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航空ACARS系统接收解码与其安全性

来源£º本站整理 作者£º佚名 时间£º2019-04-10 TAG£º 我要投稿

MH370 出事之后£¬伴随着这个航班的话题一直是热门£¬航空的安全问题也引起了全球人们的关注¡£事发之后£¬英国Inmarsat公司提供了MH370飞机与卫星的握手数据£¬并提供了技术支持£¬对飞机可能失事的位置进行了估算¡£

Inmarsat为英国卫星电信公司¡£此公司所经营的商业通信卫星£¬无论在航海¡¢航空¡¢通信都有着广泛的应用£¬目前已经发展到第五代Inmarsat卫星¡£Inmarsat所有卫星分布在距离地球35700km左右的地球同?#28966;?#36947;上£¬属于高轨道卫星£¬通信覆盖范围非常广£¬一直都是船舶在大海中与外界通联的重要通信卫星¡£其实不仅仅在海事领域£¬航空领域也有着重要的应用¡£很多人知道飞机在飞行的时候有一个ADS-B自动报告系统£¬?#27426;?#21457;送自己的实时位置£¬这个系统是防撞系统的一部分£¬而另一个比较重要的系统便是ACARS¡£ACARS是通信寻址报告系统£¬是飞机与航空公司通信的一个重要途径¡£此系统会将飞机的4D数据£¨经纬度¡¢海拔¡¢速度等£©还有各种传感器数据经过此链路发送给航空公司£¬让航空公司实时得到飞机的一些数据£¬?#28909;?#21457;动机健康状态¡¢飞机舱门的打开关关闭状态等等信息£¬对飞机进行维护和调度等工作¡£
MH370跟卫星通信的便是ACARS服务£¬ACARS的通信链路有HF¡¢VHF¡¢L波段三条链路£¬其中VHF?#35805;?#20026;近地时使用£¬由于VHF波段的特性£¬传输距离受到限制£¬HF在此方面会弥补一些不足¡£当飞机远离大陆的时候£¬?#28909;?#36328;海洋飞行£¬就只能靠L波段的卫星通信链路来与地面控制?#34892;?#36827;行联系¡£飞机可以通过Inmarsat卫星提供的AERO链路进行短消息¡¢语音还有自动报告系统的相互通信¡£其飞机到卫星的上行频率为£º1545~1547MHz之间£¬卫星与地面站的下行链路采用的为C波段3.6GHz¡£

当然£¬租用卫星链路的费用是非常昂贵的¡£事发当时£¬MH370的卫星服务已经过期£¬所属航空公司没?#34892;?#36153;£¬按照常理来说£¬MH370是没有卫星通信数据的¡£但是£¬此系统有个重要特性£¬那就是卫星载荷属于透明转发¡£简单来说£¬飞机到卫星的数据£¬卫星是不经过处理的£¬直接变频以C波段3.6GHz的频率大功率下传£¬而地面站会?#27426;?#25509;收信号后£¬进行解调和解码工作£¬得到飞机发送的原始数据并存储到数据库中¡£当系统对数据进行检索£¬如果发现某飞机并没有开通服务或者服务到期没?#34892;?#36153;后£¬便不会把这些数据发送给航空公司¡£所以Inmarsat公司完全没?#24615;?#20219;提供MH370的信息£¬而事发后£¬Inmarsat公司对MH370提供了原始数据支持£¬从数据库中调取了MH370与卫星通信的数据£¬与MH370通信的卫星便是位于东经64.5°附近的Inmarat3-F1卫星£¬此卫星为Inmarsat第三代通信卫星£¬于1996年发射£¬重量为2068kg¡£
以下是马来西亚政府给失联人员?#36164;?#25253;告中公开的卫星数据£¬报告并非卫星原始数据£¬而是经过筛选出一些有用信息的数据¡£

真正的卫星原始数据£¨来源Inmarsat公司某高管£©£º


在搜索MH370的时候£¬搜索队唯一可靠的数据参考便是这份卫星数据£¬可以根据数据大概推算出飞机失事的时间¡£我们可以看到最后一次飞机通过AERO的R通道发送握手数据包的时间为UTC 0:19分£¬而后续再也没有跟卫星进行通信¡£MH370飞机的AES ID为35200217 £¬澳大利亚地面站的GES ID为305¡£搜索队根据卫星数据中的时间¡¢BFO¡¢BTO数据£¬来进行粗略的飞机飞行路径估算£¬向着可能坠毁的?#36739;?#36827;行了大面积的搜寻£¬最后结果是大家众所周知的£º一无所获¡£
那么什么是BTO呢£¬BTO£¨Burst Timing Offset£¬瞬时时间偏移£©就是信号由飞机发送后£¬到达卫星产生的时间偏差¡£由于飞机发送握手数据时£¬会附带上发送数据的时间£¬这个时间是非常精确的£¬取自飞机上GPS授时系统¡£而无线电的传输速度为固定的光速£¬这样就可以根据BTO的数据£¬大概计算出飞机到卫星之间的距离¡£
BFO£¨Burst Frequency Offset£¬瞬时频率偏移£©£¬简单来说就是卫星接收到的频率与标准频率产生的频率偏移量¡£为什么会产生偏移呢?#31354;?#37324;牵扯的知?#27602;?#26159;著名的多普勒频移£¬可能都多少了解些多普勒频移£¬常用的例子就是火车由远至近产生的声音变化£¬也就是所说的红移和蓝移¡£在无线电通信中£¬多普勒频移为非常常见的现象¡£应用范围也非常广?#28023;¬±热?#22810;普勒?#29366;æ|?#39134;机在飞行时£¬速度会非常快£¬这时候会产生一个随飞机速度变化而变化的频移现象¡£根据多普勒频移计算公式£¬由于发射频率f£¬无线电传播速度C还有频率偏移 ¡÷f都为已知£¬飞行速度可以估算£¬可以计算得到飞机相对于卫星位置的余弦角度£¬再结合别的数据进行了推算£¬并且做了大量飞机飞行数据的对比£¬目前推测出了飞机可能坠毁于印度洋¡£

其实£¬Inmarsat3-F1的卫星轨道并非是固定不变的£¬Inmarsat3-F1这颗卫星的轨道相较于赤道平面倾斜角度大概为4.94°£¬这就意味着它的轨道平面跟赤道并非完全平行¡£也就是说£¬随着时间变化£¬它在地面的垂直投影会呈现一个以赤道为?#34892;?#30340;南北移动的8?#20013;Σ?#21355;星也是在以一个相对于地面较小的速度的移动¡£所以在计算时也要考虑这部分数据£¬并且飞机处在一个立体位置£¬飞机的高度上升?#38470;?#37117;会造成多普勒频移现象¡£

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