是其改型，通过使用较少的卫星资源降低系统的成本。两者可以提供座舱数据、座舱语音和乘客语音服务Aero-I中等增益。Aero-I为中短程飞机提供与Aero-H/H十类似的服务。Aero-I使用点波束工作方式提供服务Aero-C该版本允许乘客通过个人电脑发送和接收数据信息Aero-M为通用航空用户提供单通道SATCOM能力波音777配置的SATCOM波音777配置的SATCOM波音777飞机上安装的是一个典型的SATCOM系统。该系统在主要的组件之间广泛地使用了ARINC429总线进展控制和通信。该配置展示了两部安装在上机身外表与垂直安定面成±20°的高增益共形天线的使用情况。共形天线与飞机蒙皮外表齐平，所产生的阻力微乎其微；除此之外，系统也可以这样配置，即将一个上置式天线安装在飞机的维形骨架上。卫星通信上置式SATCOM天线及其低噪声放大器(LNA)/双工器

空中交通管制(ATC)应答机ATC应答机作为一种帮助识别单架飞机和给飞机平安飞越受管制空域提供便利的装置，允许地面监视雷达对飞机进展询问和对数据进展解译。这样，雷达就可以跟踪一架特定飞机并和其建立相关联系。应答机的工作原理基于地面的一次监视雷达(PSR)发射雷达能量后，飞机将对该能量进展反射，雷达接收到反射能量就可以探测到飞机。这就使得飞机返航过程，包括与飞机位置相对应的飞行距离和方位角在ATC控制台上显示。ATC应答机的工作原理

该系统也就是通常所说的敌我识别(IFF)/二次监视雷达应答机的工作原理与一次雷达的工作一样，一部二次监视雷达(SSR)先发射一系列的询问脉冲，机载应答机接收后返回另一不同系列的脉冲，返回脉冲中给出了飞机的相关信息，包括飞机的标识和飞行高度。如果PSR和SSR通过协同校准实现同步，那么雷达的返回信号和飞机应答机的信息都会在ATC控制台上显示。因此，控制员就可以在收到雷达返回信号的同时知道飞机的标识和高度，控制员的态势感知能力得到极大的改进。机载应答机设备机载应答机设备其主要元件包括:ATC应答机控制器单元，用于设置模式和响应代码;专用ATC应答机单元;带有一部备选天线的ATC天线单元，该单元通常同时使用上置式天线和下置式天线，这样在飞机机动的时候就不会发生消隐效应。机载应答机设备机载应答机SSR以1030MHz专用频率发送询问脉冲序列的方式对飞机进展询问，机载应答机以1090MHz专用频率返回响应脉冲序列予以答复，且响应脉冲流中包含额外的编码信息。目前，ATC应答机工作于A模式时，飞机发送的应答信息为飞机标识——通常是航空公司的呼号;工作于C模式时，飞机发送的应答信息为飞机标识及飞行高度信息。机载应答机最近，ATC应答机为了扩展自身能力增加了一个额外的工作模式——S模式或模式选择。在S模式下，SSR使用了更复杂的单脉冲技术，使得飞机的方位角能够确定得更快。飞机的地址和位置一旦确定下来，就被输入到一个“点名〞文件中，并和其他被探测到的属于询问器作用范围之内的飞机共同形成一个完整的关于附近区域内的飞机的记录。每一个S模式的答复都包含一个离散的24位地址标识符。正是这个独一无二的地址以及询问器知道从“点名〞文件何处查找飞机信息的事实，使得很多架飞机能够在繁忙的空中交通控制环境中继续运行而可以实现告警和防撞功能。机载应答机ATC的S模式还有许多特点，可以提供的功能包括:空-空通信以及空-地通信;飞机自动确定附近区域其他飞机准确位置的能力。S模式是对传统二次雷达的改进，但工作频率不变，仍然是1030/1090MHz。它的“选择性〞在于对每架飞机以一个独一无二的24位地址进展明确的标识。该地址作为技术通信地址，不能取代ATC应答机A模式的编码。但也有方案用S模式取代A模式和C模式。空中交通管制除了上述特征，由于数据中包含好几个奇偶校验位，S模式能够对其传输的数据进展有效的保护。这意味着通过采用检错和校错算法，数据中可包含的错误位数高达12位。在传输时，这些奇偶校验位叠加在S模式地址中。当与TCAS(空中交通告警和防撞系统)一起工作时，ATCS模式能给FANS提供一项重要功能—自动相关监视-A(ADS-A)。该能力对于飞机在进展直飞时的通道平安非常有用。空中交通告警和防撞系统TCAS

TrafficCollisionandAvoidanceSystem空中交通告警和防撞系统(TCAS)的开发始于20世纪60~70年代，是一个监视和防撞系统，用来帮助飞机防止空中相撞。20世纪80年代，该系统通过FAA认证，以原始类型在美国开场广泛使用。TCAS的开发基于信标询问机，与上述的地基SSR的工作方式类似。系统由监视系统和防撞系统两个局部