“北斗”在我國(guó)民用航空的發(fā)展和應(yīng)用

溫莉

摘? 要：“北斗”是我國(guó)自主研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，該技術(shù)對(duì)于民用航空發(fā)展有著重要意義，或成為未來(lái)航空系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分。但我國(guó)目前有關(guān)“北斗”在民用航空中的研究較少，缺少足夠的理論數(shù)據(jù)支撐?；诖?，筆者通過(guò)查閱文獻(xiàn)，結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)，在下文中對(duì)“北斗”在我國(guó)民用航空的應(yīng)用進(jìn)行了詳盡論述。

關(guān)鍵詞：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng);衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù);民用航空

中圖分類號(hào)：V249.32? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）25-0167-02

Abstract： "Beidou" is a satellite navigation system independently developed in China. This technology is of great significance to the development of civil aviation， or becomes an important part of the future aviation system. However， at present， there are few studies on "Beidou" in civil aviation in China， and there is a lack of sufficient theoretical data to support it. Based on this， the author makes a detailed discussion on the application of "Beidou" in China's civil aviation by consulting the literature and referring to his own experience.

Keywords： Beidou Satellite Navigation System; Satellite Navigation Technology; Civil Aviation

時(shí)代的發(fā)展、技術(shù)的變革帶動(dòng)了民用航空的發(fā)展，目前全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在民航界的應(yīng)用廣泛，是為支撐民航發(fā)展的核心要素。起源于美國(guó)軍方的GPS技術(shù)，憑借其成熟的優(yōu)勢(shì)，對(duì)民航界造成了深遠(yuǎn)的影響。而探究我國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，不僅僅是技術(shù)獨(dú)立的需要，同時(shí)也是進(jìn)一步提高我國(guó)民航安全性、靈活性的現(xiàn)實(shí)需求。

1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概述

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）是我國(guó)獨(dú)立自主研發(fā)的系統(tǒng)，自上世紀(jì)八十年代起，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)經(jīng)過(guò)三代研發(fā)，截止2018年年底，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全球性的導(dǎo)航服務(wù)，在軌工作的衛(wèi)星共計(jì)33顆，服務(wù)定位精度可達(dá)10m，測(cè)速精度最快為0.2m/s，在亞太地區(qū)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)較為明顯。

1.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的構(gòu)成

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)大致可分為空間、地面、用戶三個(gè)構(gòu)成部分，空間段主要由衛(wèi)星構(gòu)成，截至2018年12月，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段包含地球靜止軌道衛(wèi)星5顆、中圓地球軌道衛(wèi)星21顆、傾斜地球同步軌道衛(wèi)星7顆;地面段主要由地面監(jiān)測(cè)、地面控制、注入站構(gòu)成，地面監(jiān)測(cè)負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)，地面控制則負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)地面控制工作，負(fù)責(zé)處理監(jiān)測(cè)站所搜集的數(shù)據(jù)，注入站負(fù)責(zé)通訊、天線，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星間的數(shù)據(jù)傳輸;用戶端主要是指北斗衛(wèi)星信號(hào)接收終端，本文主要涉及到航天導(dǎo)航接收終端[1]。

1.2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的原理

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是繼GPS、GLONASS、GALILEO之后又一成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無(wú)源定位、有源定位、測(cè)距三維導(dǎo)航、三球交匯定位。舉個(gè)例子，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可在三點(diǎn)位置坐標(biāo)確定的情況下，根據(jù)三點(diǎn)到第四點(diǎn)的距離，判斷出第四點(diǎn)的空間位置（技術(shù)原理可見(jiàn)圖1）[2]。

地面用戶端可向兩個(gè)導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)出定位申請(qǐng)，然后地面控制站發(fā)出距離測(cè)量質(zhì)量，根據(jù)無(wú)線電傳輸時(shí)間特性，得出衛(wèi)星、用戶端之間的距離，地面控制站結(jié)合地球球心到地面各點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)，結(jié)合信號(hào)判斷用戶端所處位置，利用上述“三球交匯”原理實(shí)現(xiàn)有源定位;和有源定位不同，無(wú)源定位技術(shù)需要同時(shí)通過(guò)四個(gè)衛(wèi)星所發(fā)出的信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，結(jié)合距離數(shù)據(jù)、時(shí)間數(shù)據(jù)，根據(jù)“三球交匯”原理，用戶終端就可獲取空間位置信息[3]。

2 民航界應(yīng)用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的迫切需求——以ADS-B為例

