空中交通管理
本书从系统的角度描述了空中交通管理(ATM,简称“空管”)系统的发展脉络:将以陆基设备为特征的传统空管定义为“第一代空管”,以卫星等新技术为特征的空管定义为“第二代空管”,以
基于性能为特征的空管定义为“第三代空管”。本书侧重未来,比较详细系统地描述了第三代空管。另外还有与空管发展相关的热门专题讨论补充。
为方便读者阅读,本书附录有下一代航空运输系统运行概念的词条解释(汉英对照)以及本书缩略语表(有缩略语全称和参考译文)。
本书适合于空管从业人员和研究生、空管爱好者以及考虑在空管方面发展的人员。
第一篇 绪 论………………………………………………………………… 1
第1章 世界航空……………………………………………………………………… 1
1.1 军用航空的发展……………………………………………………………… 1
1.2 民用航空的发展……………………………………………………………… 2
第2章 国际民航组织(ICAO) ……………………………………………………… 3
2.1 ICAO的诞生………………………………………………………………… 3
2.2 ICAO的目标………………………………………………………………… 4
2.3 国际民用航空公约(芝加哥公约)…………………………………………… 4
2.4 国际民用航空公约的附件…………………………………………………… 5
2.5 ICAO的组成………………………………………………………………… 7
2.6 ICAO在发展ATM 中的责任和作用……………………………………… 9
2.7 结 论………………………………………………………………………… 10
第3章 航空运输系统……………………………………………………………… 11
3.1 简 介………………………………………………………………………… 11
3.2 航空运输系统的组成………………………………………………………… 12
3.2.1 航空运输系统的服务需求…………………………………………… 12
3.2.2 航空运输系统的服务供应…………………………………………… 12
第二篇 空中交通管理的发展…………………………………………… 14
第4章 第一代空管………………………………………………………………… 14
4.1 目视飞行……………………………………………………………………… 14
4.2 建立在陆基通信、导航和监视设备基础上的空中交通管制(ATC)的飞行
……………………………………………………………………………………
4.2.1 通 信…………………………………………………………………… 16
4.2.2 导 航…………………………………………………………………… 16
4.2.3 监 视…………………………………………………………………… 24
4.2.4 管制中心设施…………………………………………………………… 25
4.2.5 空中交通管理(ATM)的初现………………………………………… 25
第5章 第二代空管………………………………………………………………… 26
5.1 新航行系统(FANS)的出现………………………………………………… 26
5.2 FANS的具体表示和特点…………………………………………………… 26
5.3 卫星通信、导航、监视(CNS)和空中交通管理(ATM)技术……………… 27
5.3.1 通 信…………………………………………………………………… 27
5.3.2 导 航…………………………………………………………………… 28
5.3.3 监 视…………………………………………………………………… 29
5.3.4 空中交通管理(ATM) ………………………………………………… 30
5.4 结 论………………………………………………………………………… 31
第6章 第三代空管系统…………………………………………………………… 33
6.1 基于性能空管(ANS/ATMS)的提出……………………………………… 33
6.2 对第三代空管系统的期望…………………………………………………… 33
6.3 第三代空管的运行概念及组成……………………………………………… 35
6.3.1 运行概念………………………………………………………………… 35
6.3.2 空中交通管理系统(ATMS)组成……………………………………… 36
6.4 第三代空管的主要特征———基于性能的空中交通管理系统(ATMS) … 39
6.4.1 所需ATMS性能(RASP) …………………………………………… 39
6.4.2 所需总系统性能(RTSP)……………………………………………… 39
6.4.3 性能需求的内在层次…………………………………………………… 40
第三篇 第三代空管运行展望…………………………………………… 43
第7章 面临的运行环境和挑战…………………………………………………… 43
7.1 空中交通流量………………………………………………………………… 43
7.2 空域用户的多样性…………………………………………………………… 43
7.3 结 论………………………………………………………………………… 46
第8章 运行模式的变革…………………………………………………………… 47
8.1 协同合作的运行模式………………………………………………………… 47
8.1.1 关于协同空中交通管理(C ATM) ………………………………… 47
8.1.2 关于机场运行和规划的协同合作……………………………………… 47
8.1.3 关于安保和防御空域运行的协同合作………………………………… 47
8.2 基于航迹的空域和运行……………………………………………………… 48
8.2.1 四维航迹(4DT)的定义和属性………………………………………… 49
8.2.2 四维航迹(4DTs)在综合的基于航迹运行(TBO)中的应用………… 50
8.2.3 航迹管理………………………………………………………………… 51
8.2.4 间隔管理(SM)方法…………………………………………………… 51
8.2.5 基于航迹的航空器程序………………………………………………… 53
8.2.6 基于航迹运行的航路和巡航…………………………………………… 54
8.2.7 基于航迹运行(TBO)的进/离场……………………………………… 55
8.3 空域和运行…………………………………………………………………… 57
8.3.1 传统空域和运行………………………………………………………… 57
8.3.2 非传统空域和运行……………………………………………………… 57
8.4 机场场面和塔台运行………………………………………………………… 58
第9章 责任和角色的变革………………………………………………………… 59
