美国下一代空管系统 NextGen
美军国防太空架构“传输层0期”概述
美军国防太空架构“传输层0期”概述2020年5月，美国太空发展局发布了《太空传输层0期工作说明》。
“传输层”是美国未来“国防太空架构”的骨干，将为美军全球作战平台提供一种有保证、韧性、低延迟的军事数据和连通能力。
“传输层0期”也称“作战人员沉浸期”，旨在为后续发展提供演示验证和基线。
以下简要介绍传输层0期概况。
1 国防太空架构（NDSA）美国太空发展局正在为美军开发下一代太空架构——“国防太空架构”，旨在构建一种“扩散型低地球轨道（pLEO）”太空架构，统一整合美国国防部下一代太空能力，实现韧性军事感知和数据传输。
“国防太空架构”主要由以下功能层组成，如图1所示。
图1：国防太空架构·传输层：可在全球范围内向各种作战平台提供有保证、韧性、低延迟军事数据和连接；·战斗管理层：提供任务分派、任务指挥控制以及数据分发，支持在战役规模实现时敏杀伤链闭合。
·跟踪层：用于提供先进导弹威胁的全球指示、预警、跟踪与瞄准——包括高超声速导弹系统；·监管层：提供对时敏、“发射左侧（美军一种导弹防御战略，即利用非动能技术提前攻击敌方核导弹威胁）”表面机动目标的全天候（24×7）监视（例如，支持瞄准先进导弹）；·导航层：为GPS受限环境提供备用定位、导航和授时（A-PNT）；·威慑层：在深空（从地球同步轨道之外到月球距离）威慑不友好行动（图中未显示）；·支撑层：确保地面和发射段能够支持响应式太空架构。
2 传输层“0期”星座传输层是国防太空架构的主干，旨在为全球范围内的作战人员应用提供可靠、灵活、低延迟的军事数据和连接。
2020年4月，美国太空发展局（SDA）发布了“传输层0期”征询草案。
“传输层0期”是一种测试和训练“螺旋”，其最终成果主要有两方面：一是系统能力实验和演示，可以整合并实现与其他运行实体兼容；二是可以作为后续阶段发展基线。
传输层0期星座如图2所示。
智慧空管技术的进展
智慧空管技术的进展中国民航空管改革的总目标是建设“四强空管（强安全、强效率、强智慧、强协同）”，智慧空管是四强空管中重要的一环，可以分为“智慧运行、智慧服务、智慧设施、智慧管理”四个层面。
近年来，民航局和空管局对智慧空管进行了顶层设计，在推动和建设智慧空管的实际工作中，也取得了大量成果。
本文以智慧运行与智慧设施为出发点，探讨技术体系层面上的共识，结合其他国家和组织对下一代空管系统的研究，对智慧空管的技术体系、实现智慧空管所需的基础设施，作出思考。
打破“数据孤岛”要实现智慧空管，首先要实现空管的数字化转型。
通过持续创新来适应数字化时代，是建设现代化空管技术体系的有效途径。
空管数字化是基于当前强大的信息化技术所提供的支持和能力，让空管业务和信息技术真正产生交互，即在大数据、人工智能、云计算、物联网等信息技术的支持下，为空管业务的达成，提供更高效的途径。
空管数字化转型的基础是空管生产工具的信息化改造。
在信息化改造完成之后，由于有大数据、人工智能等越来越强大算力的支持，空管决策方式和决策能力都将会获得极大的改变和提升。
当然，空管生产工具的数字化并不是一个需要完全从头开始的工作。
近年来，塔台管制员的视觉观察及地空语音通信已经在一定程度上实现了“数据化”。
不过，空管的大部分设备及系统是独立运行的，设备及系统之间不能实现高效的信息交互。
例如，针对同一个航班，不同的自动化系统会独立进行航迹推算，产生的飞行数据自然就各有差异。
目前，行业内已经充分认识到这种“数据孤岛”的现状，在西北空管局和华东空管局“数字化转型”的前期工作中，以及中国民航局空管局大数据平台研究中，数据治理，或者说是空管生产数据信息标准研究都是第一位的工作。
相关信息显示，空管生产数据信息标准第一稿已经编写完成。
以云平台为基础的服务笔者认为，智慧空管的基础设施，是以云化“广域信息管理（SWIM）”服务为核心，基于高速发展的大数据云服务（例如华为云或者阿里云提供的从数据分析到语音、图像识别，到人工智能服务），通过逐渐完善中的“空管生产数据信息标准”和其他国际标准，连接空管现有生产运行系统的体系。
Evolving Avionics 民航飞机航电系统
• 必须的全部系统运行（RTSP）由RNP、RSP和RCP以及 ATC监视承载力组成，其定义为分离极小值和碰撞安全风 险基准。该行为需求可不需要依靠任何特殊的设备和技术 而进行操作。ATM激发出了航空电子设备的发展，飞行计 划、空域计划、地面设备被运用在空中交通、认证说明和 相应地行为方式以及被利益相关者适用。这个发展可以被 多个观点所理解；包括很多工业也得益于这一项技术的发 展。
