2009年5月31日，法国航空447航班从里约热内卢于当地时间19:29起飞，并预定在6月1日上午10:03到达巴黎。UTC(世界协调时)01:35，班机与航管进行了最后一次通话，并在UTC01:49离开巴西雷达监管范围，随后与空管部门失去联系。各方随即展开了对飞机的搜索，最终确认飞机已经失事，失速掉进了茫茫的大西洋中。
刚开始，如何“大海捞针”般的找寻到事故现场——飞机的残骸和飞行黑匣子成为一大难题。但凭借事发时地面收到的失事飞机“通讯寻址与报告系统”传来的电子信息，包括一些系统的故障信息以及飞行操纵法则的改变，以及最重要的一段大约UTC02:10发出的飞机经纬度信息，最终定位到了飞机失事时所处的大致位置。空难发生之后的第7天，即通过这些信息找到了首个飞机重要大型残骸——垂直尾翼。又22个月艰苦的搜寻过后才将飞行黑匣子打捞上岸，最终揭开了法航447航班失事的谜团。
“飞机通讯寻址与报告系统”英文全称是Aircraft Addressing and Reporting System，它的缩写就是ACARS。简单来说，它是一种空地数据链系统的早期应用或者说是系统架构，最开始时的功能只是提供一种对空勤人员飞行时间的统计方法或是一些简单的运行控制信息。而随着系统的发展以及功能的完善，ACARS可以提供更多的航空运行控制信息，更逐步实现了一些空中交通管制功能。如今新一代的航空数据链网络已开始建设，不同的通讯技术、协议和系统结构被引入数据链领域以支持未来的空中交通航行系统(FANS)，但ACARS得天独厚的先发优势在短时间内还没有被替代的可能。甚至有的时候，业内仍然把ACARS作为整个地空数据链系统的代称。
一、 ACARS简介
ACARS的运用始于1978年。当时为了便于对空勤人员执勤时间的计算，一种提供航空运行控制功能的系统面世了。这个系统能提供实际的OUT(推出)、OFF(离地)、ON(落地)、IN(停机)时间，因此被称之为“OOOI”。晚些时候又加入了一些飞机系统维护信息的自动下传功能。功能看似简单却为航空公司运行控制提供了极大便利，这些基础的功能也跟随ACARS一起走过了二十多年的发展历程。随着ACARS系统的完善，更多的信息传递于飞机与地面之间：飞行员能够通过ACARS及时得到地面上传的天气预报、航行通告和签派的放行指令，甚至与空管部门的语音通讯都可以用数据链文本信息代替;飞机也能通过ACARS将运行的实时情况，如OOOI状态、位置报告、发动机监控报文自动下发给签派或维护部门，签派员和机务部门就可以根据各类信息的判读，做出准备，为飞行员的决策提供支援。
ACARS摆脱了以往空地通讯只有话音的局限性，尽可能自动地承担起了与地面的通讯任务;减轻了飞行员和管制员的工作负荷，增加了空域容量和效率，提高了飞行的安全性，并提供了一种额外雷达覆盖范围以外区域的监视方法;飞机的飞行信息和设备状态也可以通过与航空公司终端实时的数据交换，使之在整个飞行过程中得到地面技术支援。
现在，在世界范围内，每天有100家以上的航空公司，超过10000架飞机在使用ACARS系统，每个月交换的信息达数千万条。将来在空地通讯系统中，占主要服务内容的空中交通服务和航务管理通讯将以数据通讯为主，逐渐减少话音通讯，最终达到只在必要时或紧急情况下才使用语音通讯。
二、 ACARS系统组成
ACARS对飞行员来讲可能单指飞机上的某个操作界面，但实际支持整个ACARS系统运作的有三个重要组成部分：机载ACARS路由器(ROUTER)、数据链服务提供商(DSPs)、地面数据处理系统。
ACARS数据的下行是通过地面通讯基站接收从飞机发出的下行报文并传送至空地数据链服务提供商的数据处理中心，中央处理器将报文从空地数据格式转化为地地通讯格式，然后经由地面通讯网发送至航空公司的地面处理系统，经过处理后最终传送至公司计算机工作站的各个显示终端。数据的上行差不多就是反向执行上述过程，终端用户将ACARS报文传送至数据链服务提供商再上链至飞机。
