38
CURS 12 SISTEME DE COMUNICAȚIE ÎN AERONAUTICĂ Ș.L. DR. ING. ZSUZSANNA ȘUTA DEPARTAMENTUL DE COMUNICAȚII
CURS 12SISTEME DE COMUNICAȚIE ÎN
AERONAUTICĂȘ.L. DR. ING. ZSUZSANNA ȘUTA
DEPARTAMENTUL DE COMUNICAȚII
CUPRINS
❑ Introducere
❑ Navigare radio
❑ Sisteme de comunicație
❑ Sisteme de suprevizare și de evitare a coliziunilor
❑ Utilizarea spectrului radio
STLA - Curs 12 2019-2020 2
INTRODUCERE
❑ Sistemele de comunicație în aeronautică sunt specificate de ICAO (International Civil
Aviation Organization) Annex 10
❑ Există standarde folosite pentru comunicație
o Avion – sol
o Avion – avion
❑ Sunt specificate comunicații de:
o Voce
o Date
2019-2020STLA - Curs 12 3
INTRODUCERE
❑ Controlorii de trafic aerian devin din ce în ce
mai încărcați
o Volumul serviciilor ROMATSA a crescut cu
50% în perioada 2012-2018
o Se estimează o tendință în creștere având în
vedere că biletele de avion devin din ce în ce
mai accesibile
o Sistemele de comunicații pot reduce
semnificativ încărcarea controlorilor de trafic
aerian și a piloților
2019-2020STLA - Curs 12 4
NAVIGARE RADIO
❑ Cele mai importante sisteme de navigare radio folosite sunt:
o ILS – Instrumented Landing System
o MLS – Microwave Landing System
▪ Nu mai este utilizat
o GNSS – Global Navigation Satellite System
o VOR – VHF Omnidirectional Radio Range
o NDB – Non-directional Radio Beacon
o DME – Distance Measuring Equipment
▪ Este colocalizat cu ILS sau VOR
o En-route VHF marker beacon
2019-2020STLA - Curs 12 5
NAVIGARE RADIO – ILS
❑ ILS asigură ghidarea avioanelor pe orizontală și pe verticală pe durata aterizării
❑ Există 3 categorii de ILS în funcție de altitudinea de decizie (DH – Decision Height) și
condițiile de vizibilitate (RVR – Runway Visual Range)
o Cat I: DH > 60m, RVR > 550m
o Cat II: 60m > DH > 30m, RVR > 200m (CLJ)
o Cat III este împărțit în 3 subcategorii:
▪ Cat IIIa: 30m > DH, RVR > 200m
▪ Cat IIIb: 15m > DH, 200m > RVR > 50m
▪ Cat IIIc: fără limitări de DH și RVR
2019-2020STLA - Curs 12 6
NAVIGARE RADIO – ILS
❑ ILS este compus din:
o Echipament de localizare VHF (LOC - localizer)
▪ Asigură alinierea cu pista de aterizare
▪ Se poziționează la capătul pistei
• Transmite 2 beacon-uri radio care se
intersectează: un beacon spre dreapta pistei,
unul spre stânga
▪ Funcționează în banda de 108-111.975 MHz
▪ Sunt semnale modulate AM cu frecvența 90/150 Hz
▪ Acoperiarea trebuie să fie până la 46.3km
2019-2020STLA - Curs 12 7
NAVIGARE RADIO – ILS
o Echipament de panta aterizării UHF (GS -
Glideslope)
▪ Transmite 2 beacon-uri radio care se
intersectează: unul peste, unul sub profilul
vertical necesar
▪ Banda de frecvență este 328.6-335.4 MHz
▪ Semnalele sunt modulate în amplitudine cu
frecvența 90/150 Hz
▪ Unghiul de aterizare trebuie să fie <= 3°
▪ Acoperirea trebuie să fie minim 18.5km
o Echipamente de verificare
2019-2020STLA - Curs 12 8
NAVIGARE RADIO – ILS
2019-2020STLA - Curs 12 9
NAVIGARE RADIO – VOR
2019-2020STLA - Curs 12 10
❑ Permite determinarea poziției avionului prin recepționarea
unor semnale radio emise de o rețea fixă terestrială de stații
VOR
❑ Funcționează în banda de frecvențe 108-117.95 MHz cu o
separare a canalelor de 50 kHz
❑ Stația VOR emite 2 semnale
o Semnal omnidirecțional primar
▪ Subpurtătoare de 9960 Hz de amplitudine constantă modulată FM
la 30 Hz
o Semnal unidirecțional secundar cu fază variabilă
▪ Semnal modulat AM la 30 Hz
NAVIGARE RADIO – VOR
❑ Diferența de fază dintre cele două semnale determină unghiul dintre avion și stația VOR
o Pe baza unghiului avionului față de 2 stații VOR, se poate determina poziția avionului
o Precizia este de 90m
❑ Există 3000 de stații VOR la nivel mondial