目录
• • • • • 1.1航空电子学：历史性角度 1.2自由飞行到NextGen/SESAR 1.3NextGen 1.4SESAR 1.5总结
1.1航空电子学：历史性观点
• • • • 1.1.1 术语 航空电子术语来自于“航空”和“电子”，该属于产生于20世纪80年代。如 果我们扩展其定义，受军用电子设备影响，它还包括被用在驾驶舱内的仪器 设备和机械等系统，比如无线电、高度计、雷达、燃油测量计和导航设备。 1.1.2 技术、安全及法规 自从1903年有动力飞机出现之时，航空业和其相关的所有领域前沿科技持续 发展，其包括与飞机相关的科学和工程。包含如何保证飞机安全和控制飞机 以避免与其他航空器相撞，与地面相撞，及如何安全起飞和降落。在政府相 关机构下推进工业的领军者共同制定安全标准，从而于1926年诞生了航空器 行为准则，这是美国联邦权威认证的第一步行为准则。ATC centers（陆军 训练中心）建立在纽瓦克、克利夫兰和芝加哥试，以帮助警察来确定最佳路 线。用黑板和“捕虾船”（纸船用来标记飞机的位置）来管控交通，这是一 种手动程序，它依靠于来自收发机、无线电和机场电话的信息工作。在联邦 航空管理局的历史上曾有两个分支，一个是于1938年通过的民用航空行为准 则，它负责与空中交通管制；另一个是负责与安全规则制定、事故调查、航 空器市场金融规则的法规。早期的ATC是基于可视信号和灯塔发展到雷达而 来，是由第二次世界大战的科技发展而来。喷气式飞机的出现和空中飞行器 密度越来越大，给安全造成了巨大的挑战。为避免每一个高发事故如空中相 撞，地形复杂和天气集中突变带来的安全隐患。
欧美积极探索下一代空管系统
欧美积极探索下一代空管系统作者：魏君来源：《大飞机》2017年第12期过去20年，随着全球航空运输业的发展，航线网络不断扩大，航班数量不断增加，空域飞行流量不断增大，空中拥堵现象日益突出。
为了应对空域资源有限与航空运输业发展需求的矛盾，欧美正在通过建立新一代的空中管理系统来缓解这一矛盾。
其中，美国为了确保在全球航空业领导地位、满足未来航空需求增长和运行多样性的要求及提高航空运行可预测性等，提出了“面向2025年的下一代航空运输系统”（NGATS）。
该系统描绘了航空运输基础设施的全面转型和发展演进，按照基于轨迹和性能的运行与支持、机场运行与配套设施、安全管理、分层式自适应性安保、环境管理框架、气象信息服务、以网络为中心的基础设施、定位/导航/授时服务和监视服务等九大功能描述了下一代航空运输系统，这些功能紧密相关且互有渗透。
另一边欧盟则发起了一个名为“单一欧洲天空计划”（SESAR）的项目，该项目希望通过对成员国空域的统一监控管理，使空域流量的规划不受国界限制，实现空域资源的合理配置。
在这项计划中，4D航迹管理是十分重要的组成部分。
空管是航空运输业发展的基础空中交通管理是航空运输快速发展的基础，由于世界各国或地区的政治体制、经济状况、国防实力和科技水平等不同，各国空管系统在体制机制、运行概念、信息标准和操作程序等方面存在差异，不同程度造成了空域利用率低和空管协调困难等问题，影响了经济社会和航空运输业的发展。
为此，国际民航组织（ICAO）提出了全球空管一体化概念，旨在为所有用户在各飞行阶段提供一个可互用的全球空管系统，确保航空最佳经济运行，满足国家安全要求，使各国空中交通均可受益。
美国和欧洲作为世界重要经济体和航空发达国家和地区，各自制定了未来空管发展规划，直接影响了全球空管一体化运行概念的实行以及未来世界空管的发展。
而从产业规模来看，据预测，到2022年，全球空中交通管制市场价值将增至560.7亿美元，年复合增长率达到12.75%。
美“国防太空体系架构”传输层与跟踪层预计2024年具备初始能力
美“国防太空体系架构”传输层与跟踪层预计2024年具备初始能力导语美太空发展局（SDA）局长德里克·图尼尔于2月11日表示，太空发展局计划在2021年夏天发布需求书，生产150颗传输层与跟踪层卫星以提供作战通信和导弹跟踪能力。
这些卫星将于2024年9月发射，是太空发展局七层“国防太空体系架构”的第一批卫星。
在此之前，太空发展局将于2023年发射“国防太空体系架构”第0批卫星（30颗），包括20颗为提供数据通信的传输层卫星，以及10颗跟踪层卫星用于导弹预警与跟踪，以进行相关能力的演示。
1. “国防太空体系架构”总体目标“国防太空体系架构”的总体目标是实现对地面与海面时间敏感目标的超视距瞄准，以及对高超声速和先进导弹威胁的预警和跟踪。
