淺談導(dǎo)航技術(shù)在低空空域航空器管理上的應(yīng)用

陶禹州

摘要：近些年，隨著我國經(jīng)濟快速增長，科學(xué)技術(shù)不斷提升，綜合國力迅速增強，我國通航業(yè)務(wù)和無人機產(chǎn)業(yè)進入了快速發(fā)展階段。無人機在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，以及通用航空產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，對空域的需求與日俱增，與此同時，民航飛行流量和軍航飛行訓(xùn)練用空范圍的不斷擴大，空域使用對象日趨多元，難以做到在雷達(dá)環(huán)境下完全監(jiān)控、管制，尤其對低空空域的使用管理帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)航技術(shù);管理;應(yīng)用

目前，現(xiàn)有的低空空域管理機制和手段已經(jīng)很難適應(yīng)航空事業(yè)發(fā)展對低空空域的使用要求，除進行必要的空域結(jié)構(gòu)調(diào)整、管理機制的改革外，充分利用新技術(shù)、新裝備解決低空空域管理面臨的問題，是提高低空空域的管理和使用水平的主要方法手段，其中先進導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用是航空器管理的重要技術(shù)手段，也是確保低空空域航空器飛行安全，防止航空器之間，航空器與地面障礙物相撞的關(guān)鍵要素。

一、傳統(tǒng)導(dǎo)航技術(shù)概況

現(xiàn)階段的導(dǎo)航方式多是以無線電導(dǎo)航為主，它具有全時段、全天候、定位精度高，位置信息更新快等特點，基本可以滿足用戶在復(fù)雜氣象條件下導(dǎo)航定位需求。因此，無線電導(dǎo)航是當(dāng)前復(fù)雜氣象條件下和地面情況不明、高空遠(yuǎn)航條件下一種不可或缺的導(dǎo)航方法，是目前保證飛機在復(fù)雜氣象條件下按儀表飛行規(guī)則（IFR）飛行的主要手段。但無線電導(dǎo)航也存在明顯弊端。

（一）無線電抗干擾性差。無線電導(dǎo)航系統(tǒng)的信道是無線電波，這就決定了無論是用戶還是導(dǎo)航臺必須以輻射無線電波的方式才能獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)和信息，而隨著頻譜管控，電子對抗領(lǐng)域的快速發(fā)展，各頻段的無線電波都能夠輕松的被截獲和干擾，在軍事領(lǐng)域就會帶來極大的安全隱患，我方的無人機信號就存在被敵人截獲偵破的風(fēng)險，這樣的情況是真實存在的，在2011年的時候，伊朗就在跟阿富汗接壤的地區(qū)，捕獲了美軍的RQ170隱身無人偵察機，2018年時，伊朗再次侵入無人機的控制系統(tǒng)，捕獲美軍一架死神無人機。盡管不能確定伊朗是否通過截獲導(dǎo)航信號誘捕美軍無人機，但可以肯定的是，一旦無人機等無人裝備接收到欺騙的導(dǎo)航信號，就存在無人飛機或是無人裝備叛變投敵的風(fēng)險。

（二）無線電使用局限性大。只要是非自主導(dǎo)航系統(tǒng)，無論是以路基為基礎(chǔ)，還是海基，空基、甚至星基為基礎(chǔ)，都需要導(dǎo)航臺站處理提供導(dǎo)航信息來給予用戶支持，這就限制了導(dǎo)航的服務(wù)范圍，首先如果用戶不在“服務(wù)區(qū)”內(nèi)，導(dǎo)航服務(wù)就難以進行，當(dāng)需要擴大服務(wù)范圍時，就必須相應(yīng)的增加導(dǎo)航臺站的數(shù)量。增加導(dǎo)航臺站，一方面要面臨增加成本、人工的問題，另一方面還會帶來安全上的風(fēng)險，導(dǎo)航臺站多是固定輻射源，且信號強度輻射范圍多能達(dá)到200-300公里，極易暴露目標(biāo)，成為對方反輻射導(dǎo)彈打擊的重點對象。并且隨著城市面積的擴大，電信業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，目前導(dǎo)航臺站還存在選址困難的問題，導(dǎo)航頻段易受干擾，導(dǎo)航信號受到城市高樓，山脈丘陵的限制，服務(wù)范圍受限。另外，導(dǎo)航臺站一旦失效，機載導(dǎo)航設(shè)備便無法使用，這在戰(zhàn)時都是極其致命的，且依賴程度極高;地面站多數(shù)雖可以遙控，但仍需要定期進行維護，無形中增加了人工成本與風(fēng)險。例如俄制近程導(dǎo)航系統(tǒng)由于工作頻段與手機信號頻段相互重疊，作用范圍便嚴(yán)重縮水;國內(nèi)也經(jīng)常報道高大建筑阻礙導(dǎo)航信號影響飛行安全被迫拆除的新聞。

