Томас Бёгль, Rohde & Schwarz
Технологический прогресс не всегда заключается в замене аналоговых технологий на цифровые технологии. Гражданская авиация служит отличным примером развития технологий. Для речевой связи между пилотами и контрольно-диспетчерскими пунктами по-прежнему используется амплитудная модуляция с двумя боковыми полосами (DSB-AM), которая была изобретена в 1948 году. Никто не желает заменять эту аналоговую ОВЧ-технологию (диапазон частот от 118 МГц до 137 МГц) на цифровую речевую связь. В конечном итоге, аналоговая радиосвязь дает очевидные преимущества, которые и сегодня играют критически важную роль: малое время задержки, активный мониторинг всеми участниками и прочие функции, которые цифровая радиосвязь пока еще не способна обеспечить.
Формы сигналов для передачи данных — это совсем другая история. Начиная с 1990-х годов авиационная радионавигация наряду с речевой связью включает в себя методы цифровой передачи данных. Наиболее часто применяется метод VDL Mode 2.
Сегодняшняя цифровизация авиационной радионавигации означает замену предыдущих методов цифровой передачи данных на более эффективные технологии. Речевая связь по-прежнему останется аналоговой, однако цифровизация поможет снизить нагрузку на спектр. Это сосуществование аналоговой речевой связи и цифровой передачи данных в управлении воздушным движением позволяет существенно повысить эффективность, надежность и эксплуатационную безопасность, что означает экономичность и перспективность.
VDL Mode 2 предоставляется поставщиками аэронавигационного обслуживания. Поставщики аэронавигационного обслуживания — это аналог операторов сетей мобильной связи в частном секторе. Поскольку VDL Mode 2 также работает в ОВЧ-диапазоне частот, требуется совместное использование доступного спектра в целях передачи данных и речевой связи. Пригодные к использованию полосы пропускания относительно малы, поэтому VDL Mode 2 позволяет передавать данные со скоростью не более нескольких килобит в секунду.
Здесь в действие вступает новая цифровая система аэронавигационной связи в диапазоне L (LDACS). LDACS обеспечивает скорости передачи данных в 200 раз выше по сравнению с VDL Mode 2. Как становится ясно из названия, главным новшеством становится передача данных в диапазоне L. В частности LDACS использует участки диапазона частот, выделенные для авиационной радионавигации. В системе LDACS применяются алгоритмы подавления помех и сведены к минимуму внеполосные излучения, что обеспечивает бесперебойную работу параллельно с другим аэронавигационным оборудованием в диапазоне L.
В будущем данные для навигации в обход шумозащитных зон могут передаваться автоматически через канал передачи данных LDACS. На сегодняшний день для этого требуется речевая связь.
Современная авиация нуждается в безопасном обмене данными. Без этого невозможна организация воздушного движения. Система LDACS надежно гарантирует высокую скорость передачи данных с шифрованием. Она поддерживает множество новых задач, например, каналы передачи данных, которые требуются авиакомпаниям для экипажа, чтобы эффективно планировать эксплуатацию флота. Ввиду растущего числа воздушных судов авиадиспетчеры должны быстрее распределять новые навигационные данные, чтобы оперативно корректировать курсы полетов при изменении ситуации в воздушном пространстве.
Одно из первых новых приложений LDACS использует возможности каналов передачи данных в целях расширения или даже замены медленных каналов ОВЧ-связи в имеющихся системах управления воздушным движением на более быстрые каналы связи LDACS. Это позволяет быстро и существенно увеличить скорость передачи данных без приобретения новых систем. Еще одним преимуществом LDACS является очень простой путь к выходу на рынок.
Надежная и защищенная передача данных в LDACS также будет использоваться в новых экологичных методах навигации. Здесь курсы полетов будут задаваться с помощью точных координат в трехмерном пространстве, которое должно быть пройдено в рамках жестко заданных ограничений по времени. Концепция 4D-траекторий может применяться в том случае, если требуется динамичная навигация воздушного судна вблизи аэропортов в обход шумозащитных зон.