也就是说，将作为美军现有卫星网络的备份卫星网络，通过在低地球轨道（最高2000千米）部署数百颗小型卫星以提供以下能力：军事卫星通信；定位、导航和授时（PNT）；进行导弹预警和跟踪；对地面/海面目标进行成像。
相比之下，目前的美军星座由大型、价格昂贵、位于地球同步轨道（约36000千米）的卫星组成，被美参联会副主席约翰·海顿将军形容为“大、胖、多汁的目标”。
2. 传输层卫星将作为美军骨干通信网络根据国防部前部长马克·埃斯珀2020年5月发布的命令，由300到500颗卫星组成的传输层星座将作为“骨干”通信网络，最终美军及国防部所有的指挥和控制（C2）系统都将链接到该网络，以实现联合全域指挥和控制（JADC2）。
包括：空军的“先进战斗管理系统”（ABMS），该系统不研发新的卫星，而是研发可互联包括卫星在内的不同传感器的联网技术；陆军的TITAN移动地面站，其目的是将来自多个ISR卫星的数据融合到战场指挥官的通用作战图像；海军的“海军综合火控-防空”（NIFC-CA）系统，可将机载传感器平台与水面舰艇相连接，如E-2D预警机、F-35C战斗机发现敌机或导弹后，可将数据传输到“宙斯盾”舰、并由舰艇发射防空导弹进行攻击。
空中交通管理报告_美国NextGen
(4)国家空域系统语音系统（NVS）的国家的最先进的数字技术将取代美国 联邦航空局的老化的模拟语音通信系统。 NVS规范联邦航空局设施之间的语音 通信基础设施，空中交通管制系统，并提供更大的灵活性。
国家气象服务工作应作为防御署在东海岸的雇员能够查看相同的天气快照。
此外，本快照应尽可能完整，结合降水资料，回声上衣（云的高度），风暴
议案，雷电，卫星红外图像，锦上添花，更。
• 预测：除了目前的天气到分钟快照，用户也需要全面的短期和长期的天
气预报。
• 传播：由于在4 - D蜡质数据立方将被分发一个单一的，全面的图片，当
1 开发，测试，部署和支持新的接口和应用成本过高。 2 NAS是不是一个敏捷的空中交通系统。 3 在NAS的数据共享是劳动密集型的。 4 及时获得通用的数据是缺乏在NAS。 5 目前缺乏的基本工具，以支持成为以绩效为基础的组织。
3 SWIM如何提高信息共享
3 SWIM 提供了面向服务架构 SOA
4 - D WX数据立方体组成： （1）在各种数据库内公布美国联邦航空局(FAA)的天气数据，国家海洋和大气管 理局（NOAA），国防部（DOD），以及商业(CV)的气象资料供应商可能参与; （ 2）注册/公布的数据来查找和检索所需的资料库; （3）转化之间将采用不同的标准的能力，并提供用户所需的单位和坐标系统中的 数据; （4）以支持检索请求数据量的能力（如沿飞行轨迹）。
SWIM提供了面向服务的架构（SOA）的原则为基础的系 统之间的信息交流的基础。 SOA是一种架构方法，对组织 和利用服务，以支持互操作性。 SOA的帮助，组织他们的 软件应用与业务需求保持一致，并提供灵活性和敏捷性， 以应对变化中的一个更好，更快，更便宜的方式。 SOA的 利用可重复使用的技术和信息，以简化操作和提高业务灵 活性。 SOA的关键环节，包括信息技术（IT）能力，业务 能力的发展（例如，空中交通管理）分离。
民用飞机航电系统适航验证试飞现状和发展趋势
民用飞机航电系统适航验证试飞现状和发展趋势摘要：本文分析了民用飞机航电系统试飞技术的发展现状，并从航电设备国产化、运行能力、航空安全、试飞方法等几个方面综合阐述了航电系统试飞未来的发展趋势，努力提高民用飞机适航验证试飞能力，为民用航空新技术和新领域的探索提供试验环境。
关键词：民用飞机；航电系统；飞行试验；发展趋势1 引言民用飞机是一项极其复杂的大型系统工程，航空电子系统是飞机中极其重要的组成部分，也是飞机先进程度的重要标志。
开放式的构架、高度综合化的设计和智能化的管理已经成为新一代民机航电系统的基本特征。
近年来，如何加强适航审定能力建设，应对民机航电系统能力需求受到广泛的关注。
2 现代民机航电系统试飞特点目前，我国已完成新舟60、新舟600、ARJ21-700等多型民用飞机的航电系统适航审定，正在进行和即将开展的民机航电系统适航审定还包括海鸥300、C919大型客机、蛟龙600和新舟700飞机的航电系统。
按照适航取证的计划，支线客机试验试飞航电系统具有较多的适航验证试验和试飞科目。
从各个系统试验验证项目的分布情况中看，导航系统、自动飞行系统和指示记录系统有比较多的试验项目和科目。
另外从飞行试验来说，航电系统为了完成取证，在试飞期间要完成几百个适航架次，试飞类别包括初始检查试飞、表明符合性试飞等。
