总体思路:以满足行业需求,强化学生专业实践能力、知识综合应用能力培养为抓手,重点建设面向新一代民航空管新技术的、空地协同通信、导航、监视综合实验系统和平台,为学生创造更优越的实验、实习和科技创新的实践教学条件。
1、空地协同通信综合系统
空地协同空管通信体系主要包括空-地通信和地-地通信两个部分。其中空-地通信系统主要包括传统的HF数/话通信、VHF数/话通信、移动卫星通信,以及1090ES数据链、UAT数据链和L波段航空数据链等;地-地通信系统主要包括航空固定电信网、民航专用ATM网络、多功能组网接入系统和SWIM广域信息管理系统。各种通信系统通过网络连为一个密不可分的整体,真正的实现空地协同工作。如图1所示。

图1民航空地协同空管系统示意图
依据空地协同的概念,本综合实验室的实验内容建设应来源于实践,更多的反映民航生产一线主流的实际工作协同配置与业务需求。根据通信工程、电子信息工程所属一级学科的总体人才培养要求、结合本专业民航空管通信课群各门课程本身的特点,紧紧围绕统一的实验对象来开发基于行业应用的实验项目,实验项目之间是相互关联的,构成一套完善的空地协同通信实验体系。同时,考虑到课群中每门课程的侧重点存在差异,这些实验项目又可以独立出来,分别支撑不同的课程。因此,本实验室主要建设内容包括:VHF数/话通信,宽带空地数据链,内话系统,专用信息传输网络和SWIM广域信息管理系统。
如图2所示为本实验室实验内容对空地协同通信实验室建设的支撑关系。实验内容包含7个系列,涵盖空-空、空-地、地-地通信三个方面,具体可开发的实验项目包括实做型和演示型两类。

图2 空地协同通信综合实验项目支撑关系
2、空地协同导航综合系统
(1) 空地协同导航系统综合实验室的构成
依据高等工程教育服务于行业需求的改革精神,鉴于我国民航导航的运行现状、技术发展以及中国民航大学电子信息与自动化学院导航实验室的实际情况,本实验室的架构如图3所示。
空地协同导航系统综合实验室包括陆基导航综合实验平台和星基导航综合实验平台两部分。为了培养民航所需的导航技术人才,使陆基导航实验与民航的实际导航运行做到良好对接,陆基导航综合实验平台的主要系统(即DVOR信标、DME信标和ILS信标)拟采购民航近几年引进的主流导航产品,并预留二次开发接口。鉴于星基导航的理论和运行还在发展中,星基导航综合实验平台更注重基础理论实验和民航新技术的验证开发。

图3 空地协同导航系统综合实验室架构
(2) 陆基导航综合实验平台的主要建设内容
陆基导航综合实验平台包括DVOR实验系统、DME实验系统以及ILS实验系统(见图3)。每个实验系统均以相应的信标为核心,配以天线模拟器、信号性能分析仪和导航信号发生器等,构成完整的空地协同导航系统,如图4所示。

图4 陆基导航综合实验平台实现框图
(3) 星基导航综合实验平台的主要建设内容
星基导航综合实验平台包括卫星导航基础实验系统和卫星导航信息处理实验系统,参见图3。
卫星导航基础实验系统主要利用信号转发器,为学生提供开放式的实验环境,使学生在真实设备、真实卫星信号环境下进行实验和编程,掌握北斗和GPS接收机的工作原理。
卫星导航信息处理实验系统面向国内外民航正在大力推进的PBN技术,以卫星导航系统为主体,仿真、验证多模卫星导航系统信号产生机制、导航定位信号计算、导航性能评估、机载增强系统(ABAS)基本原理等。卫星导航信息处理实验系统基本原理结构如图5所示。

图5 卫星导航信息处理实验系统基本原理结构图
3、空地协同监视综合系统
实验室拟紧紧围绕空地协同监视技术体系(如图6所示)进行建设,覆盖目前民航采用的监视技术,包括一次雷达、二次雷达、自动相关监视、空-空监视、监视信息综合处理、监视信息联网处理等各种监视技术和监视信息处理。

图6 民航监视技术体系
根据监视技术特点及信息处理层次,空地协同监视综合实验系统分四大子系统,综合实验系统的架构和各子系统的功能如图7所示。

图7 空地协同监视系统实验平台组成结构框图
(1) 独立式监视雷达系统实验
可开展一次雷达(航路监视雷达、终端区监视雷达、场面监视雷达、机场多普勒气象雷达和机载气象雷达)相关实验,主要包括基本的雷达原理实验(雷达系统组成、目标场景仿真和特性分析、测距、测角和测速、MTI/MTD、雷达信号分析)、一次雷达测试实验(关键节点的信号波形观察、发射功率测量、接收机灵敏度测量、电源电压测量、各波导节点的辐射测量、驻波比测量)、一次雷达故障模拟与诊断实验(天线驱动故障、射频故障、MTI/MTD处理器故障)。
(2) 协作式监视系统实验
可进行二次监视雷达和多点定位系统相关实验。
二次雷达实验:二次雷达系统组成、二次雷达询问机和应答机特性测量、二次雷达干扰模拟与干扰抑制(虚假应答、多径干扰等)、天线特性分析、二次雷达测试实验(关键节点的信号波形观察、线缆插入损耗、发射功率测量、接收机灵敏度测量、电源电压测量、驻波比测量)、机载防撞功能的实现过程。
多点定位系统实验:多点定位系统接收信号分析;覆盖范围分析、GDOP分析、站址选择对定位性能的影响、同步时钟系统比较。
(3) 相关式监视系统实验
利用ADS-B接收机接收的数据进行ADS-B系统功能演示及后续的信息处理实验。包括基于ADS-B的监视平台组成,基于ADS-B的地空监视、空空监视和场面监视信息获取和显示,ADS-B报文格式分析,以及基于ADS-B数据的应用相关开发实验。
(4) 监视信息处理系统实验
侧重于多源信息的数据融合、处理与显示。利用多航迹仿真系统产生的各种监视信息源的实验数据来锻炼学生对多源信息的处理能力。可开展的实验包括空管自动化系统演示及信息处理实验,包括监视技术性能分析和比较、航迹生成、各种监视信息(一次雷达、二次雷达、ADS-B、多点定位系统)的数据融合、告警信息的生成与显示、监视信息的处理和显示。
实验设备包括前端的监视信息源和后端的监视信息处理终端。受民航法规的影响,实验设备不能够直接向外辐射信号来获取监视信息,但是可以接收实际应用系统发出的信息。前端数据实验设备尽量采用小型实验系统,无相关实验系统拟采用相应的测试设备或者半实物模拟平台模拟信号源并通过电缆有线连接或者其他连接方式构成完整的系统。只需接收,不需发射的系统在价格可承受的情况下购买航材搭建平台。后期监视信息处理系统以软件平台为主,可方便灵活地开展后续数据处理实验。