二、新型導(dǎo)航技術(shù)在航空器管理上的應(yīng)用

目前通航產(chǎn)業(yè)和無人機的發(fā)展對航空器的管理帶來了極大的挑戰(zhàn)，尤其在低空空域，航空器飛行沖突越發(fā)凸顯，主要表現(xiàn)在高大建筑影響無人機信號傳輸，造成無人機失聯(lián)亂飛;山谷丘陵等地形干擾無法及時為小型飛機提供情報服務(wù)，黑飛問題層出不窮，這種“看不到、叫不到”的情況嚴(yán)重影響飛行安全，同時也極大的限制了低空空域的開放與使用，甚至嚴(yán)重威脅國家空防安全。

造成這些問題的主要原因，一方面是制度監(jiān)管上存在漏洞，而另一方面更多的是技術(shù)層面的不足，有方向性天線輻射電波與地面存在夾角，限制了服務(wù)的區(qū)域與范圍，無方向性天線又無法提供準(zhǔn)確的距離位置信息。隨著導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，慣性導(dǎo)航，GPS（全球定位系統(tǒng)），SLAM（同時定位與地圖構(gòu)建），北斗導(dǎo)航等技術(shù)的日趨成熟與完善，新的導(dǎo)航技術(shù)為傳統(tǒng)導(dǎo)航技術(shù)難以覆蓋的地區(qū)和空域，能夠全面提供導(dǎo)航監(jiān)視，同時對低空空域的管理上提供了新的思路和方法。

（一）慣性導(dǎo)航和SLAM等自主導(dǎo)航方式的應(yīng)用。裝有多傳感器融合的無人機，可以實時采集無人機周圍環(huán)境信息、自身姿態(tài)信息，然后通過這些信息深度融合，構(gòu)建出周圍障礙物、航空器等飛行環(huán)境深度地圖，從而規(guī)劃飛行路徑，自主避讓，自主導(dǎo)航，實現(xiàn)無人機管理的自主智能化。而自主導(dǎo)航雖然存在長時間使用會出現(xiàn)精度漂移的問題，但在短時間內(nèi)可以有效滿足復(fù)雜條件下的導(dǎo)航需求，如果能與非自主導(dǎo)航方式有效結(jié)合，形成以自主導(dǎo)航為主，非自住導(dǎo)航方式為輔，多種位置信息修正精度漂移的導(dǎo)航方式，就可以極大提高導(dǎo)航精度。

（二）自主導(dǎo)航與GPS、北斗等定位導(dǎo)航融合的應(yīng)用。能夠自主導(dǎo)航的航空器，再通過精確的定位導(dǎo)航規(guī)劃處理飛行路徑，實現(xiàn)各個航空器之間動態(tài)飛行路徑和周圍環(huán)境實時共享，有效的防止了航空器之間，以及與障礙物的相撞，擺脫了地面導(dǎo)航臺，信號站的束縛。目前大疆、億航等品牌就已經(jīng)完成在失去人為干預(yù)條件下自主完成避障，根據(jù)前期空域的柵格劃分，始終保持在安全空域，利用視覺智能識別有效防止相撞。同時在軍事領(lǐng)域，可以極大降低成本，有效減少對導(dǎo)航臺站、衛(wèi)星的依賴，削減了建設(shè)臺站、衛(wèi)星發(fā)射的費用;減少因電磁信號暴露帶來的風(fēng)險，有效擺脫對美國GPS信號的依賴。而配合我國自己的北斗導(dǎo)航技術(shù)，就可以實現(xiàn)在山谷、低空、敵后復(fù)雜環(huán)境和條件下的設(shè)備導(dǎo)航和地圖信息的采集構(gòu)建，為低空空域航空器管理提供非常安全可靠的管理手段，確保了航空器的飛行安全。