试飞依据文件主要是审定计划和CCAR-25-R4《运输类飞机适航标准》，具体试验科目的试飞方法主要参照AC25-7C运输类飞机合格审定飞行试验指南。
3 民机航电系统试飞发展趋势3.1 加强我国民机机载设备CTSO取证航空电子设备发展的一个重要途径就是进入市场，民机市场潜力巨大，但是竞争也非常激烈。
竞争对手不仅有国内，更多的来自国外。
例如国产ARJ21-700新支线客机，飞机上装备的机载设备大部分都选用国外产品，其原因是多方面的，其中一个重要原因，就是我国生产的同类机载设备都没有进行适航符合性验证，得不到用户的信任。
人工智能在空管中应用的研究进展
《自动化技术与应用》2021年第40卷第1期综述Survey人工智能在空管中应用的研究进展*王吉豪,王在俊,王乾垒(中国民用航空飞行学院飞行技术与飞行安全重点实验室，四川广汉618300)摘要:在民航飞速发展的同时，空中交通也变得更加复杂、快速、多变，与之相关的种种问题也逐渐显现。
同时，作为近几年取得重大突破的计算机辅助技术，人工智能技术已经广泛地应用于多个领域。
人工智能技术与传统的空管相结合，更有利于构建一个更加安全、有序、高效的智能化空中交通管理系统。
本文主要从国内外空管发展现状、空管系统对人工智能技术的需求以及人工智能在空管系统的应用几个方面进行综述和分析，最后对人工智能技术在空中交通管理中应用所面临的挑战进行了分析和展望。
关键词:人工智能技术；空管系统；计算机辅助技术中图分类号：TP18文献标识码:B文章编号:1003-7241(2021)001-0001-05The Research Progress on The Application of Artificial Intelligence in Air Traffic ManagementWANG Ji -hao,WANG Zai -jun,WANG Qian -lei(Civil Aviation Flight University of China Key Laboratory of Flight Techniques and Flight Safety,Guanghan 618300China )Abstract:With the rapid development of civil aviation,air traffic becomes more complex,fast and changeable,and various prob-lems related to it is gradually emerged.At the same time,as a major breakthrough in computer aided technology in recent years,artificial intelligence technology is widely applied in many fields.The combination of artificial intelligence technol-ogy and traditional air traffic management is more conducive to the construction of a more secure,orderly and efficient in-telligent air traffic management system.This paper mainly reviews and analyzes the development history of air traffic con-trol at home and abroad,the requirements of air traffic management system for artificial intelligence technology and the application of artificial intelligence in air traffic management system,and finally analyzes and prospects the challenges faced by the application of artificial intelligence technology in air traffic management.Key words:artificial intelligence technology;air traffic management system;computer aided technology*基金项目：民航飞行技术与飞行安全科研基地开放基金项目(编号F2018KF06)；2019大学生创新创业训练计划项目(编号S201910624009)收稿日期:2019-09-041引言据2019年全国民航工作会议报告，2018年全年乘坐中国民航航班的旅客人数已经达6.1亿人次，全年起降航班架次已经突破1000万架次，继续保持两位数的增速。