ACARS ROUTER，在机载设备中，它是一台管理数据链通讯的计算机，飞机上的其它计算机系统都和它交联——如飞机状态监控系统(Aircraft Condition Monitoring System)、系统数据采集组件(System Data Acquisition Concentrator)、飞机综合数据系统(Aircraft Integrited Data System)、中央故障显示系统(Centralized Fault Display System)、飞机管理引导计算机(Flight Management Guidance Computer)以及客舱勤务终端、空中娱乐系统等等。顾名思义，路由器的功能主要是将从地面上传的数据路由至各个机载终端设备，如FMGC,ACMS或是客舱内娱乐设备;或是将上述各个系统和飞行员输入的数据自动发报给地面接收设备。对空客机型而言，这一路由器功能通常被整合在ATSU(空中交通服务组件)中。
图1数据链系统构成示意图
目前世界上两大主要的数据链服务提供商是国际航空通讯协会(SITA)和美国航空无线电公司(ARINC)。SITA是全球领先的向航空运输业及国际组织提供网络及通讯解决方案的供应商，通过位于全球150多个国家的数百个VHF(甚高频)地面基站以及与AVICOM(日本)、DATACOM(巴西)等子公司的内网连接和位于同步轨道的通讯卫星及其地面基站，提供VHF和SATCOM(卫星通讯)的数据链服务。ARINC公司是许多航空工业标准(含ACARS通讯协议和系统架构)的制定者，在数据链领域，除提供VHF和SATCOM数据服务外，更是全球唯一的HF(高频)数据链服务商。ARINC ASIA为中国大陆地区提供VHF数据链服务。这两家主要的数据链服务提供商的VHF网络基本覆盖了地球上的所有陆地区域，根据公司数据链服务协议，在某些区域甚至可以同时得到两家的网络服务。对于南航湖南公司而言，在中国大陆大部分区域都可以选择ARINC ASIA来进行数据链通讯，而东南亚航线则必须切换到SITA PACIFIC网络，否则可能会造成ACARS数据链断开。
为了适应中国民航高速发展和改进管理及提高效益的需要，中国民航建设了一个自主管理、自成体系并与国际数据链网络联网的地空数据通讯系统。同时，根据国情，决定采用甚高频数据链作为地空数据通讯的主要传输媒体。目前已建成VHF地面通讯基站一百余个，已经覆盖了除西藏地区以外的大部分地区(包括香港、澳门地区)。中国民航地空数据网(ADCC)已通过租用专线实现了与ARINC的直接联网。
地面数据处理系统是地空数据网的中心，主要功能是对地面应用系统与飞机的信息进行交换，完成数据信息的寻址、路由选择及一系列处理。
三、数据链类型
ACARS ROUTER可以通过HF、SATCOM(卫星通讯)或第三部VHF等通讯设备使飞机和地面进行数据交换。如机载设备具备条件，且公司已购买全部服务内容，则上述通讯设备的优先顺序为：VHF，HF，SATCOM。数据链的类型多种多样，有的数据链系统架构跟ACARS可能截然不同，以下介绍五种笔者认为将来可能会得到广泛应用的数据链系统。
(一) 基于VHF(甚高频)的数据链
VHF是采用语音调制的标准空中交通管制频段，是民航当局为话音通讯准备的。甚高频信号受视距的限制——在3万英尺高度，以VHF为传输媒介的数据链的覆盖范围是以地面通讯基站为中心，半径约240海里的区域。但由于其通讯质量较好，稳定性高，VHF是内陆飞行时语音或数据链通讯的首选媒介。就远程民用航线而言，也有一种由VHF代替HF工作的发展趋势，这起因于地面基站的增加，以及要求更好质量的信号传输。
早期的ACARS应用基于的是一种面向字符型的低速VHF数据链,最大支持2.4kbps的传输速率。这种低速的VHF数据链需要较多的通讯频段来支持网络全覆盖。由于先天性的缺陷(协议和传输速率的限制)以及VHF频率的稀缺性，导致这种低速VHF数据链日益不能满足发展的需要。于是在上世纪90年代早期开始发展了高速VHF数据链，一种面向比特型通讯协议的空地数据链，英文全称为VHF Digital Link(VDL)。这就是目前正在建设中的新一代航空甚高频数据链，用于支持通讯、导航、监视/空中交通管理(CNS/ATM)一体化的新航行系统，可提供空空、空地、广播通讯、星基导航、自动相关监视(ADS：Automatic Dependent Surveillance，可由VDL模式4 -基于STDMA的甚高频数据链技术支持，而目前多由S模式数据链支持)，ATN(ICAO主导的新一代航空电信网)与非ATN通讯等功能。
