衛(wèi)星通信在民用航空領(lǐng)域應(yīng)用需求分析

· 文|中國衛(wèi)通集團(tuán)有限公司 柴 勇

衛(wèi)星通信在民用航空領(lǐng)域應(yīng)用需求分析

· 文|中國衛(wèi)通集團(tuán)有限公司 柴 勇

一、衛(wèi)星通信（Ku/Ka/L頻段）在民用航空應(yīng)用市場前景

我國幅員遼闊，不同地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展程度不同，使用民用航空需求的地區(qū)也存在明顯差異，航空運輸是滿足人們快速旅行和高速物流的需求。民用航空分為兩大類，分別是商業(yè)航空和通用航空。商業(yè)航空是指以航空器進(jìn)行經(jīng)營性的客貨運輸?shù)暮娇栈顒?，也就是常見的航空公司運營模式。而通用航空就是除去商業(yè)航空后民用航空其他所有部分。商業(yè)航空公司是提供將運輸物（乘客或貨物）定時定點進(jìn)行航空運輸?shù)姆?wù)；通用航空公司則是提供隨時隨地將運輸物送至非固定目的地的定制化服務(wù)。

現(xiàn)有高頻和甚高頻通信系統(tǒng)在民用航空導(dǎo)航、交通空管、飛行運控等航空飛行運管信息傳輸方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求，另外隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和個人智能通信的廣泛普及使用，客艙寬帶通信也是潛在應(yīng)用領(lǐng)域。而衛(wèi)星通信與其他技術(shù)和系統(tǒng)結(jié)合，可以為航空公司提供豐富的航空信息服務(wù)。衛(wèi)星寬帶通信的速度可達(dá)數(shù)十兆每秒，能為航空運管提供話音和大流量數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，也可以為飛機(jī)客艙旅客提供互聯(lián)網(wǎng)和實時電視等服務(wù)。2012年 7月,國務(wù)院發(fā)布了《國務(wù)院關(guān)于促進(jìn)民航業(yè)發(fā)展的若干意見》，2013年5月,工業(yè)和信息化部發(fā)布了《國家民用航空工業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃（2013－2020年）》。國家民航局發(fā)布的《航空公司運行控制衛(wèi)星通信實施方案》，加快推動了衛(wèi)星在航空領(lǐng)域應(yīng)用的展開。低軌道（LEO）衛(wèi)星通信航空應(yīng)用示意圖如圖1所示。

圖1 低軌道衛(wèi)星通信航空應(yīng)用示意圖

1.民航運輸領(lǐng)域應(yīng)用

我國航空客運人次2013年已達(dá)到3.8億人次，民航客機(jī)保有量已達(dá)2500多架，按照民航局的發(fā)展規(guī)劃，在“十二五”末，我國航空客運人次將達(dá)到4.5億人次，民航客機(jī)保有量將突破3千架?？瓦\人次和飛機(jī)規(guī)模都在以每年8%～15%的速度遞增。民航運輸衛(wèi)星通信應(yīng)用也分為駕駛艙和客艙兩個不同安全級別要求。根據(jù)國家民航局《航空公司運行控制衛(wèi)星通信實施方案》，我國將在2013-2016年分三個階段，將民航在冊的運輸飛機(jī)共近2000架全部完成改裝，實現(xiàn)在飛機(jī)飛行中4分鐘內(nèi)建立有效的飛機(jī)運行控制衛(wèi)星通信。民航客艙機(jī)載通信和互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入服務(wù)，主要提供業(yè)務(wù)服務(wù)內(nèi)容包括有飛行實時數(shù)據(jù)、機(jī)上互聯(lián)網(wǎng)接入、電子商務(wù)、實時電視多媒體和廣告播放等其他增值業(yè)務(wù)內(nèi)容。通過采用基于固定衛(wèi)星移動平臺通信“動中通”解決方案，實現(xiàn)飛機(jī)客艙與地面通信網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通，解決了目前存在的航空信息“孤島”問題。航空客艙機(jī)載寬帶通信示意圖如圖2所示。

圖2 航空客艙機(jī)載寬帶通信示意圖

航空機(jī)載衛(wèi)星寬帶通信業(yè)務(wù)服務(wù)具有良好市場前景，符合提升我國民航信息化管理和民航運營服務(wù)水平戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃方向；可以對新衛(wèi)星技術(shù)與制造，以及衛(wèi)星通信應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域起到引領(lǐng)作用，對新衛(wèi)星覆蓋資源、新頻段選用（Ka）；衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)和新技術(shù)應(yīng)用發(fā)展起到推動作用。