9.1 人与自动化的责任和角色的变革…………………………………………… 59
9.2 飞行运营者的责任和角色的变革…………………………………………… 61
9.3 空中航行服务提供者责任和角色的变革…………………………………… 63
9.4 安全者与安保的角色………………………………………………………… 67
第四篇 服务与变革………………………………………………………… 68
第10章 机场运行和基础设施服务………………………………………………… 68
10.1 概 述……………………………………………………………………… 68
10.2 未来机场空侧运行面临的变革…………………………………………… 68
10.2.1 采用综合的机场场面和停机坪交通管理系统……………………… 69
10.2.2 提高空侧的管理功能………………………………………………… 69
10.3 机场建设观念的变革……………………………………………………… 71
10.3.1 机场保护……………………………………………………………… 71
10.3.2 建设高效、灵活和快速响应能力的机场系统………………………… 72
10.3.3 对区域系统进行综合规划…………………………………………… 73
10.3.4 优化机场设计………………………………………………………… 75
10.3.5 为机场系统规划提供信息服务……………………………………… 76
第11章 设施联网服务……………………………………………………………… 78
11.1 概 述……………………………………………………………………… 78
11.2 网络使能信息共享服务…………………………………………………… 78
11.2.1 地面网络服务………………………………………………………… 79
11.2.2 空—地网络服务……………………………………………………… 79
11.2.3 空中航行服务提供者(ANSP)的设施和基础设施服务…………… 80
11.2.4 航空器数据通信链路………………………………………………… 80
11.2.5 基础设施管理服务/服务质量(QoS)………………………………… 82
11.3 任务支持服务……………………………………………………………… 83
11.4 小 结……………………………………………………………………… 83
11.4.1 概 述………………………………………………………………… 83
11.4.2 期待的变革…………………………………………………………… 83
11.4.3 可预期的重大变革…………………………………………………… 84
11.4.4 缺点和问题…………………………………………………………… 85
11.5 展 望……………………………………………………………………… 86
11.5.1 大数据………………………………………………………………… 86
11.5.2 云计算………………………………………………………………… 87
11.5.3 云计算在空中交通管理(ATM )中的应用………………………… 89
第12章 共享态势感知(SSA)服务………………………………………………… 98
12.1 简 介……………………………………………………………………… 98
12.2 气象信息服务……………………………………………………………… 98
12.2.1 简 介………………………………………………………………… 98
12.2.2 气象信息运行………………………………………………………… 99
12.2.3 气象信息服务………………………………………………………… 101
12.2.4 小 结………………………………………………………………… 103
12.3 健壮的定位、导航、授时(PNT)服务…………………………………… 103
12.3.1 PNT简介…………………………………………………………… 103
12.3.2 定位服务……………………………………………………………… 103
12.3.3 导航服务……………………………………………………………… 103
12.3.4 授时服务……………………………………………………………… 103
12.3.5 PNT的组成………………………………………………………… 104
12.3.6 PNT小结…………………………………………………………… 104
12.4 监视服务…………………………………………………………………… 104
12.4.1 简 介………………………………………………………………… 104
12.4.2 主要的监视服务……………………………………………………… 105
12.4.3 监视服务的组成……………………………………………………… 105
12.4.4 小 结………………………………………………………………… 107
12.5 飞行计划填写和飞行数据管理服务……………………………………… 107
12.6 流量战略和航迹冲突分析服务…………………………………………… 108
12.7 共享态势感知航空信息服务……………………………………………… 109
12.8 地理空间信息服务(GIS)………………………………………………… 110
第13章 环境管理服务…………………………………………………………… 112
13.1 简 介……………………………………………………………………… 112
13.2 未来环境运行的重要变革……………………………………………… 113
13.2.1 航空系统环境管理系统(EMS)的变革…………………………… 113
13.2.2 空域环境运行的变革……………………………………………… 114
13.2.3 机场规划和运行的变革…………………………………………… 115
13.2.4 航空器设计和技术的变革…………………………………………… 116
13.3 环境管理系统的政策和能力……………………………………………… 116
13.3.1 政 策………………………………………………………………… 118
13.3.2 关于改进运行的建议………………………………………………… 119
13.3.3 分析工具……………………………………………………………… 120
13.3.4 技 术………………………………………………………………… 120
13.3.5 科学/度量参数及指标……………………………………………… 121
13.4 环境管理的保障措施……………………………………………………… 121
第14章 性能管理服务…………………………………………………………… 122
14.1 简 介……………………………………………………………………… 122
14.2 重要的性能管理变革……………………………………………………… 122
14.3 性能管理服务……………………………………………………………… 123