o Și la Cluj-Napoca
❑ VOR oferă precizie mai mare decât NDB
❑ VOR va fi înlocuit de GNSS
o Se va menține ca sistem de backup
2019-2020STLA - Curs 12 11
NAVIGARE RADIO – GNSS
❑ GNSS oferă informații despre poziție și timp pentru avion
❑ Serviciul de navigare GNSS este compus din una sau mai multe elemente
o GPS – Global Positionioning System
▪ Trimite semnalele SPS (Standard Positioning Service)
▪ Se permite o eroare maximă de 17m pe orizontală și de 37m pe verticală în localizare
▪ Se eprmite o eroare maximă de 40ns pentru informațiile de timp
▪ Acoperă suprafața Pământului până la altitudinea de 3000 km
▪ Frecvența purtătoare pentru SPS este 1575.42 MHz, SPS este modulat BPSK și se folosește CDMA
▪ Datele transmise includ timpul transmisiei, poziția satelitului, integritatea satelitului, corecția de tact a
satelitului, efectele întârzierilor de propagare, timpul UTC, etc.
2019-2020STLA - Curs 12 12
NAVIGARE RADIO – GNSS
o GLONASS – Global Navigation Satellite System
o ABAS – Aircraft Based Augmentation System
▪ Integrează informațiile de la GNSS cu cele disponibile on-board
o SBAS – Satellite Based Augmentation System
▪ Completează constelația de sateliți de bază pentru creșterea preciziei, integrității, continuității și a
disponibilității serviciilor GNSS
o GBAS – Ground Based Augmentation System
▪ Oferă suport pentru aterizare, decolare, operații pe sol, etc.
o GRAS – Ground Based Regional Augmentation System
o Receptorul GNSS din avion
2019-2020STLA - Curs 12 13
NAVIGARE RADIO – GNSS
❑ Structura mesajelor de navigare GPS L1 C/A
o Un cadru este format din 1500 biți și are 5 subcadre
o Fiecare subcadru este format din 10 cuvinte de cod
▪ 1 cuvânt de cod pentru date de telemetrie (TLM)
▪ 1 cuvânt de cod handover (HOW)
▪ 8 cuvinte de cod de date
▪ Un cuvânt de cod are 24 biți de informație și 6 biți de paritate
o Subcadrul 1 conține informații despre tactul și integritate satelitului
▪ Numărul săptămânii GPS; URA (User Range Accuracy)
▪ Integritatea satelitului (0 = toate datele de navigare sunt valide)
▪ Issue of data, clock; întârzierea de grup estimată; parametrii de corecție ai tactului
2019-2020STLA - Curs 12 14
NAVIGARE RADIO – GNSS
o Subcadrele 2 și 3 conțin datele despre
satelit
o Subcadrele 4 și 5 conțin informații de
suport
▪ Mesaje speciale
▪ Date ionosferice și UTC
▪ Configurațiile de sateliți
▪ Orbitele celorlalți sateliți, etc.
2019-2020STLA - Curs 12 15
SISTEME DE COMUNICAȚII DE DATE – ATN
❑ ATN – Aeronautical Telecommunications Network: este o
rețea internațională care permite interoperarea
subrețelelor sol/sol, aer/sol și de date oferind servicii de
comunicații de date și suportă următoarele tipuri de trafic:
o Servicii de comunicații de trafic aerian cu avionul (ATS –
Air Traffic Services)
o Servicii de comunicații de trafic aerian între unitățile ATS
o Comunicații de control operațional (AOC – Aeronautical
Operation Control Communications)
o Comunicații administrative (AAC – Aeronautical
Administrative Communications)
2019-2020STLA - Curs 12 16
SISTEME DE COMUNICAȚII DE DATE – ATN
❑ ATN transmite mesajele pe baza priorităților
❑ ATN trebuie să aibă suport pentru:
o CPDLC (Controller-Pilot Data Link Communications)
▪ Comunicarea între pilot și controlor de obicei are loc prin mesaje vocale
▪ Toți piloții folosesc aceeași frecvență pentru a comunica cu un anumit controlor
▪ CPDLC permite transmiterea mesajelor de cerere/informații
• Pilotul poate cere permisiuni/informații și poate răspunde la mesaje
• Controlorul poate trimite informații despre altitudinea de zbor, deviații laterale, schimbări de rută,
viteze de zbor, asignarea frecvențelor radio, etc.
