民航衛(wèi)星通信SB-S技術(shù)的應(yīng)用前景分析

靳勇 李墨

摘要：隨著衛(wèi)星通信的發(fā)展，SB-S技術(shù)逐漸被飛機(jī)和航電設(shè)備制造商所推廣。本文對(duì)該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景予以分析，說明其對(duì)民航運(yùn)行效率和安全水平提升的重要意義。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信;海事衛(wèi)星;SB-S

0引言

我國民航飛機(jī)衛(wèi)星通信發(fā)展可粗略分為三個(gè)階段。

第一階段為1995年之前，民航飛機(jī)主要使用VHF和HF作為主要通信手段。衛(wèi)星通信技術(shù)在國際上已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但我國民航領(lǐng)域只是有所了解，并未實(shí)際使用，處于技術(shù)儲(chǔ)備和觀望階段。

第二階段以1995年國內(nèi)首架海事衛(wèi)星通信改裝的民航飛機(jī)為起始，至2012年結(jié)束。此階段主要是在執(zhí)行高原地區(qū)、偏遠(yuǎn)地區(qū)航線和跨洋航線的民航飛機(jī)上安裝衛(wèi)星通信系統(tǒng)，以確保在無常規(guī)地面站支持的情況下仍能與ATC和AOC進(jìn)行語音和數(shù)據(jù)鏈通信。此階段安裝衛(wèi)星通信系統(tǒng)的飛機(jī)占比較低，主要以大型寬體機(jī)為主。

第三階段為2012年以后，隨著民航業(yè)的快速發(fā)展，各航空公司運(yùn)輸量和機(jī)隊(duì)數(shù)量的快速增長(zhǎng)，面對(duì)空域緊張、危險(xiǎn)天氣和流量控制等，由于缺少有效通信和實(shí)時(shí)信息，航空公司運(yùn)行控制工作處于被動(dòng)局面，隨之而來的安全壓力越來越大。為了有效解決上述問題，中國民用航空局（CAAC）于2012年12月出臺(tái)了《航空公司運(yùn)行控制衛(wèi)星通信實(shí)施政策》，要求按照CCAR-121部實(shí)施載客運(yùn)行的航空承運(yùn)人在2017年底保證所有飛機(jī)都具備機(jī)載衛(wèi)星通信系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)運(yùn)行控制中心與每架飛機(jī)之間能夠在4分鐘內(nèi)建立及時(shí)、可靠的語音通信聯(lián)系，確保飛機(jī)的運(yùn)行安全。此政策的出臺(tái)，大大加快了航空公司加裝衛(wèi)星通信系統(tǒng)的步伐，我國民航也進(jìn)入了大規(guī)模使用衛(wèi)星通信的時(shí)期。

1民航衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類和特點(diǎn)

目前，國內(nèi)民航飛機(jī)主要安裝的衛(wèi)星通信有海事衛(wèi)星系統(tǒng)和銥星系統(tǒng)。前者占衛(wèi)星通信市場(chǎng)的75%，而后者在國內(nèi)的頻率使用上有一定限制，因此本文主要針對(duì)海事衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行分析。國內(nèi)民航飛機(jī)使用的衛(wèi)星通信服務(wù)的基本信息如表1所示。

1）L波段衛(wèi)星信號(hào)基于第3代和第4代海事衛(wèi)星，屬于使用過數(shù)十年的傳統(tǒng)成熟技術(shù)。雖然帶寬并不高，但其成熟可靠，久經(jīng)市場(chǎng)檢驗(yàn)，因此被國際民航組織（ICAO）和各國適航當(dāng)局批準(zhǔn)可用于駕駛艙應(yīng)急通信等安全服務(wù)。

2） Ku和Ka波段衛(wèi)星信號(hào)多基于近十年來新發(fā)射的衛(wèi)星，因技術(shù)較新且頻率資源更豐富，可提供更大的帶寬。非常適合對(duì)于帶寬需求量較大的后艙，近年來航空公司推出的萬米高空視頻直播、看春晚、能上網(wǎng)等活動(dòng)均使用此頻段的機(jī)載衛(wèi)星通信系統(tǒng)。此類技術(shù)起步較晚，尚需時(shí)日檢驗(yàn)和完善，因此目前并未被ICAO、FAA/EASA、OEM批準(zhǔn)用于前艙安全服務(wù)。

從表1提供的信息和上述兩點(diǎn)分析中不難看出，可用于前艙應(yīng)用的服務(wù)中，SBB帶寬最大?；赟BB的前艙應(yīng)用在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)具有較廣闊的應(yīng)用前景。

2 SB-S技術(shù)的應(yīng)用

2016年，國際海事衛(wèi)星組織提出了SwiftBroadband-Safety（ SB-S）的概念，即基于衛(wèi)星通信SBB功能的駕駛艙安全服務(wù)。該服務(wù)的特點(diǎn)是全球、高速、安全、IP連接。典型的基于SBB的前艙應(yīng)用如下。

1）基于IP的數(shù)字式語音通信

傳統(tǒng)機(jī)載衛(wèi)星通信系統(tǒng)均使用話音模式（模擬式）進(jìn)行通話，而通過SBB的IP通道可進(jìn)行數(shù)字式的語音信號(hào)傳輸。不僅大大提高了通話質(zhì)量，安全性和抗干擾能力也得到了大幅提升。另一方面，話音模式由運(yùn)營商按照通話分鐘數(shù)計(jì)費(fèi)，而數(shù)據(jù)模式則按照流量計(jì)費(fèi)，對(duì)于通話量大的用戶可以大幅度節(jié)省費(fèi)用支出（據(jù)某航統(tǒng)計(jì)可節(jié)省一半以上通話費(fèi)用）。