另外，除直接的航空機(jī)載衛(wèi)星通信運營服務(wù)外，隨著業(yè)務(wù)發(fā)展和系統(tǒng)設(shè)備的推廣應(yīng)用，還將推動設(shè)備研發(fā)與制造，尤其是隨著業(yè)務(wù)發(fā)展對新衛(wèi)星資源需求將激增，推動衛(wèi)星空間資源建設(shè)和技術(shù)更快更新發(fā)展；機(jī)載高精度跟蹤衛(wèi)星天線系統(tǒng)設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)，將為終端設(shè)備研發(fā)制造提供巨大市場需求空間和動力；同時也將對衛(wèi)星地面站建設(shè)及其技術(shù)發(fā)展，系統(tǒng)運行管理，衛(wèi)星通信傳輸基帶系統(tǒng)技術(shù)及制造工程需求，衛(wèi)星通信系統(tǒng)運行管理軟件、網(wǎng)管技術(shù)、監(jiān)控系統(tǒng)軟件，以及資訊和多媒體內(nèi)容編輯提供等需求起到促進(jìn)作用。對促進(jìn)航空運輸量增長和通信信息服務(wù)業(yè)務(wù)增長更加顯著。推動并帶動國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)步。預(yù)計項目規(guī)?；瘧?yīng)用將創(chuàng)造并帶動超過百億元規(guī)模的上下游產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。

2.通用航空領(lǐng)域應(yīng)用

通用航空是指除從事公共航空運輸（客運或貨運）以外的民用航空。通用航空具有機(jī)動靈活、快速高效等特點，作業(yè)項目覆蓋了農(nóng)、林、牧、漁、工業(yè)、建筑、科研、交通、娛樂等多個行業(yè)，主要是在3000m以下空域飛行。通用航空的具體內(nèi)容包羅萬象，我們熟知的通用航空有以下幾種：航空攝影、醫(yī)療救護(hù)、氣象探測、空中巡查、人工降水等。其他類型包括海洋監(jiān)測，陸地及海上石油服務(wù)，飛機(jī)播種，空中施肥等。另外公務(wù)機(jī)飛機(jī)和私人飛機(jī)都屬于通用航空范疇之內(nèi)。與地面交通類比，通用航空客比作出租車運營；民航公司可比作公交運輸。

我國是農(nóng)業(yè)大國，通用飛機(jī)的廣泛應(yīng)用是發(fā)達(dá)國家農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的一個重要方面。西部地區(qū)與資源優(yōu)勢由于交通不便而長期得不到發(fā)揮，交通已成為制約西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，西部大開發(fā)需要通用航空。據(jù)民航局預(yù)測顯示，預(yù)計未來5～10年，我國需要各類通用航空飛機(jī)10000到12000架，通用航空飛機(jī)數(shù)量的年均增長率將達(dá)到30%，通用航空及其帶動的產(chǎn)業(yè)將形成一萬億元人民幣以上的市場容量。隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公務(wù)飛行、商用飛行、空中游覽、私人駕照培訓(xùn)，正受到越來越多人的青睞，在市場需求的推動下，通用航空服務(wù)的領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)快速的發(fā)展。在有這樣巨大發(fā)展前景的市場中，衛(wèi)星通信的應(yīng)用將是不可或缺的解決通信需求的方案之一，在面對挑戰(zhàn)同時，衛(wèi)星通信只有抓住機(jī)遇努力滿足市場需求，創(chuàng)新開拓應(yīng)用服務(wù)于這一領(lǐng)域。

二、民用航空使用頻率規(guī)劃（Ku/Ka/L頻段可應(yīng)用范圍）

依據(jù)《中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定》，民用航空無線電頻率使用和業(yè)務(wù)主要分為：

1）制式無線電臺是指為確保航空器的安全，在制造完成時必須安裝在其上的無線電設(shè)備。

2）非制式無線電臺是指制式無線電臺以外的無線電臺。 如∶機(jī)載客艙衛(wèi)星通信電臺。

3）航空移動業(yè)務(wù)是指在航空電臺和航空器電臺之間,或航空器電臺之間的一種移動業(yè)務(wù)。營救器電臺可參與此種業(yè)務(wù)；應(yīng)急示位無線電信標(biāo)電臺使用指定的遇險與應(yīng)急也可參與 此種業(yè)務(wù)。