▪ CPDLC este implementat de 2 sisteme:
• FANS-1/A care este folosit pentru comunicații peste ocean, este bazat pe ACARS și folosește
comunicații prin satelit oferit de serviciul Inmarsat Data-2 (Classic Aero)
2019-2020STLA - Curs 12 17
SISTEME DE COMUNICAȚII DE DATE – ATN
• Sistemul ATN/CPDLC ICAO Doc 9705 care folosește rețele VDL Mode 2
o FIS (Flight Information Service)
▪ Include informații despre trafic conflictual, informații meteorologice, informații aeroportuare, informații
despre posibile pericole pentru zbor
o AIDC (ATS Interfacility Data Communications)
▪ Folosit pentru schimb de informații între unitățile ATS
• Mesajele AIDC sunt folosite preponederent pentru transferul controlului
• Mesajele includ informații despre: identificarea avionului, origine/destinație, altitudine de zbor,
viteza de zbor, restricții de viteză, rută, posibile deviații de la rută datorită condițiilor meteo
o ATSMHS (ATS Message Handling Services)
2019-2020STLA - Curs 12 18
SISTEME DE COMUNICAȚII DE DATE – MODE S
❑ Este o tehnologie importantă pentru
managementul traficului aerian, care este
folosită de:
o SSR (Secondary Surveillance Radar)
o TCAS (Traffic Alert and Collision Avoidance
System)
o ADS-B (Automatic Dependent Surveillance –
Broadcast)
❑ În cazul SSR transponderul din avion este
interogat periodic de radare de pe sol
2019-2020STLA - Curs 12 19
SISTEME DE COMUNICAȚII DE DATE – MODE S
o Semnalele de interogare au frecvența de 1030 MHz
o Semnalele de răspuns de la transponder au frecvența 1090 MHz
❑ Interogările sunt dedicate unui anumit avion, se folosește adresa unică de 24 biți a
avionului
❑ Există 3 tipuri de interogare/răspuns:
o Supervizare: actualizare de poziție
o Comm-A/Comm-B: 56 de biți de date
o Comm-C/Comm-D: până la 1280 de biți
❑ Structura mesajelor:
o Primii 5 biți reprezintă tipul interogării
o Ultimii 24 de biți reprezintă adresa avionului și paritatea
2019-2020STLA - Curs 12 20
SISTEME DE COMUNICAȚII DE DATE – VDL
❑ VDL – VHF Air-Ground Data Link este folosit pentru comunicare între avion și sol
❑ Există 3 moduri VDL
o Mode 2: comunicații de date cu suport pentru CPDLC
o Mode 3: comunicații de date și de voce
o Mode 4: permite și comunicații avion-avion
❑ Mode 2
o Nivelul fizic
▪ Banda de frecvență este 117.975-137 MHz cu o spațiere de 25 kHz a canalelor
▪ Se folosește semnalizare pe canal comun la frecvența de 136.975 MHz
▪ TDD este utilizat
2019-2020STLA - Curs 12 21
SISTEME DE COMUNICAȚII DE DATE – VDL
▪ VDL folosește modulația D8PSK
▪ Debitul este de 31500 bps
▪ Se folosesc coduri Reed-Solomon pentru corecția de erori
o Nivelul MAC:
▪ Tehnica de acces este CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
o Structura cadrelor
▪ Datele sunt grupate în cadre de 8208 și se adaugă un antet de 8208
▪ Cadrul 8208 este inserat într-un cadru AVLC (Aviation VHF Link Control) și se adaugă antetul AVLC și
secvența FCS (Frame Check Sequence)
▪ Mai multe cadre AVLC sunt întrețesute și se aplica codul RS FEC
▪ Cadrele obținute se inserează după secvența de training
2019-2020STLA - Curs 12 22
SISTEME DE COMUNICAȚII DE DATE – VDL
2019-2020STLA - Curs 12 23
SISTEME DE COMUNICAȚII DE DATE – ACARS
❑ ACARS – Aircraft Communications nad Reporting System este un sistem de transmisie
de mesaje scurte între avioane și stațiile de la sol
