通用航空發(fā)展中的低空通信技術(shù)分析及應(yīng)用研究

戴紅良 李翱 卜麗娜

摘要：通用航空的低空通信受飛行器、地形地貌、天氣等多種因素影響較大，對(duì)在航空領(lǐng)域已經(jīng)使用的甚高頻通信、移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面無線通信等技術(shù)進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)分析基礎(chǔ)上，按照通用航空發(fā)展趨勢(shì)，提出了近階段國內(nèi)低空通信應(yīng)用的部署和實(shí)施建議。

關(guān)鍵詞：通用航空;低空;通信;應(yīng)用

1.概述

通用航空是指使用民用航空器從事公共航空運(yùn)輸以外的民用航空活動(dòng)，主要在1000m之間的低空飛行（山區(qū)、高原經(jīng)批準(zhǔn)后可適當(dāng)調(diào)整高度）。近年來，隨著我國低空飛行服務(wù)保障體系推進(jìn)建設(shè)，無人機(jī)物流、航空特色小鎮(zhèn)、低空飛行旅游等方面發(fā)展勢(shì)頭好，已形成“熱起來”局面，產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有巨大潛力。

低空通信是保障通用航空飛行安全的重要條件，也是實(shí)施低空空域管理和服務(wù)的基礎(chǔ)支撐。低空通信相關(guān)技術(shù)手段的合理使用配置、科學(xué)部署直接關(guān)系到我國低空空域管理配套建設(shè)的頂層規(guī)劃，對(duì)于合理開發(fā)、高效利用低空空域資源和維護(hù)空防安全具有重要的意義。

2.通用航空低空通信技術(shù)分析

2.1通用航空低空通信的特點(diǎn)及需求

早在航空發(fā)展初期，無線電通信技術(shù)就被用于航空器與地面之間通信聯(lián)系。目前，航空領(lǐng)域逐步形成了由多種無線電通信技術(shù)構(gòu)成的復(fù)雜的通信系統(tǒng)。與民航領(lǐng)域基本處于高空通信，通用航空低空通信有著非常顯著的自身特點(diǎn)：

1.低空空域通信受地理環(huán)境影響大，如山林、丘陵、胡泊、河流、高大建筑物等，低空通信的連續(xù)覆蓋困難。受無線電通信傳播特性影響，單一地面臺(tái)站的覆蓋范圍與天線架設(shè)高度、航空器飛行高度、地形地貌環(huán)境密切相關(guān)，并且具有隨高度降低而逐步減小的特點(diǎn)。

2.在低空空域內(nèi)，現(xiàn)有授權(quán)頻段上用戶多，對(duì)空電臺(tái)、預(yù)警雷達(dá)、二次雷達(dá)、塔康、測(cè)距系統(tǒng)、敵我識(shí)別系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈等均在低空發(fā)射無線電信號(hào)，低空電磁環(huán)境復(fù)雜，各種低空電磁信號(hào)存在互相干擾，通信效率容易受到影響。

3.通航用戶對(duì)設(shè)備和使用價(jià)格敏感，低空通信與監(jiān)視系統(tǒng)技術(shù)體制選擇、設(shè)備選型，必須充分考慮通航用戶的實(shí)際承受能力。

因此，低空通信系統(tǒng)的選擇，需要在深入分析不同各類通信技術(shù)的特點(diǎn)基礎(chǔ)上，依據(jù)的不同應(yīng)用范圍、對(duì)傳輸質(zhì)量要求、頻率資源和電磁環(huán)境等多種因素，采用適當(dāng)?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)。

2.2通用航空低空通信技術(shù)分析

目前，適合低空通信的主要手段包括航空甚高頻通信、地面移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面無線通信等技術(shù)。

1.甚高頻通信（VHF）：甚高頻地面電臺(tái)和機(jī)載電臺(tái)是目前空管保障的標(biāo)準(zhǔn)配置設(shè)備，適用于視距范圍內(nèi)的地空通信，技術(shù)成熟，信號(hào)較清晰，受外界干擾小。但現(xiàn)有軍民航甚高頻電臺(tái)只覆蓋航路航線和中高空空域，在低空空域應(yīng)用需新建覆蓋低空空域的地面甚高頻對(duì)空臺(tái)網(wǎng)。

2.低空移動(dòng)通信：現(xiàn)有地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的主要是4G＼5G通信網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍廣，已成為成熟、穩(wěn)定、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)。從低空通信實(shí)踐來看，4G＼5G通信網(wǎng)絡(luò)能基本覆蓋400 m以下空域，適用于速度不高（150km/h以下）的航空器。