4）航空電臺是指用于航空移動業(yè)務(wù)的陸地電臺。在某些情況下，航空電臺也設(shè)在船舶或海面工作平臺上。

衛(wèi)星通信在民用航空應(yīng)用中又主要劃分為駕駛艙（前艙）和客艙（后艙）。駕駛艙（前艙）通信需要高度完整性和快速響應(yīng)的安全和正常通信，屬于衛(wèi)星航空移動（R）業(yè)務(wù)，主要分為空中交通服務(wù)部門用于空中交通管制、飛行情報與報警的安全相關(guān)通信，以及航空器承運人進(jìn)行的、會影響到空中運輸?shù)陌踩?、正常和效率的通信[航空運行管理控制通信（AOC）]。民航局《航空公司運行控制衛(wèi)星通信實施方案》中推薦使用的衛(wèi)星通信系統(tǒng)有海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)、銥星系統(tǒng)和Ku衛(wèi)星系統(tǒng)?？团?后艙)通信是為航空承運人的私人通信[航空行政通信（ACC）]服務(wù)，以及公眾通信[航空旅客通信（APC）]。目前在國際上使用的 客艙（后艙）通信系統(tǒng)主要有海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)、Ku衛(wèi)星系統(tǒng)及Ka衛(wèi)星系統(tǒng)。具體使用頻率規(guī)劃如表1所示。

表1 民用航空使用頻率規(guī)劃

三、民用航空的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)運營系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與資源

目前國際民航駕駛艙（前艙）衛(wèi)星通信多使用的是L和S頻段衛(wèi)星通信系統(tǒng)，采用衛(wèi)星移動通信使用的L、S頻段。而衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的建設(shè)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，國內(nèi)尚無自建的商用衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)投入運行。國內(nèi)正在使用或準(zhǔn)備使用的商用衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)都是由國外運營商提供的服務(wù)。國外商用衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)主要包括：海事衛(wèi)星系統(tǒng)（Inmarsat）、銥星系統(tǒng)（Iridium）、全球星ICO系統(tǒng)（Globalstar）、亞洲蜂窩衛(wèi)星系統(tǒng)（ACes）和Thuraya等。具體所用衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)具體所用頻率范圍如表2所示。

在客艙（后艙）衛(wèi)星通信應(yīng)用方面，中國衛(wèi)通集團(tuán)公司目前擁有12顆在軌衛(wèi)星，可以提供以覆蓋中國及周邊地區(qū)的Ku頻段衛(wèi)星通信服務(wù)資源，并計劃在2015年，達(dá)到擁有15顆以上在軌衛(wèi)星。在衛(wèi)星頻率資源使用上將形成C、Ku與S、L、Ka頻段相結(jié)合，固定廣播通信衛(wèi)星與移動廣播通信衛(wèi)星結(jié)合，覆蓋范圍廣、用途多樣的衛(wèi)星空間段資源體系。中國衛(wèi)通現(xiàn)有運營在軌衛(wèi)星情況如表3所示。

表2 衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)頻率使用范圍

目前在軌衛(wèi)星覆蓋區(qū)域主要集中在亞太、中東及歐洲和非洲部分地區(qū)，如圖3所示。

圖3 中國衛(wèi)通在軌運營衛(wèi)星覆蓋圖

考慮到航空運輸飛行國際、國內(nèi)航線的特點，從衛(wèi)星資源的服務(wù)能力來看，尤其是至今我國沒有自主可管可控，用于飛機(jī)駕駛艙（前艙）衛(wèi)星通信的L和Ka頻段衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；即使是Ku頻段衛(wèi)星，目前我國自主運營的衛(wèi)星服務(wù)能力，不論是覆蓋范圍，還是軌道頻率資源，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)滿足我國航空市場發(fā)展衛(wèi)星通信需求。這既是對我國衛(wèi)星通信運營服務(wù)提出的挑戰(zhàn)，更是開拓衛(wèi)星通信服務(wù)業(yè)務(wù)的機(jī)遇和發(fā)展應(yīng)用潛力。

2.用戶終端設(shè)備

由于我國在這方面應(yīng)用起步晚，再加上用于航空領(lǐng)域的準(zhǔn)入門檻制約，目前用于駕駛艙（前艙）衛(wèi)星通信的L頻段終端系統(tǒng)設(shè)備，以及用于后艙（客艙）衛(wèi)星通信的Ku和Ka頻段終端系統(tǒng)設(shè)備，全部是由國外廠商提供，幾乎全面占領(lǐng)我國終端系統(tǒng)設(shè)備市場。民航飛機(jī)上衛(wèi)星通信設(shè)備的制造門檻很高，除了要遵循現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，還要得到國際有關(guān)機(jī)構(gòu)認(rèn)可，為了國家信息安全的需要，國內(nèi)廠商在這一領(lǐng)域還需要努力追趕，有所作為。