❑ Tipuri de mesaje ACARS:
o Mesaje de control al traficului aerian
o Mesaje de control operațional
o Mesaje administrative
❑ Pentru mesaje ACARS se folosește modulația MSK (Minimum Shift Keying)
❑ Legătura de date poate fi VHF, HF sau satelit
2019-2020STLA - Curs 12 24
SISTEME DE COMUNICAȚII DE VOCE – VHF
❑ Pentru comunicații de voce se folosesc semnale AM cu bandă laterală
dublă
❑ Se folosește banda de frecvență 117.975-137 MHz, cu separarea de
8.33, 25, 50 sau 100 kHz a canalelor
❑ Frecvența maximă din spectrul semnalului vocal este 3-4 kHz
❑ Comunicarea este standardizată
o De exemplu MAYDAY se folosește în situații critice, iar PAN PAN în situații de
urgență
2019-2020STLA - Curs 12 25
SISTEMUL SELCAL
❑ Este un sistem radio cu apel selectiv care alertează
echipajul despre mesaje de comunicare destinate lor
o Fiecare avion are un cod SELCAL asociat
o Stația de la sol transfomă codul SELCAL de 4 litere în 4
tonuri audio specifice
o Tonurile se transmit prin broadcast
o Fiecare receptor SELCAL decodează mesajul și verifică
dacă acesta conține propriul cod SELCAL
o Dacă da echipajul este alertat printr-un semnal
sonor/vizual că urmează să primească un mesaj audio
2019-2020STLA - Curs 12 26
SISTEMUL DE LOCALIZARE DE URGENȚĂ
❑ ELT (Emergency Locator Transmitter) poate funcționa la frecvența de 121.5 MHz sau 406
MHz
o ELT-urile moderne folosesc beacon-uri radio la frecvența de 406 MHz
o Mesajele sunt transmise periodic la 50s
o Acestea sunt recepționate de transponderii de pe sateliții COSPAS-SARSAT (Space System for
Search of Vessels in Distress – Search and Rescue Satellite-Aided Tracking)
o Locația este detectată cu o precizied e 2-5 km
o ELT transmite și identitatea avionului, incloisv codul de 24 biți al avionului
o ELT se activează automat în cazul unui impact
2019-2020STLA - Curs 12 27
SISTEME DE SUPERVIZARE – ACAS
❑ ACAS – Airborne Collision Avoidance System
o Permite identificarea avioanelor din jur prin transponderul SSR și oferă poziția lor pentru a ușura
identificarea vizuală
o ACAS trebuie să aibă următoarele funcționalități:
▪ Supraveghere
▪ Generare de TA (Traffic Advisory)
▪ Detecție de pericole
▪ Generarea de RA (Resolution Advisory)
▪ Coordonare
▪ Comunicare cu stațiile de pe sol
o O implementare a ACAS reprezintă sistemul TCAS (Traffic Collision Avoidance System)
2019-2020STLA - Curs 12 28
SISTEME DE SUPERVIZARE – TCAS
❑ Transponderul face interogări SSR la frecvența de 1030 MHz și primește răspuns de la
avioanele din jur la frecvența de 1090 MHz
o Avioanele apar și pe un display
o Dacă un avion este mai aproape de 3.3 NM (1 Nautical Mile = 1.852 km) se va emite un TA care
va avertiza pilotul despre un avion din apropiere și ajută la identificarea vizuală a avionului
o Dacă avionul se apropie mai mult de 2.1 NM, se va emite un RA, care va indica acțiunile
necesare pentru evitarea coliziunii (e.g. urcare)
▪ Celălalt avion va primi RA în sens invers (coborâre)
▪ Pilotul trebuie să urmeze instrucțiunile RA chiar dacă se contrazic cu instrucțiunile primite de la
controlorul de trafic aerian și să informeze controlorul despre RA
▪ RA se referă doar la manevre de evitare pe verticală
2019-2020STLA - Curs 12 29
SISTEME DE SUPERVIZARE – TCAS
2019-2020STLA - Curs 12 30
SISTEME DE SUPERVIZARE – SQUITTER EXTINS