2）大幅提高報(bào)文收發(fā)速度

傳統(tǒng)ACARS系統(tǒng)使用Datalink對(duì)報(bào)文進(jìn)行收發(fā)，正常情況下使用甚高頻數(shù)據(jù)鏈（VDL）進(jìn)行傳輸，速度在30kbps左右;在沒有VHF地面站信號(hào)覆蓋（高原、偏遠(yuǎn)、跨洋、極地）的情況下，使用傳統(tǒng)Classic Aero衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸時(shí)速度只有l(wèi)Okbps左右，造成長(zhǎng)報(bào)文收發(fā)時(shí)間可能達(dá)到數(shù)分鐘的情況。而將ACARS系統(tǒng)與衛(wèi)星通信SBB通道相連，報(bào)文將以超400kbps的速度進(jìn)行傳輸，收發(fā)時(shí)間縮短至秒級(jí)，大大提升運(yùn)行效率。

3）飛行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸

馬航MH370失蹤后，在大洋區(qū)域無法找到黑匣子，始終無法確定事故原因。此后“Black Box ill the Cloud”的概念不斷被提及，此即為飛行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸。傳統(tǒng)的飛行數(shù)據(jù)查閱只能等到飛機(jī)落地后進(jìn)行譯碼調(diào)取，受限于普通通信方式的容量限制，不可能做到飛行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)下傳。但借助SBB功能的帶寬，將重要的飛行數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星通信實(shí)時(shí)發(fā)送到地面成為可能，也成為了運(yùn)行控制和飛行品質(zhì)監(jiān)控的重要補(bǔ)充手段。

4）電子飛行包數(shù)據(jù)更新

近年來國內(nèi)越來越多的航空公司配置電子飛行包（EFB），這些EFB都是飛機(jī)落地后通過地面網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行更新。同樣，通過SBB功能可以實(shí)現(xiàn)空中EFB數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)時(shí)更新飛行計(jì)劃、氣象云圖等內(nèi)容，甚至添加更多的APP應(yīng)用，使飛行員接收到更多準(zhǔn)確可靠的信息，提升飛行安全品質(zhì)。

3 SB-S技術(shù)在全球范圍內(nèi)的發(fā)展

航空衛(wèi)星通信系統(tǒng)與海上或地面移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)有明顯差異，如飛機(jī)高速運(yùn)動(dòng)引起的多普勒效應(yīng)比較嚴(yán)重，機(jī)載站高功率放大器的輸出功率和天線的增益受限。因此，在航空衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采取了許多技術(shù)措施。例如，采用相控陣天線，使天線自動(dòng)指向衛(wèi)星;采用前向糾錯(cuò)編碼、比特交織、頻率校正和增大天線仰角，以改善多普勒頻移的影響。目前全球僅有為數(shù)不多的廠家可以生產(chǎn)航空衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其新開發(fā)的設(shè)備均具備SBB功能，如表2所示。

目前在全球范圍內(nèi)，SB-S技術(shù)正在由多方推動(dòng)，在短期內(nèi)將會(huì)迎來一個(gè)大的發(fā)展。推動(dòng)方主要有：

1）設(shè)備供應(yīng)商

主流航電設(shè)備供應(yīng)商在其新開發(fā)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)上普遍支持SBB功能，滿足SB-S服務(wù)的硬件要求。新的硬件無論從重量、耗電、可靠性方面都比現(xiàn)有的Classic Aero產(chǎn)品有極大的改進(jìn)。

2）網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商

Inmarsat于2016年底發(fā)布SB-S發(fā)展趨勢(shì)白皮書，表明其通過自身強(qiáng)大衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)支持SB-S發(fā)展的決心。

3）飛機(jī)制造商

最新的空客A350和波音787等機(jī)型，線裝（ Line-fit）的衛(wèi)星通信設(shè)備已滿足SB-S的硬件要求，目前主流的波音737/777、空客A320/A330等機(jī)型，線裝和改裝的取證工作也已啟動(dòng)。以空客飛機(jī)為例，其SB-S解決方案稱之為“LightCockpit Satcom”，已開始在A320和A330上進(jìn)行設(shè)計(jì)取證，線裝和改裝方案的推出計(jì)劃是2018年下半年。

4）航空營運(yùn)人

SB-S最直接的受益者是航空營運(yùn)人，目前歐美一些航空公司已經(jīng)開始了SB-S的應(yīng)用。如美國夏威夷航空公司在其波音767-300機(jī)隊(duì)已經(jīng)通過STC方式加裝系統(tǒng)啟用了SB-S服務(wù)，并在實(shí)時(shí)位置報(bào)、與空管和簽派的快速聯(lián)系等方面取得了良好的效果，該公司更進(jìn)一步確定了在其未來的數(shù)十架A321Neo飛機(jī)上也加裝該系統(tǒng)。

4總結(jié)

SB-S作為近年來的新技術(shù)，伴隨著全球民航業(yè)高速發(fā)展走進(jìn)了更多人的視野，其本身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用擴(kuò)展前景將給民航通信和監(jiān)視系統(tǒng)帶來新的變革。今天，Space-Based通信技術(shù)可能只是Ground-Based數(shù)據(jù)連接的一個(gè)補(bǔ)充，但在未知的明天，前者可能會(huì)超越后者。SB-S在我國尚處于起步階段，目前的應(yīng)用還不充分，但其正在引起民航管理機(jī)構(gòu)和航空公司的重視。相信經(jīng)過未來幾年的發(fā)展，SB-S技術(shù)將更多的助推我國民航運(yùn)行效率和安全水平提升。

參考文獻(xiàn)

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[2] Inmarsat. SwiftBroadband-Safety：The Future ofAircraft Communications [Z].2016.