駕駛艙（前艙）衛(wèi)星通信的L頻段終端系統(tǒng)設(shè)備主要有：霍尼韋爾,柯林斯，泰雷斯公司等。

后艙（客艙）衛(wèi)星通信的Ku和Ka頻段終端系統(tǒng)設(shè)備主要有：Row44，Panasonic，GoGo，Aerosat等。后艙（客艙）衛(wèi)星通信終端天線系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 飛機(jī)客艙衛(wèi)星通信終端天線系統(tǒng)

通用航空主要是在3000m以下飛行，其目前使用的通信系統(tǒng)多數(shù)是高頻和甚高頻通信系統(tǒng)，衛(wèi)星通信的應(yīng)用多是使用銥星系統(tǒng)，海事衛(wèi)星，Globalstar, Thuraya, ACeS等衛(wèi)星系統(tǒng)，以及與這些衛(wèi)星系統(tǒng)相配的L頻段在軌衛(wèi)星系統(tǒng)的終端設(shè)備。駕駛艙（前艙）衛(wèi)星通信終端設(shè)備如圖5所示。

圖5 飛機(jī)駕駛艙衛(wèi)星終端設(shè)備

3.網(wǎng)絡(luò)運營和用戶業(yè)務(wù)管控

從國家戰(zhàn)略安全考慮，在航空運輸飛行網(wǎng)絡(luò)運營和用戶業(yè)務(wù)管控方面，更需要建立可管可控的航空衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)運營和用戶業(yè)務(wù)管控系統(tǒng)。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運行管理主要是負(fù)責(zé)管理、監(jiān)控和維護(hù)機(jī)載通信全系統(tǒng)，實時對全網(wǎng)系統(tǒng)涉及衛(wèi)星、地面網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備等工作狀態(tài)進(jìn)行管理、監(jiān)控，實時對運營網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)用戶使用情況，進(jìn)行本地或者遠(yuǎn)程、監(jiān)控、維護(hù)和計費結(jié)算等管理，對網(wǎng)絡(luò)運營和業(yè)務(wù)運營數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、備份管理，對網(wǎng)絡(luò)運營中出現(xiàn)的包括衛(wèi)星系統(tǒng)、終端設(shè)備和用戶使用等問題，進(jìn)行實時分析排查，及時警示和問題預(yù)先發(fā)現(xiàn)等必要的日常維護(hù)，保障全網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運行安全正常。民航衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)橫跨通信信息傳輸服務(wù)和民用航空飛行運輸服務(wù)，在相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范、業(yè)務(wù)運營管理、設(shè)備準(zhǔn)入等方面，必須同時滿足國家對民航飛行安全，信息通信網(wǎng)絡(luò)傳輸安全，信息內(nèi)容安全和數(shù)據(jù)存儲安全規(guī)定要求。民航衛(wèi)星通信涉及國家信息安全，有必要在網(wǎng)絡(luò)運營和用戶業(yè)務(wù)管控方面在滿足國家相關(guān)法規(guī)要求前提下，做到完全自主，實現(xiàn)業(yè)務(wù)運營可管可控。

四、結(jié)論

目前民航飛機(jī)駕駛艙（前艙）衛(wèi)星通信使用占95%份額，后艙（客艙）衛(wèi)星通信應(yīng)用只占5%份額。但是據(jù)預(yù)測，隨著衛(wèi)星寬帶通信推廣應(yīng)用，在飛行中對涉及飛行安全類似電子飛行數(shù)據(jù)包等大數(shù)據(jù)的實時傳輸要求，以及個人移動終端公眾通信服務(wù)應(yīng)用需求的進(jìn)一步猛增，在使用衛(wèi)星帶寬方面，將出現(xiàn)后艙（客艙）超過駕駛艙（前艙）衛(wèi)星通信應(yīng)用的狀況。雖然目前無論是衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)覆蓋還是衛(wèi)星通信設(shè)備，我國都存在著一定差距，但是機(jī)遇與挑戰(zhàn)永遠(yuǎn)是并存，我們面對的是一個巨大潛在的亟待開發(fā)市場，衛(wèi)星通信應(yīng)緊緊跟蹤其發(fā)展趨勢，并抓住這一機(jī)遇，拓展衛(wèi)星通信應(yīng)用新領(lǐng)域。