Luận Văn 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 trở lên nghiêm trọng khi ngành hàng không dự kiến mức tăng trưởng còn cao hơn trong các năm tới. Trễ tại châu Âu hiện nay chủ yếu là do sự phân chia số lượng lớn các vùng sector nhỏ tại các vùng điều hành và trung tâm Quản lý bay phải sắp đặt và xử lý các vấn đề trong các trung tâm và giữa các trung tâm với nhau. Còn tại Mỹ thì sự tắc nghẽn xảy ra tại các đầu cuối và tại các sân bay, tình trạng tương tự như ở châu Âu là hiện tượng cổ chai tại các tuyến đang được loại bỏ dần dần. Tại các vùng ít phát triển hơn, sự thiếu hụt khả năng giám sát bằng Radar và yếu kém về hạ tầng cơ sở thông tin dẫn 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 hàng triệu 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 hoá đường bay từ điểm khởi hành đến điểm kết thúc và tránh việc bay chờ và mở rộng vùng 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 là thông tin vệ tinh và công nghệ liên kết dữ liệu, ý tưởng CNS/ATM của ICAO cung cấp một 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 tiềm năng 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 chiều không cần sự trợ giúp của các phương tiện dẫn đường mặt đất mà còn sắp đặt cho tầu bay vào các điểm báo cáo (waypoints) trong vài giây của thời gian định trước hoặc theo yêu cầu của kiểm soát viên không lưu. Tính năng dẫn đường 4 chiều này có thể được mở rộng ra cho việc điều khiển thời gian đến tại sân bay. Bất cứ sai lệch nào ở phía 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 bổ xung để có thể sử dụng tối đa đường lăn và không phận, do đó sẽ đảm bảo được phân cách 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 việc cảnh báo tình trạng, CDTI sẽ giúp cho việc đảm bảo phân cách không lưu với sự việc trách 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 cho một số lượng lớn đơn vị sử dụng sẽ đòi hỏi một liên kết dữ liệu dung lượng cao và tin cậy. VDL Mode 4 là một liên kết dữ liệu dung lượng lớn cung cấp một số lượng lớn các 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 hỏi ngày càng cao của ngành hàng không dân dụng Việt Nam cũng như quốc tế, việc nghiên cứu công nghệ và triển khai các hệ thống Thông tin - Giám sát - Dẫn đường mới là một đòi hỏi bức thiết cần được thực hiện. Với lưu lượng bay của nước ta hiện nay các hệ thống kỹ thuật vẫn còn đảm bảo được, tuy nhiên với mức tăng trưởng trong tương lai thì sự thay đổi là rất cần thiết vì vận tải hàng không là một môi trường trong suốt không có biên giới và thay đổi trong công nghệ hàng không, nhất là đối với công tác điều hành không lưu, cần phải đồng đều trên toàn thế giới để tương thích với mọi chủng 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 nền tảng cho một loạt các ứng dụng điều hành quản lý không lưu khác sẽ sử dụng đường truyền này để hoạt động thay thế cho các phương thức truyền dẫn tương tự đang sử dụng hiện nay. Luận văn cũng đề cập đến vấn đề triển khai hệ thống mới trong môi trường hàng không hiện nay và tiến trình thay thế các hệ thống cũ trong thời kỳ quá độ.

Trong quá trình thực hiện luận văn không tránh khỏi nhiều thiết sót, tôi mong muốn 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 Nguyễn Phương, tập thể các giảng viên trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đội ngũ cán bộ kỹ thuật 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

