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