В долгосрочной перспективе цель системы заключается в полном управлении полетом от аэропорта отправления до аэропорта назначения с помощью 4D-траекторий, что будет означать более эффективное и экологичное использование воздушного пространства.
Ключевую роль в развитии LDACS сыграли четыре крупных исследовательских проекта. Они перечислены снизу плана развития и более подробно описываются в поле снизу статьи.
Как и все прочие системы на борту воздушного судна, приемопередатчики также должны соответствовать международным стандартам. Разрешения на полет выдаются на основе этих стандартов, чтобы гарантировать надежность бортового оборудования и его соответствие всем критериям безопасности воздушного движения. Процедура утверждения, как правило, является очень трудоемкой и занимает от десяти от двадцати лет. Поскольку многие компании не могут ждать так долго, были инициированы государственные научно-исследовательские проекты, чтобы вовлекать представителей отрасли в процесс стандартизации на максимально ранней стадии.
Федеральное министерство экономики и защиты климата Германии запустило программу аэронавигационных исследований (LuFo) для LDACS. Компания Rohde & Schwarz принимает участие в этой программе совместно с Германским авиационно-космическим центром (DLR) и прочими партнерами, работающими над развитием технологии LDACS.
Четыре следующих друг за другом исследовательских проекта при поддержке Федерального министерства экономики и защиты климата Германии способствовали существенному продвижению в разработке технологии цифровой передачи данных LDACS для гражданской авиации.
Вместе с Германским авиационно-космическим центром (DLR) и другими партнерами компания Rohde & Schwarz в период с 2012 по 2015 год работала над созданием функционального демонстратора лабораторных испытаний.
Последовавший затем проект MICONAV был направлен на обеспечение эксплуатационной надежности во время полета. В период с 2016 по 2019 год был разработан пригодный к летной эксплуатации демонстратор, который также включал в себя прецизионные функции навигации. В последующих лабораторных и летных испытаниях удалось успешно испытать вход в систему и выход из системы для четырех базовых станций LDACS, которые были построены специально для данного проекта, а также проверить переключение между наземными станциями. Связь между воздушным судном и наземной станцией работала одинаково надежно в различных ситуациях: во время полетов на большой высоте, взлета, посадки и руления в аэропорту.
Данный проект (2019-2022) расширил возможности формы сигнала, чтобы реализовать непосредственное взаимодействие между воздушными судами. Это означает, что система LDACS больше не привязана к наземной инфраструктуре и также может использоваться во время полетов над океаном.
Проект PaWaDACs был запущен в 2022 году. Он занимается миниатюризацией демонстраторов оборудования и подготовкой реалистичной испытательной установки на двух объектах под руководством Немецкого поставщика аэронавигационного обслуживания (DFS). После завершения этой работы можно будет приступить к ключевым технологическим этапам, которые требуются для будущих систем LDACS. В результате будет создана солидная основа для разработки новой продукции в гражданской авиации. Компания Rohde & Schwarz не только будет способна поставлять оборудование для наземных станций, но также будет занимать выгодное положение, чтобы предлагать своим заказчикам решения для применения на борту воздушных судов.
Рабочие группы сотрудничают с Международной организацией гражданской авиации (ИКАО), работая над созданием и реализацией стандартов летной приемки. ИКАО с центральным отделением в Монреале является самым авторитетным органом стандартизации в гражданской авиации. Эта организация проверяет и интегрирует наиболее важные документы в процесс стандартизации.
В рамках недавно запущенного проекта аэронавигационных исследований PaWaDACs (см. информационное поле) был заложен краеугольный технологический камень, поэтому ближе к 2025 году можно будет начать разработку продукции для бортового и наземного оборудования LDACS. Выход на рынок запланирован на 2028 год. Благодаря своему участию в проектах аэронавигационных исследований на ранней стадии компания Rohde & Schwarz имеет конкурентное преимущество в борьбе за лидерство на рынке среди поставщиков LDACS.