3.衛(wèi)星通信：衛(wèi)星通信具有覆蓋范圍廣、不受地理?xiàng)l件限制、使用靈活、信道穩(wěn)定、通信質(zhì)量好等特點(diǎn)，國內(nèi)正在使用或準(zhǔn)備使用的商用衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)都是由國外運(yùn)營(yíng)商提供的服務(wù)，如海事衛(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。衛(wèi)星通信的設(shè)備和使用成本高，比較適合高端航空器使用。

4.北斗短報(bào)文通信：該功能依賴北斗卡（類似手機(jī)SIM卡）實(shí)現(xiàn)，這使得北斗系統(tǒng)可以不借助其他通信網(wǎng)絡(luò)情況下，方便對(duì)用戶進(jìn)行監(jiān)控指揮和調(diào)度。北斗短報(bào)文通信優(yōu)點(diǎn)是自主可控、兼容導(dǎo)航功能、使用成本較低，缺點(diǎn)是通信能力較弱，民用級(jí)僅能單次傳送40-60個(gè)漢字的短消息，服務(wù)頻度默認(rèn)60s。

5.機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面無線通信（AeroMACS）：該系統(tǒng)是一種基于IEEE802.16協(xié)議的安全無線寬帶通信系統(tǒng)，使用航路服務(wù)系統(tǒng)頻段中的5091～5150MHz專屬頻段，不僅能夠用于飛機(jī)對(duì)地接入和機(jī)場(chǎng)各種管理系統(tǒng)，還可以實(shí)現(xiàn)新一代空中交通管理對(duì)機(jī)場(chǎng)移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)通信的需求。

3.結(jié)論和建議

3.1結(jié)論

目前，VHF語音通信技術(shù)成熟，目前已廣泛應(yīng)用于民航地空通信，設(shè)備覆蓋范圍較廣，設(shè)備成熟且價(jià)格合理，比較適合用于低空通信。移動(dòng)通信技術(shù)更新?lián)Q代快，4G受地形限制較大，易受山區(qū)高樓等地形影響通信質(zhì)量，5G基站布設(shè)難度大，成本高，布設(shè)完成后耗能高，目前不能適用于野外大規(guī)模布設(shè)基站。北斗短報(bào)文技術(shù)有著不受地形限制，隨時(shí)進(jìn)行溝通的優(yōu)點(diǎn)，但北斗短報(bào)文通信只能進(jìn)行文字信息輸送，且有著字?jǐn)?shù)限制，無法進(jìn)行地空語音通話，需要配合其他設(shè)備進(jìn)行組合通信才能達(dá)到方便管理的目的。衛(wèi)星通信技術(shù)優(yōu)點(diǎn)明顯，但目前民用軍用較多，C波段和Ku波段業(yè)務(wù)繁忙，無法大規(guī)模應(yīng)用于低空語音通信;AeroMACS技術(shù)先進(jìn)，信息傳遞效率高，但技術(shù)仍然處于驗(yàn)證開發(fā)階段，有待進(jìn)一步驗(yàn)證開發(fā)，才能應(yīng)用于低空語音通信，短期內(nèi)無法應(yīng)用于低空語音通信。

通過以上分析，本文認(rèn)為：VHF語音通信技術(shù)成熟，目前已廣泛應(yīng)用于民航地空通信，設(shè)備覆蓋范圍較廣，設(shè)備成熟且價(jià)格合理，現(xiàn)階段適合廣泛運(yùn)用于低空通信。而移動(dòng)通信技術(shù)、北斗短報(bào)文技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)、AeroMACS技術(shù)較為先進(jìn)，但仍然處于驗(yàn)證開發(fā)階段，暫時(shí)未應(yīng)用于低空通信。但隨著北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)在我國不斷推廣應(yīng)用，基于北斗系統(tǒng)的低空通信技術(shù)會(huì)有較大發(fā)展空間，會(huì)逐步替代VHF通信成為主流應(yīng)用技術(shù)。

3.2建議

綜合分析各類低空通信技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，提出如下建議：

1.近期（2021-2023年）：在通用航空航線及重點(diǎn)發(fā)展城市之間，建議布局建設(shè)若干VHF系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)900米低空通信的有效覆蓋，為通用航空安全便捷飛行數(shù)據(jù)通信保障服務(wù)。

2.中期（2024年以后）：全國范圍內(nèi)，積極開展基于“北斗+AeroMACS”低空通用航空器通信覆蓋驗(yàn)證，為通用航空自主飛行提供無盲區(qū)通信的保障手段，確保通用航空“叫得到、管得住”。

參考文獻(xiàn)：

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項(xiàng)目來源：浙江省交通運(yùn)輸廳科技計(jì)劃項(xiàng)目（2020054）