第五篇 专题讨论…………………………………………………………… 125
第15章 安全与安全管理………………………………………………………… 125
15.1 概 述……………………………………………………………………… 125
15.2 保障系统安全的方法……………………………………………………… 125
15.3 安全风险管理……………………………………………………………… 127
15.3.1 概 述………………………………………………………………… 127
15.3.2 安全风险管理………………………………………………………… 127
15.3.3 风险管理措施………………………………………………………… 128
15.3.4 风险表述……………………………………………………………… 129
15.4 安全等级(LS) …………………………………………………………… 129
15.4.1 安全与容量…………………………………………………………… 129
15.4.2 安全与安全增益…………………………………………………… 130
15.4.3 安全等级(LS) ……………………………………………………… 131
15.5 利用安全层概念进行系统的安全设计…………………………………… 132
15.5.1 空中交通管理系统(ATMS)的层概念……………………………… 132
15.5.2 设计空中交通管理系统(ATMS)安全的层概念法………………… 132
15.6 飞行间隔与间隔标准……………………………………………………… 133
15.6.1 飞行间隔……………………………………………………………… 133
15.6.2 间隔标准……………………………………………………………… 133
15.6.3 间隔评估……………………………………………………………… 134
第16章 空域系统………………………………………………………………… 142
16.1 概 述……………………………………………………………………… 142
16.2 空域系统的长远发展目标———“自由飞行”……………………………… 143
16.2.1 “自由飞行”的来历…………………………………………………… 143
16.2.2 “自由飞行”概念的发展……………………………………………… 144
16.3 实现“自由飞行”…………………………………………………………… 145
16.3.1 造成当前空域系统低效和延误的因素……………………………… 145
16.3.2 “自由飞行”概念如何去掉空域系统延误和低效根源……………… 146
第17章 空 域…………………………………………………………………… 153
17.1 空域的概念………………………………………………………………… 153
17.2 空域的分类………………………………………………………………… 153
17.2.1 国际民航组织(ICAO)的空域分类………………………………… 153
17.2.2 美国的空域分类……………………………………………………… 154
17.2.3 其他国家的空域分类………………………………………………… 156
17.3 空域的发展………………………………………………………………… 157
第18章 机场上的尾流与间隔…………………………………………………… 160
18.1 第一种类型的尾流………………………………………………………… 160
18.2 第二种类型的尾流………………………………………………………… 166
18.3 尾流对平行跑道的影响…………………………………………………… 166
第19章 飞行管理系统(FMS) …………………………………………………… 168
19.1 前 言……………………………………………………………………… 168
19.2 飞行管理系统(FMS)的发展…………………………………………… 168
19.3 飞行管理系统(FMS)的组成…………………………………………… 169
19.4 飞行管理系统(FMS)的功能…………………………………………… 171
19.4.1 飞行管理计算机系统的故障检测和告警…………………………… 172
19.4.2 推力管理系统(TMS) ……………………………………………… 172
19.4.3 控制显示单元(CDU) ……………………………………………… 172
19.4.4 性能管理……………………………………………………………… 172
19.4.5 直接运营费用(DOC)的计算……………………………………… 172
19.5 飞行管理系统(FMS)的应用…………………………………………… 173
19.5.1 简 介………………………………………………………………… 173
19.5.2 飞行计划……………………………………………………………… 173
19.6 结束语———FMS和ATM ……………………………………………… 175
第20章 基于性能的导航(PBN) ………………………………………………… 178
20.1 概 述……………………………………………………………………… 178
20.2 所需导航性能(RNP) …………………………………………………… 179
20.2.1 沿预定航迹的飞行能力……………………………………………… 179
20.2.2 机载性能监测和告警功能…………………………………………… 181
20.2.3 具备RNP能力航空器的导航设备配置…………………………… 181
20.2.4 概念和应用…………………………………………………………… 182
20.2.5 一般规定……………………………………………………………… 183
20.2.6 空域与RNP ………………………………………………………… 183
20.2.7 RNP运行…………………………………………………………… 184
20.2.8 RNP小结…………………………………………………………… 185
20.3 区域导航(RNAV) ……………………………………………………… 186
20.4 结束语……………………………………………………………………… 186
第21章 交通告警和防撞系统(TCAS)…………………………………………… 188
21.1 TCAS的基本原理………………………………………………………… 188
21.2 TCAS的开发和实施过程………………………………………………… 188
21.3 结 论……………………………………………………………………… 189
21.4 TCAS Ⅱ和ADS B组合监视防撞系统……………………………… 190
21.5 二次监视雷达……………………………………………………………… 191
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