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下一代空中交通运输系统意味着… 环境的可持续性
下一代空中交通运输系统在西雅图实现的程序将减 少二氧化碳的排放量，其年减少值相当于4100辆汽 车的年排放总量。
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下一代空中交通运输系统意味着… 灵活性与效率
到2018年在推广以下措施以提高灵活性和效率 航空器路线 规避恶劣天气 空域的利用
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下一代空中交通运输系统更意味着… 安全
使其 更安全 – 与传统的雷达相比，在监视和导航 性能上卫星能提供更快的信息更新和更准确的位置。
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Metroplex Initiative 都会地区规划
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基于性能的导航
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ADS-B实施—地面台站
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无缝衔接的飞行世界
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/nextgen
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问题?
nextgen@
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• 在美国国家空域系统中，任何时候 都有至少5000架飞机在空中飞行 • 预计到2020年美国民航载客量将达 到每年10亿客次* • 航空业在美国提供超过一千万个就 业机会 • 航空业为美国整体经济活动创造约 1.3兆美元的价值 • 航空业产值约占美国国民生产总值 的5.2%
*美国 联邦航空局，航空业财政年度2012～ 4 2032的前景预测
30 个核心机场: 旅客增长率
SEA
BOS
MSP
SLC DEN SFO
ORD MDW
DTW
JFK LGA
PHL EWR IAD BWI
DCA
LAS
LAX SAN
HNL
MEM
CLT ATL
PHX
DFW
IAH
0.0% ‐ 2.0% 2.0% ‐ 2.5% 2.5Leabharlann - 3.0% > 3.0%
TPA
MCO
FLL
MIA
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我们需要什么?
我们需要一个能满足以下需求的空域系统: • 缓解交通堵塞，在确保安全的同时提高效率以满 足需求。 • 在减少对环境影响的同时并不冲击航空业对整体 经济的贡献。 • 在为实施下一代的技术和程序涉及计划，最大限 度地利用今天的技术。
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下一代空中交通运输系统意味着… 经济上的冲击
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实施下一代空中交通运输系统
发言代表： Nancy Kalinowski 空中交通部副总裁，主管系统运营服务 美国联邦航空局
新技术研讨会 2012 年6月6号
什么是下一代空中交通运输系统？
• 下一代空中交通运输系统代表了美国国家空域系 统的变革。 • 它集成了新的和现有的技术，程序，和政策。
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为什么需要下一代空中交通运输系统？