Lời mở đầu 1

Mục lục 3

Chữ viết tắt được sử dụng trong luận văn 6

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

1.2. Hiện trạng của hệ thống hiện tại 13

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

Chương 2. Sự chuyển dịch sang các hệ thống mới 21

2.1 Nền tảng 21

2.1.1. Đặt vấn đề 21

2.1.2. Hiệu ứng cổ chai trong các hệ thống dẫn đường hiện tại 22

2.1.3. Những cân nhắc về sự an toàn 23

2.1.4. Sự thay đổi 23

2.2.Hệ thống CNS/ATM 24

2.3. Các thành phần của hệ thống CNS/ATM 25

2.3.1. Quản lý không lưu- ATM 25

2.3.2. Thông tin liên lạc 26

2.3.3. Dẫn đường. 27

2.3.4. Giám sát. 27

2.4. Hướng tới hệ thống ATM tương lai. 28

Chương 3: Các kỹ thuật VDL và vai trò của VDL Mode 4 trong hệ thống CNS/ATM 29

3.1. Giới thiệu 29

3.2. Tổng quan các dịch vụ VDL 29

3.2.1. VHF Digital Link 29

3.2.2. Các chuẩn của ICAO về VDL 29

3.2.3. VDL Mode 1&2 30

3.2.4. VDL Mode 3 33

3.2.5. VDL Mode 4: 35

3.2.6. Kết luận. 37

3.2. Tầm cỡ của VDL Mode 4 38

Chương 4. Mô tả kỹ thuật và nguyên lý hoạt động 39

4.1. Giới thiệu 39

4.2. Kỹ thuật nền tảng 39

4.3. Cấu hình vật lý 39

4.3.1. Máy thu GNSS 40

4.3.2. Máy thu phát VHF 40

4.3.3. Bộ xử lý thông tin 41

4.4. Các nguyên lý chức năng 42

4.5. Các thành phần chức năng 44

4.5.1. Lược đồ điều chế 44

4.5.2. Cấu trúc khung TDMA 44

4.5.3. Thời gian hệ thống 47

4.5.4. Các chùm đồng bộ và thông tin vị trí. 48

4.5.5. Cấu trúc và phân loại các bản tin 49

4.5.6. Việc lựa chọn khe thời gian 50

4.6. Các chế độ hoạt động 54

4.6.1. Báo cáo độc lập. 55

4.6.2. Báo cáo trực tiếp 56

4.7. Quản lý truy cập khe thời gian. 56

4.7.1. Giao thức quảng bá định kỳ. 56

4.7.2. Quảng bá tăng cường. 58

4.7.3. Các bản tin yêu cầu chung 59

4.7.4. Yêu cầu một hướng. 60

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

4.7.7. Yêu cầu truyền tin tức 62

4.7.8. Truy cập ngẫu nhiên 63

4.7.9. Truy cập cố định. 63

4.7.10. Các thủ tục xử lý xung đột khe 64

4.7.11. Các thủ tục phát lại. 64

4.8. Các cơ chế thông tin end-to-end 65

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) 66

4.9. Quản trị kết nối. 66

4.9.1. Các chùm đồng bộ 67

4.9.2. Các khung nhận dạng chuyển giao (XID) 67

4.9.3. Truy nhập mạng 67

4.9.4. Giao thức khoá khe dành riêng 72

4.9.5. Cách ly mặt đất. 75

4.9.6. Kênh báo hiệu toàn cầu (Global signalling channels - GSC) 76

4.9.7. Quản lý tần số. 77

4.9.8. Bản tin danh mục dịch vụ (Directory of Services – DoS) 78

4.10. Hoạt động 78

4.10.1. Các trạm di động 79

4.10.2. Các trạm mặt đất 81

Chương 5. Các vấn đề về quản lý hệ thống VDL Mode 4 84

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

5.1.2. Bản tin DoS – Directory of Service 88

5.2. Vấn đề quản lý phổ tần số 89

5.2.1. Quản lý phổ trong VDL Mode 4 89

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. Vấn đề quản lý kênh. 90

5.3.1. Giới thiệu chung 90

5.3.2. Việc sử dụng đa kênh. 90

5.3.3. Quản lý kênh và chuyển mạch kênh 94

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

5.3.5. Kế hoạch chuyển giao cho tương lai 97

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

5.3.6.1. Mô hình mật độ bay thấp 98

5.3.6.2. Mô hình mật độ bay trung bình. 99

5.3.6.3. Mô hình mật độ bay cao 102

Chương 6. Cấu trúc trạm VDL Mode 4 104

6.1. Giới thiệu 104

6.2. Vấn đề dự phòng. 104

6.3. Cấu hình trang bị trên tầu bay 105

6.3.1. Cấu hình cơ bản 105

6.3.2. Bộ thu phát 105

6.3.3. Thiết lập ăng ten trên tầu bay 106

6.3.4. Phương án trang bị dự phòng trên tầu bay 108

6.4. Các phương tiện hoạt động dưới đất 109

6.5. Cấu trúc trạm mặt đất 109

6.5.1. Các thành phần của kiến trúc mặt đất 110

6.5.2. Trạm mặt đất 110

6.5.3. Mạng mặt đất 112

6.5.4. Vấn đề dự phòng và tính toàn vẹn của hệ thống mặt đất 115

Kết luận đề xuất và kiến nghị 117

Tài liệu tham khảo 120