图2 VHF数据链通讯网络全球覆盖图
由于新技术的发展进度以及传统ACARS用户猛增等因素，为了减少频率的占用和增加传输速率，一种过渡性的技术目前在欧洲和美国得到广范应用，这就是在VDL模式2基础上建立的AOA(ACARS Over AVLC)技术，这种数据链可以将传输速度显著提高至31.5kbps。
(二) 基于HF(高频)的数据链
HF数据链由于它的超视距通讯能力，常用于跨极地、越洋飞行，以覆盖卫星、VHF无法涵盖的区域，虽然速度较慢，但比卫星通讯更加经济实惠。战争期间卫星通讯系统的易损性和HF传输的机动性使得它仍然是受欢迎的通讯系统之一。目前，北极地区HF数据链仍是唯一的数据链通讯方法。HF数据链可以根据对信号强度的评估自动选择300、600、1200或1800bits/秒的传输速率。由于跨洋飞行时相对于高频语音通讯和卫星通讯的性价比优势，以及技术上的发展，本世纪初HF也被视为适于用来进行数据链通讯的替代媒介，并逐渐开始了在航空运行和交通服务领域的应用。南航湖南公司A320机队由于区域运行的特点，且甚高频数据链已能满足大部分时候的需求，目前没有装备高频数据链设备。
(三) 基于卫星通讯的数据链
从1982年始，国际海事卫星组织(Inmarsat)成为全球第一家为海事、陆地移动通讯和航空服务的组织，并于九十年代开始为飞机提供语音和数据链服务。Inmarsat通讯系统由位于太平洋、印度洋、大西洋东/西部上空的四颗工作卫星及在轨等待随时启用的五颗备用卫星组成，这些卫星位于距离地球赤道上空约四万公里的同步轨道，一家位于英国伦敦的运营商提供对所有Inmarsat卫星的系统维护和运行操作。日本航空管理局也已发射了多功能通讯卫星，以适于ICAO的一体化新航行系统，具有航空移动卫星服务(AMSS)和星基增强系统(SBAS)功能，为北太平洋航路提供航空通讯服务。
SATCOM为航空用户提供远距离数据链和话音通讯，系统由卫星中继站、飞机机载通讯设备和地面通讯基站(包括卫星控制中心、遥测、跟踪和指挥站及网络运营中心)组成。与VHF通讯相比，卫星通讯延迟时间较长，机载设备昂贵，通讯费用更是VHF的10倍之多。目前装有SATCOM系统的飞机都有VHF系统，且都能自动转换。当收不到VHF信号时，根据公司管理政策，系统会适时转到卫星数据链上。
图3国际海事卫星网络覆盖区域
目前的航空移动卫星通讯主要靠高轨道同步卫星，以后将利用低轨和中轨卫星，进一步降低卫星通讯机载设备的设备费和使用费，减少延迟时间，消除极地附近的信号盲区，真正实现全球全天候的航空卫星通讯。南航只在宽体机配备卫星通讯设备，单通道飞机出于运营成本的考虑不具备卫星通讯能力。
(四) GATELINK概念
GATELINK是一种在机场停机坪区域或维修点附近，提供高速无线通讯的较新的航空工业规范，有点类似于日常生活中的WIFI无线宽带网络，它可以相对低廉的费用提供1M-11Mbps相当之快的传输速率。但是由于覆盖范围取决于接入点(AP)的类型和位置,天线选择和定位,和当地环境(障碍物)等的影响，通常要保持稳定的数据链连接，飞机与接入点距离不能超过300米。目前，GATELINK设备已装备与空客A330/A340等飞机上，A320系列也将认证并装备此类设备。GATELINK将来的应用前景广阔，可以应实现的功能包括：如计划、舱单、起飞数据、机长通知单的上传，除冰、清洁、旅客特殊服务的申请，旅客行李处理，故障快速处置等各类服务。
(五) SSR(二次监视雷达)/应答机S模式