❑ Se folosește pentru transmiterea și recepția mesajelor ADS-B/TIS-B (Automatic
Dependent Surveillance Broadcast/Traffic Information Service Broadcast)
2019-2020STLA - Curs 12 31
SISTEME DE SUPERVIZARE – ADS-B
❑ ADS-B face avioanele vizibile atât pentru controlori cât și pentru alte avioane și este
compus din două servicii:
o ADS-B Out
▪ Fiecare avion trimite periodic informații despre identificare, poziție, altitudine, viteză
o ADS-B In
▪ Se folosește pentru recepția mesajelor TIS-B/FIS-B/ADS-B
❑Sistemul este bazat pe 2 componente:
o Sursă de navigație prin satelit – GPS sau sau alți receptori GNSS
o Legătură de date
▪ Asigurată de obicei de un transponder Mode S
2019-2020STLA - Curs 12 32
SISTEME DE SUPERVIZARE – ADS-B
2019-2020STLA - Curs 12 33
SISTEME DE SUPERVIZARE – ADS-B
❑ Structura mesajelor ADS-B
o 112 biți
▪ DF: Downlink format
▪ Biții 6-8: identificator adițional
▪ ICAO 24: adresa avionului
▪ Data 56: date
▪ PI 24: paritate, ID interogator
2019-2020STLA - Curs 12 34
ALOCAREA BENZILOR DE FRECVENȚĂ
❑ Frecvențe folosite în situații de urgență
o 2182 kHz este frecvența internațională de urgență pentru radiocomunicații maritime și
aeronautice
o 4125 kHz se poate folosi pentru comunicare cu stații maritime în situații de urgență
o 3023 și 5680 kHz se folosesc pentru coordonarea acțiunilor de salvare
o 406, 121.5 și 243 MHz se folosesc pentru beacon-uri de localizare în situații de urgență
❑ Frecvențe sub 30 MHz
o Banda 2.8-22 MHz se folosește pentru serviciul mobil aeronautic
2019-2020STLA - Curs 12 35
ALOCAREA BENZILOR DE FRECVENȚĂ
❑ Banda 117.975-137 MHz cu separare minimă de 8.33 kHz
o Se folosește pentru servicii mobile aeronautice naționale și internaționale, dar există excepții:
▪ 121.5 MHz – frecvență de urgență
▪ 121.55-121.9917 MHz – frecvență de comunicare pe sol
▪ 123.1 MHz – frecvență auxiliară de urgență
▪ 123.45 MHz – comunicații aer-aer
▪ 136.975 MHz – canal de semnalizare comun pentru VDL Mode 2
❑ Banda 108-117.975 MHz
o este folosită pentru ILS, VOR, GNSS GBAS fără suprapuneri
❑Banda 960-1215 MHz
o se folosește pentru DME
2019-2020STLA - Curs 12 36
EUROPEAN AVIATION NETWORK
❑ EAN este o rețea hibridă construită de Inmarsat,
Deutsche Telekom și Nokia
❑ Este folosit pentru WiFi în avion și constă dintr-o
rețea LTE la sol asistată de conexiune prin satelit
o Rețeaua LTE este dedicată, receptoarele din avion
sunt modificate astfel încât să compenseze efectul
Doppler
o Companii aeriene care folosesc EAN: British
Airways, Lufthansa, Vueling, etc.
2019-2020STLA - Curs 12 37
CONCLUZII
❑ Funcțiile de telecomunicații sunt procesate de echipamente diferite:
o Comunicații: unitate de VHF sau satelit
o Supervizare: transponder Mode S și link de date GNSS
o Navigare: GPS și ILS
❑ Accidente aeronautice cu implicarea sistemelor de comunicații:
o 2014 Malaysia Airlines Flight 370: ultimele mesaje au fost primite prin Classic Aero, după
dispariția de pe radar au avut loc 7 proceduri de handshake (câte una pe oră)
o 2002 Ueberlingen mid-air collision: unul dintre avioane a urmat TCAS, celălalt nu
o 1990 Alitalia Flight 404: diferite indicații ILS la pilot și copilot
o 1977 Tenerife airport collision: neînțelegere prin repetearea cuvântului ”takeoff” în diferite
contexte, fără permisiune efectivă de decolare
2019-2020STLA - Curs 12 38
