衛(wèi)星通信在民航空管中的應(yīng)用與發(fā)展

● 文|民航局空管局通信導(dǎo)航監(jiān)視部 卜恩書 高紅蕾

衛(wèi)星通信在民航空管中的應(yīng)用與發(fā)展

● 文|民航局空管局通信導(dǎo)航監(jiān)視部 卜恩書 高紅蕾

民航空管信息的應(yīng)用環(huán)境具有覆蓋范圍廣且業(yè)務(wù)量小、通信質(zhì)量要求高、業(yè)務(wù)種類多等特點，衛(wèi)星通信因其面向覆蓋范圍大而業(yè)務(wù)量又較小的應(yīng)用環(huán)境和面向點對多點之間通信的應(yīng)用環(huán)境（包括廣播、雙向交互等通信方式）等特點，滿足了民航空管信息的應(yīng)用需求。衛(wèi)星通信在民航空管系統(tǒng)應(yīng)用近20年來，為保障空管安全運行，發(fā)揮了重要作用。

一、民航衛(wèi)星通信網(wǎng)概述

我國民航衛(wèi)星通信網(wǎng)由C頻段衛(wèi)星通信網(wǎng)和Ku頻段衛(wèi)星通信網(wǎng)組成。其中，民航C頻段衛(wèi)星通信網(wǎng)于1995年建成投入使用。C頻段衛(wèi)星通信網(wǎng)采用美國休斯公司生產(chǎn)的甚小口徑終端（VSAT）衛(wèi)星通信系統(tǒng)，由語音衛(wèi)星通信網(wǎng)和數(shù)據(jù)衛(wèi)星通信網(wǎng)組成，可以提供可靠的話音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸。

隨著航空運輸量的快速增長和空管業(yè)務(wù)的發(fā)展，空管業(yè)務(wù)對衛(wèi)星帶寬的需求不斷增長，為滿足民航信息傳輸?shù)男枰?，“十一五”期間，民航開始建設(shè)Ku頻段衛(wèi)星通信網(wǎng)。民航Ku頻段衛(wèi)星通信網(wǎng)于2005年建成并投入使用。民航Ku頻段衛(wèi)星通信網(wǎng)采用加拿大波拉賽特通信公司生產(chǎn)的VSAT Plus II系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于跳頻TDMA技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎萌W(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，支持V.35、V.24、FR、E&M、E1等多種接口，滿足民航空管系統(tǒng)多種業(yè)務(wù)傳輸?shù)膽?yīng)用需求。

截至目前，民航衛(wèi)星通信網(wǎng)共建設(shè)C頻段移動式（TES）地面站170余座（包含10座境外站），衛(wèi)星數(shù)據(jù)（PES）地面站100余座；Ku頻段衛(wèi)星地面站200余座，基本滿足了目前民航空管遠(yuǎn)端臺站的業(yè)務(wù)通信傳輸要求。

二、衛(wèi)星通信在民航空管中的應(yīng)用

進入21世紀(jì)，隨著飛行量的增長，空管業(yè)務(wù)信息對于通信傳輸?shù)娜萘亢唾|(zhì)量（可靠性和時延）要求越來越高，衛(wèi)星通信因其帶寬受限和固有時延特點，逐漸不能適應(yīng)空管信息的傳輸需求。且隨著地面通信技術(shù)的快速發(fā)展和空管基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，衛(wèi)星通信開始作為空管信息的備用和應(yīng)急傳輸手段。

三、衛(wèi)星通信在民航空管中的未來發(fā)展需求

為實現(xiàn)民航信息的全球化共享，未來民航將采用基于寬帶的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)作為主要傳輸手段，現(xiàn)有的民航衛(wèi)星通信網(wǎng)將主要作為空管業(yè)務(wù)地面通信的補充傳輸手段，以及災(zāi)害條件或特殊條件下的應(yīng)急救援通信或信息傳遞手段。

同時，根據(jù)國際民航組織發(fā)布的全球空中航行計劃（2013—2028年），為進一步提高全球民航水平，提升空中航行容量與效率，降低民航活動對環(huán)境的不利影響，民航將采用先進的星基通信、導(dǎo)航、監(jiān)視技術(shù)，如航空移動衛(wèi)星通信（AMSS）、基于性能的導(dǎo)航（PBN）以及廣播式自動相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）等技術(shù)，實現(xiàn)更加精確、安全的飛行和更加高效的空中交通管理。

未來在民航空管領(lǐng)域，對于衛(wèi)星通信的使用需求將更加旺盛，主要包括：

1.衛(wèi)星通信在民航空管常規(guī)業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

未來，民航空管系統(tǒng)將繼續(xù)發(fā)揮衛(wèi)星通信低成本、靈活機動、無縫覆蓋的優(yōu)勢，將其作為空管常規(guī)業(yè)務(wù)的備用或應(yīng)急通信傳輸手段。