应答机固有的基本A模式和具有高度报告的C模式是飞机常用的两种模式，简单易用，但不足表现也是显而易见的：其一，A模式四位编码资源共4096个，编码数量有限，现在经常在不同空域就要切换应答机编码;其二，只能回答飞机的代号、气压高度，可交换信息少;其三，询问信号结构简单(只有P1、P2、P3三个脉冲)，不含识别成分，在询问信号工作范围内的全部飞机会同时获得询问信号，可能产生同时应答，造成混叠;其四，地面反射产生盲区，还有目标的方位、距离等参数的分辩率低等。
S模式是一种新兴的离散选址模式，与传统的A/C模式兼容。它是一种可以进行数据链传输的模式，也是将来的发展方向，ICAO已承认其成为标准的数据链规范并将其纳入新一代航空电信网的范畴。如果硬件与软件支持，飞机和地面间即可通过S模式数据链传输飞机的航班号、空速、地速、航向、高度以及GPS位置等信息。目前S模式数据链已可应用在广播式自动相关监视(ADS-B)中以及新一代空中交通防撞系统(TCAS)等领域，为飞机空中安全间隔和空域容量以及运行安全带来了革命性的变化。受二次雷达天线一般为机械旋转扫描的影响，S模式数据链传输速率被限制在200bits/s，目前还没有看到应用在ACARS领域的必要和前景。但从长远来看,通过对天线的改进，模式S是唯一可能提供每秒兆字节数据传输速率的空地数据链技术。
四、 ACARS/数据链系统应用
通常，后来者或多或少是开创者的复制或翻版，数据链系统的应用也不例外。从ACARS的第一次应用至今，对于空客机型而言，即便很多功能已被整合ATSU(空中交通服务组件)，但超过50%的信息传递还是用于它初始应用时的那些基本功能。如今，每一家航空公司都可以使用OOOI状态报告和自由文本格式短信息这些基本功能，而ACARS应用则遍及飞行各个阶段的方方面面。
(一)航空运行控制(AOC：Airline Operational Control)
ACARS对于航空公司来说主要的价值就在于它的AOC通讯功能，包括飞行运行、机务维修和工程技术支持等。OOOI状态报确保了公司对运行进行有效的管理;发动机监控和报告使得正常情况下的实时监控和应急情况下对飞机做出及时的判断及处理成为可能，减少了航班延误以及降低了机务人员的工作负荷;气象服务可让飞机离地后，飞行员还能及时掌握航路和目的地天气，可以及时作出备降返航的决策或提前做好准备;飞行人员还可以使用很多其它功能，如飞行计划、舱单(Loadsheet)、起飞数据的上传和确认、定期的位置报告、预计到达时间和飞行进程报告等。
舱单经过ACARS系统上传可以极大减少最后关舱门(Last Minute Change)时的程序，因为任何的更改(旅客、行李、货物重量及油量)都可以直接在地面操作系统中及时修改并自动上传，机长通知单(NOTOC)信息也可随带舱单进行上传至驾驶舱。如今在国内大多数机场都可以使用这一功能，这无疑是数据链通讯系统快速发展的良好展示。
在驾驶舱中，ACARS应用中一个比较重要的功能就是自由格式文本的发送，这有点类似于手机的短信息功能。飞行员可以通过简单的固定指令代码来查询飞机的运行信息(如//SOC XXX XXXX);飞行员也可以通过空空信息指令(//AAMS/XXXX)来与其它飞机进行沟通：还可以自行输入地址栏来与地面签派部门进行沟通(如南航长沙签派HHAUOCZ)——对于南航ATSU客户化界面而言——这样的七位字符地址代码通常罗列在在公司运行手册中。
图4数据链应用简略示意图
(二)航空公司行政管理通讯(AAC：Ai?r?li?ne Administrative Communications)
机组与地面服务部门之间可靠和及时的沟通联系对于公司运营是必要的，包括机组排班、客舱供应品和卫生清洁服务的提供等方面;同时还可向旅客提供转机、轮椅、行李跟踪等服务。
传统的飞行品质数据都是通过快速存取记录器(QAR)来下载传递到安全管理部门，因此QAR也在日常口语中取代了FOQA(Flight Operations Quality Assurance)，成为飞行品质监控的代名词。随着数据链通讯的发展和协议的建立，FOQA数据将可通过数据链系统进行自动下链，南航已在部分机型上实现此功能。
(三)旅客通讯联系(APC：Air Passenger Correspondence)