ADS-B是一種基于北斗衛(wèi)星定位技術(shù)的新型航空監(jiān)視技術(shù)，ADS-B呈現(xiàn)出全時(shí)性、自動(dòng)化等特征，結(jié)合北斗衛(wèi)星定位技術(shù)高精度的特點(diǎn)，可提供航空位置、飛行高度、飛行速度等等數(shù)據(jù)信息。在2010年民航局發(fā)布的《中國(guó)民航監(jiān)視技術(shù)應(yīng)用政策》中，強(qiáng)調(diào)了ADS-B在民用航空中的重要性[4]。近幾年，民航界對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)注越來(lái)越廣泛、深入，其主要原因就是因?yàn)锳DS-B過(guò)于依賴GPS技術(shù)，安全性、可靠性、穩(wěn)定性均存在一定的問(wèn)題，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)作為我國(guó)獨(dú)立自主研發(fā)的技術(shù)，在國(guó)家安全、可靠性方面有著卓著的優(yōu)勢(shì)。從目前我國(guó)民航界ADS-B的情況出發(fā)，結(jié)合北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢(shì)，可考慮構(gòu)建以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以民航公司、ADS-B地面站、飛行服務(wù)站為輔助的新型ADS-B系統(tǒng)[5]。

考慮到我國(guó)民航事業(yè)起步時(shí)間相對(duì)比較晚，缺少可靠的技術(shù)支撐，尤其是航空管理設(shè)備，國(guó)外進(jìn)口占比較大，技術(shù)發(fā)展模式、管理模式仍舊以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)來(lái)構(gòu)建，許多地方需要結(jié)合我國(guó)民航實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化[6]。而“北斗”科技項(xiàng)目的推進(jìn)、發(fā)展，以及其在“一帶一路”中的應(yīng)用成效，就為民航界發(fā)展指出了新的道路，在這樣的背景下需要審時(shí)度勢(shì)、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)才能開創(chuàng)出我國(guó)民航界發(fā)展新態(tài)勢(shì)。另外，我國(guó)民航在發(fā)展初始，受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)條件的顯著，民航主要依托于航空地圖來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航，后隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，技術(shù)的引進(jìn)，民航導(dǎo)航系統(tǒng)才逐步趨于完善。但是我國(guó)地域遼闊，許多趨于機(jī)場(chǎng)存在地形復(fù)雜、海拔高等情況，為應(yīng)對(duì)當(dāng)下航空運(yùn)輸快速發(fā)展的需求，解決GPS技術(shù)存在的安全隱性問(wèn)題，北斗航空技術(shù)的應(yīng)用就顯得更為迫切[7]。

3 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在民航界中的應(yīng)用

3.1 陸基區(qū)域?qū)Ш降淖兏?/p>

區(qū)域?qū)Ш皆诿窈浇?，最初被定義為“在地面導(dǎo)航設(shè)施的覆蓋范圍內(nèi)，在機(jī)載自主導(dǎo)航系統(tǒng)的有效范圍內(nèi)或者在兩個(gè)因素的有機(jī)結(jié)合下，飛機(jī)根據(jù)所需航線所采用的一種經(jīng)濟(jì)、靈活的導(dǎo)航方法”。在這一定義下，制定了我國(guó)民航界現(xiàn)階段的RNAV，但是有關(guān)地面導(dǎo)航臺(tái)的建設(shè)仍舊存在一定的問(wèn)題，受到基礎(chǔ)建設(shè)所制約。而北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用，就在根本上解決了該問(wèn)題，讓航空器導(dǎo)航方式呈現(xiàn)出較強(qiáng)的靈活性。在區(qū)域?qū)Ш诫A段，航空器可依托于飛行管理計(jì)算機(jī)以及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，通過(guò)二者的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)間的最短距離飛行。

3.2 飛機(jī)進(jìn)離場(chǎng)的精密導(dǎo)航

結(jié)合北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，采用高新飛行計(jì)算機(jī)以及新型計(jì)算程序，航空器能夠根據(jù)機(jī)載導(dǎo)航終端的引導(dǎo)，進(jìn)入正確的航線（在民航界目前使用的航空系統(tǒng)中，該航線被稱之為“內(nèi)外隧道”，外隧道是指安全飛行的界限，內(nèi)隧道是指正常的航行范圍）。相較于傳統(tǒng)的導(dǎo)航技術(shù)，結(jié)合北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的精密導(dǎo)航RNP，飛機(jī)不再受制于地面導(dǎo)航設(shè)施，便能夠?qū)崿F(xiàn)精細(xì)化的進(jìn)場(chǎng)、離場(chǎng)，且在雨天等能見(jiàn)度較差的天氣，可實(shí)現(xiàn)精確、安全的著陸，對(duì)于飛行安全性、精確性的提升有著至關(guān)重要的意義。即便是在地形復(fù)雜、氣候復(fù)雜的機(jī)場(chǎng)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航結(jié)合精密導(dǎo)航RNP仍舊呈現(xiàn)出較高的安全性，這對(duì)于我國(guó)西部、西南部、西北部地區(qū)機(jī)場(chǎng)的正常進(jìn)場(chǎng)、離場(chǎng)意義重大，航班延誤、返航等等問(wèn)題的發(fā)生概率可得到有效降低。