2.衛(wèi)星通信在民航空管中的應(yīng)急通信保障作用

我國地域遼闊、自然環(huán)境復(fù)雜、災(zāi)害頻發(fā)，衛(wèi)星通信在保障民航應(yīng)急通信方面應(yīng)用前景廣闊，如在汶川地震、玉樹地震以及南方冰雪災(zāi)害救援期間，民航衛(wèi)星通信網(wǎng)都發(fā)揮了重要作用。未來，我們將充分發(fā)揮衛(wèi)星通信的優(yōu)勢，加強衛(wèi)星通信應(yīng)急保障體系的建設(shè)。

3.航空移動衛(wèi)星通信

航空移動衛(wèi)星通信分為前艙通信和后艙通信，民航空管移動衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)屬于前艙通信。目前民航地空通信主要依賴高頻與甚高頻，由于甚高頻通信只限視距范圍內(nèi)，故不能滿足航空運輸遠(yuǎn)程通信的需要。高頻通信又受電離層不穩(wěn)定因素的影響，通信的可靠性存在著一定問題。而衛(wèi)星通信通信距離遠(yuǎn)，且不受沙漠、海洋等地理因素的限制，可以在飛機與地面之間為飛行員與管制員提供話音和數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，具有滿足目前及未來航空通信需求的獨特潛力。

4.基于性能的導(dǎo)航技術(shù)

PBN運行將主要依靠全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS），通過將飛機先進的機載設(shè)備與衛(wèi)星導(dǎo)航及其他先進技術(shù)結(jié)合起來，涵蓋了從航路、終端區(qū)到進近著陸的所有飛行階段，提供了更加精確、安全的飛行方法和更加高效的空中交通管理模式。PBN是飛行運行方式的重大變革，能有效促進民航持續(xù)安全，增加空域容量，減少地面導(dǎo)航設(shè)施投入，提高節(jié)能減排效果。國際民航組織已將全球?qū)嵤㏄BN運行列為最高優(yōu)先級。ADS-B技術(shù)將衛(wèi)星導(dǎo)航、通信技術(shù)、機載設(shè)備以及地面設(shè)備等先進技術(shù)相結(jié)合，將提供更加安全、高效的空中交通監(jiān)視手段，能有效提高管制員與飛行員的運行態(tài)勢感知能力，擴大監(jiān)視覆蓋范圍，提高空中交通安全水平、空域容量與運行效率。

當(dāng)前ADS-B應(yīng)用的主要航空器定位數(shù)據(jù)源是GPS，數(shù)據(jù)源可靠性受到衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)體制和航空器機載設(shè)備的影響，未來將考慮使用多星座兼容的GNSS系統(tǒng)，為ADS-B的應(yīng)用提供連續(xù)、可靠、準(zhǔn)確的定位信息。

四、衛(wèi)星通信在民航空管系統(tǒng)中面臨的挑戰(zhàn)

1.衛(wèi)星通信技術(shù)的IP化與空管實時性（傳輸透明化）之間的矛盾

空管業(yè)務(wù)信息傳遞對于通信質(zhì)量的可靠性和實時性要求特別高，例如，根據(jù)甚高頻話音通信系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，甚高頻話音通信傳輸要求時延不超過20ms，誤碼率應(yīng)小于1×10-6。且隨著航班量的增長，未來對于傳輸時延的要求有可能進一步降低。目前，衛(wèi)星通信技術(shù)正在向IP化方向發(fā)展，衛(wèi)星通信固有時延以及IP化開銷增加的時延，勢必會與空管業(yè)務(wù)通信實時性的需求產(chǎn)生矛盾。

2.高帶寬的需求與衛(wèi)星通信的帶寬受限及成本之間的矛盾

隨著航班量的增長和大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，以及航空信息全球化的共享和融合，未來民航對于衛(wèi)星通信帶寬的需求將進一步增長。但目前衛(wèi)星通信相較于地面通信來說，帶寬資源受限且費用昂貴，難以滿足民航未來應(yīng)用需求。

3.快速增長的衛(wèi)星移動通信需求與衛(wèi)星移動資源匱乏之間的矛盾

為保證飛行安全，航空衛(wèi)星移動通信需要可靠性高、轉(zhuǎn)發(fā)延時小等特點。但目前全球可用的衛(wèi)星移動資源較少，無法滿足快速增長的航空衛(wèi)星移動通信需求。

4.衛(wèi)星設(shè)備國產(chǎn)化

目前，無論是民航空管現(xiàn)在應(yīng)用的VSAT衛(wèi)星通信設(shè)備還是航空衛(wèi)星移動通信、基于性能的導(dǎo)航、廣播式自動相關(guān)監(jiān)視技術(shù)應(yīng)用的衛(wèi)星資源，目前均以國外衛(wèi)星通信資源為主。從經(jīng)濟發(fā)展和國家安全角度考慮，為實現(xiàn)我國從民航大國向民航強國的戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，迫切需要盡快實現(xiàn)衛(wèi)星設(shè)備國產(chǎn)化。

5.廣播式自動相關(guān)監(jiān)視技術(shù)

ADS-B是國際民航組織確定的未來主要監(jiān)視技術(shù)。