使用椅背上的液晶显示屏对旅客提供电子邮件、电视、因特网接入和电话等等服务。通过数据链系统，旅客可以使用位于座椅前方的显示屏了解目的地，转机衔接航班等信息。但受目前的数据链通讯速率和网络提供商服务，此类应用还较多停留在设想阶段。
(四)空中交通服务(ATS：Air Traffic Service)
涵盖了很多方面，如D-ATIS服务、PDC(Pre-Departure Clearance)服务、离场时间(SLOT或国内的协调放行时间)的计算、越洋许可(北大西洋空域OCL：Oceanic Clearance)、对自动相关监视系统的支持和建立飞行员-空管的数据链通讯等(CPDLC)。
目前，D-ATIS和PDC服务已在国内枢纽机场普遍展开应用。这些功能/服务降低了飞行员的驾驶舱准备阶段的工作负荷，同时具备以下优点：指令可以清楚的打印出来;不存在误听的问题;不会造成语音通讯频率的拥挤;不需要两名飞行员同时在场——但事后必须交叉检查。
CPDLC同样具备上述所列的部分优点，这一功能在跨洋飞行和极地偏远地区飞行时显得尤其重要，因为在这些区域语音通讯的建立是如此困难，手段如此之少。值得一提的是，CPDLC的控制界面必须通过特定的DCDU，这种设备目前在单通道飞机上没有配备。
图5 DCDU操作界面
五、 ACARS使用及注意
ACARS这些功能的使用界面，由于高度客户化的结果，在不同飞机上具有较大差异。对于波音777而言，可在飞机信息管理系统中实现ACARS各类应用;而在空客公司的飞机上，所有这些功能甚至ACARS硬件被嵌入至空中交通服务组件(ATSU)中。
以笔者所在的南航湖南分公司运营的A320系列机型(只具备VHF数据链能力)为例，ATSU界面目录下有两个子菜单，AOC MENU提供上述公司运行控制功能的应用;COMM MENU则提供ACARS系统的通讯设置。
在飞行前，飞行员应确保第三部甚高频没有故障，并在运行中不要用来进行语音通讯，保证通讯频率窗口放在在DATA位——频率的调谐由COMM MENU中相关界面控制。一般ACARS系统的起始都是自动的，如果出现错误或失去连接，可以按照FCOM进行人工起始。
在运行中应时常监控发动机告警页面(E/WD)状态备忘部分有没有显示COMPANY DATALINK STANDBY字样。如果需要可进入ATSU检查并修改数据链通讯频率。具体操作为ATSU>>COMM MENU>>COMM CONFIG>>VHF3 SEL增加备选频率或代码后，再进入ATSU>>COMM MENU >>VHF3 DATA MODE,根据数据链服务商的网络范围，选择合适的频率或代码。如前所述，对于南航湖南公司而言，ARINC ASIA可用于中国大陆大部分区域的数据链通讯，而东南亚航线则必须切换到SITA PACIFIC网络，而东北亚航线则可以使用ARINC KOREA或AVICOM。
CFDS(中央故障显示系统)及AIDS(飞机综合数据系统)界面与ATSU互联，以实现运行控制的其它功能，在这两个系统的菜单项中都有对数据链传输的控制，由于一般由地面机务人员进行操作和维护，此处不再赘述。
六、 结束语
面向比特型的新一代数据链技术提出以后，因其比面向字符型的数据系统容量的增加，同时可数话兼容，标志着数据链技术的一大进步。传统低速VHF数据链，由于信道访问控制协议采用的都是载波监听多址访问，实时性差，容量小，使得功率小的用户捕获信道的机会少;同时ACARS通讯协议和系统的与生俱来的限制，如网络独立，速率被限制等缺陷，传统的空地数据链必将为新一代航空电信网(ATN)所取代。与基于传统ACARS应用的系统相比，ATN是一个全球性的网络标准，作为一个通讯网络的集合(VDL、HFDL、SATCOM、GATELINK及SSR Mode S等)，它的数据传输速率更快，更可靠，更适应现在以及未来发展变化对于数据链通讯的需求，并将为多姿多彩的各类航空应用提供有力的支撑。
(本文曾发表于《飞行员》2010年第1期，作者后来在其基础上有大幅增改)
（本文仅代表作者观点，中国民用航空网保持中立。）