3.3 進(jìn)近著陸系統(tǒng)的優(yōu)化

進(jìn)近著陸系統(tǒng)是目前我國(guó)民用機(jī)場(chǎng)飛機(jī)接近、著陸所依靠的重要技術(shù)，隨著民航事業(yè)的逐步發(fā)展，民航飛行次數(shù)、載客量的逐步提升，進(jìn)近著陸系統(tǒng)存在的問(wèn)題越發(fā)突出，而以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)為技術(shù)的精密化進(jìn)近著陸系統(tǒng)，能夠有效解決該現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。精密化進(jìn)近著陸系統(tǒng)包含飛行引導(dǎo)、著陸引導(dǎo)、精密導(dǎo)航定位三個(gè)方面的功能，在北斗衛(wèi)星系統(tǒng)精密化定位信息的支持下，精密進(jìn)近著陸系統(tǒng)能夠滿足民航一系列的精密航行、進(jìn)近需求，并提供垂直偏差、水平偏差等輔助數(shù)據(jù)。而對(duì)于傳統(tǒng)的進(jìn)近著陸系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，同一等級(jí)的進(jìn)近程序只能對(duì)應(yīng)同一個(gè)跑道，而精密進(jìn)近著陸系統(tǒng)，多個(gè)同等級(jí)的進(jìn)近程序皆能夠?qū)?yīng)同一個(gè)儀表跑道，這對(duì)于大多數(shù)的民航機(jī)場(chǎng)來(lái)說(shuō)，精密進(jìn)近著陸系統(tǒng)能夠帶來(lái)更高的導(dǎo)航效率，提供更為全面的導(dǎo)航技術(shù)服務(wù)[8]。

另外，相較于傳統(tǒng)的ILS，以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)為基礎(chǔ)的精密進(jìn)近著陸系統(tǒng)以及地基增強(qiáng)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)更為明顯，一方面是精密進(jìn)近著陸系統(tǒng)提供的進(jìn)近數(shù)據(jù)更為精準(zhǔn)，進(jìn)近數(shù)據(jù)能夠根據(jù)實(shí)際需求，靈活的定義航行軌跡;另一方面，其靈活性、實(shí)用性更強(qiáng)，在部分傳統(tǒng)進(jìn)近系統(tǒng)應(yīng)用較為困難的機(jī)場(chǎng)，精密進(jìn)近著陸系統(tǒng)因支持曲線化進(jìn)近，所以可根據(jù)不同的情況來(lái)調(diào)整進(jìn)近程序。

4 國(guó)際全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用發(fā)展的啟示

隨著航空事業(yè)的不斷發(fā)展以及各行業(yè)對(duì)于定位技術(shù)需求量的上升，國(guó)際空間軌道、空間頻率呈現(xiàn)出“趨緊”的態(tài)勢(shì)，因?yàn)殡姴ㄔ诖髿鈱又袀鞑ゴ嬖谝欢ǖ摹皳p耗”現(xiàn)象，而GLONASS、GPS、GALILEO已經(jīng)占用了空間軌道中的“優(yōu)良資源”，但是由于歐洲經(jīng)濟(jì)體的劣化發(fā)展以及歐盟內(nèi)部政治體制的影響，導(dǎo)致其衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的進(jìn)一步構(gòu)建、完善逐步推遲。在這樣的背景下，我國(guó)亟需加快北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的步伐，根據(jù)民航事業(yè)發(fā)展的實(shí)際需求，參考美國(guó)GPS技術(shù)發(fā)展的前車之鑒，加強(qiáng)對(duì)技術(shù)完好性的設(shè)計(jì)，通過(guò)進(jìn)一步加強(qiáng)基礎(chǔ)建設(shè)來(lái)強(qiáng)化衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的適用性、實(shí)用性。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在民航界的應(yīng)用并非是一個(gè)一蹴而就的過(guò)程，盡管目前已經(jīng)有了一定的成果，但是仍舊需要不斷的探究、完善。相關(guān)技術(shù)工作者、學(xué)者亟需加強(qiáng)對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的探究，為民航界的進(jìn)一步發(fā)展提供可靠的技術(shù)支撐。

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