民用航空衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用對發(fā)展北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的啟示分析

孫釬釩 ，王行思 ，邢思棋

（1．中國衛(wèi)星導(dǎo)航定位應(yīng)用管理中心，北京 100000；2．天津市南開區(qū)人民檢察院，天津 300000）

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最早于1994年在我國出現(xiàn)，同年我國正式啟動了其建設(shè)工作，此系統(tǒng)被命名為“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)”，經(jīng)過了小十年的研究試驗(yàn)，2003年將其正式投入了使用，讓我國成為世界上第三個(gè)擁有獨(dú)立衛(wèi)星導(dǎo)航的國家[1]。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，作為全球第三個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航程序，旨在以較高獨(dú)立性、融合先進(jìn)性工藝、功能開放性的導(dǎo)航技術(shù)，為各國家用戶提供精準(zhǔn)導(dǎo)航信息，提升國內(nèi)導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)運(yùn)行能力，發(fā)揮北斗技術(shù)的積極作用。北斗系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用，能夠?yàn)橛脩籼峁﹦討B(tài)化定位服務(wù)，信息準(zhǔn)確性控制在1米內(nèi)，3秒內(nèi)完成路線規(guī)劃[2]。

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)是一種獨(dú)立運(yùn)行的全球性衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，同時(shí)也是我國自主研發(fā)的第一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。在全世界發(fā)達(dá)國家中，繼美國的GPS、俄國的格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS）之后，我國是第三個(gè)研究出成熟衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。我國北斗系統(tǒng)建設(shè)工作的主要目的是建立出一個(gè)能夠自主運(yùn)作，并且包含先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用開放式的兼容模式，為我國乃至全球用戶提供安全可靠的導(dǎo)航服務(wù)工作，并且滿足導(dǎo)航服務(wù)的準(zhǔn)確性特點(diǎn)。北斗系統(tǒng)由空間端、地面端、用戶端三部分組成，結(jié)合在一起為用戶提供全天候的導(dǎo)航服務(wù)。利用北斗系統(tǒng)進(jìn)行定位時(shí)，準(zhǔn)確度存在不超過兩米的誤差，整體定位速度較快，幾秒內(nèi)就能形成道路的規(guī)劃路線圖，方便用戶的使用，確保整體服務(wù)質(zhì)量。此系統(tǒng)還具備通信能力，即使在字?jǐn)?shù)傳達(dá)上有一定限制，一次性最多也可傳遞出一百個(gè)漢字信息[3]。

我國現(xiàn)如今北斗系統(tǒng)的發(fā)展工作需要遵循三個(gè)原則：先試驗(yàn)、后區(qū)域、再全球。2000年底，我國研究出了北斗一號系統(tǒng)，向中國提供服務(wù)；隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的激增，北斗二號系統(tǒng)于2012年底成功建成，此系統(tǒng)在一定程度上提高了定位范圍，加強(qiáng)了技術(shù)方面的融合工作，所以可以向整個(gè)亞太地區(qū)提供服務(wù)。我國相關(guān)研究人員表示，2020年已建成北斗三號全球系統(tǒng)，目標(biāo)向全球客戶提供整體服務(wù)，拓寬我國北斗系統(tǒng)發(fā)展路徑，滿足客戶對衛(wèi)星定位的需求。我國北斗系統(tǒng)從使用開始，總定位次數(shù)在十二億以上，服務(wù)人群數(shù)量逐漸龐大，不斷為更多的客戶提供高質(zhì)量的服務(wù)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，為客戶提供短信服務(wù)的次數(shù)在六十億次左右，雙向的服務(wù)次數(shù)大概在九千萬次以內(nèi)。截止至2016年，北斗系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量逐漸提高，并且每年使用定位系統(tǒng)的用戶數(shù)不斷上升。經(jīng)過了一系列數(shù)據(jù)的整合，我們總結(jié)得出，整年內(nèi)注冊該系統(tǒng)的用戶大概在七萬人左右。隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，相關(guān)研究人員表明，我國還會再次發(fā)射八顆北斗三號衛(wèi)星，以增強(qiáng)通信和搜救功能的建設(shè)力度，為全球用戶提供服務(wù)，而激光通信的增強(qiáng)提高了整體建設(shè)性能，進(jìn)一步深化了國際合作。

2.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航民用航空領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)屬于后發(fā)展產(chǎn)業(yè)，前期一直被美國GPS系統(tǒng)所占用，而該系統(tǒng)占據(jù)我國民用市場主導(dǎo)地位，飛速發(fā)展的北斗系統(tǒng)不但大力提高了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航效能，也從根本上體現(xiàn)了我國整體國力水平不斷提升，讓其成為保障我國國家安全的強(qiáng)有力武器。此項(xiàng)建設(shè)工作已廣泛進(jìn)入中國大眾消費(fèi)、共享經(jīng)濟(jì)和民生領(lǐng)域[4]，帶動我國居民整體生活水平穩(wěn)定提升。

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用在我國交通運(yùn)輸領(lǐng)域，建立了相應(yīng)的運(yùn)輸監(jiān)控平臺，用于對全國重點(diǎn)運(yùn)輸車輛進(jìn)行監(jiān)控。相關(guān)運(yùn)輸車輛車主需在車內(nèi)安裝北斗系統(tǒng)終端，對自身車輛進(jìn)行監(jiān)控工作。終端可以為車主提供六種基礎(chǔ)服務(wù)：監(jiān)管、導(dǎo)航、定位、通信、授時(shí)、短報(bào)文服務(wù)。交通運(yùn)輸領(lǐng)域應(yīng)用了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)之后，相繼出臺了各類監(jiān)管規(guī)定，提高了北斗系統(tǒng)終端安裝效率和質(zhì)量，并且未安裝此項(xiàng)設(shè)備的特殊車輛不允許發(fā)放相應(yīng)的道路運(yùn)輸證件，此舉提高了道路運(yùn)輸工作的監(jiān)管力度，確保了交通運(yùn)輸?shù)陌踩阅堋?/p>

北斗系統(tǒng)提供服務(wù)以來，在救災(zāi)減災(zāi)等突發(fā)狀況中占據(jù)重要地位。突遇險(xiǎn)情時(shí)，北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)發(fā)揮出的作用效果要遠(yuǎn)超其他國家此類設(shè)備。在我國2008年的汶川地震中，第一顆衛(wèi)星定位是我國北斗系統(tǒng)發(fā)出的。它針對災(zāi)情的實(shí)際情況作出信息內(nèi)容的傳遞，提高救援人員獲得一手信息的速度，精準(zhǔn)排查被困人員地理位置，縮小搜救區(qū)域。2010年的玉樹地震，救援隊(duì)伍更是利用北斗軟件系統(tǒng)自帶定位功能的超強(qiáng)定位能力，節(jié)省大量人力物力，成功解救出上千人次，加快發(fā)現(xiàn)傷員的速度，確保搜救工作的質(zhì)量。

北斗系統(tǒng)還在航空航天領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，比如說我國神七返回著陸時(shí)，北斗系統(tǒng)利用其監(jiān)視技術(shù)，準(zhǔn)確定位宇航員的位置，在定位的過程中通過持續(xù)接收衛(wèi)星信號，實(shí)時(shí)更新位置坐標(biāo)，加強(qiáng)可能營救的及時(shí)性，為成功返航提供有力保障。

除此之外，北斗系統(tǒng)還在多個(gè)行業(yè)提供服務(wù)，比如農(nóng)林水利、測繪勘探、氣象觀測、電力系統(tǒng)等。在出行規(guī)劃方面，北斗系統(tǒng)融入到智能手機(jī)當(dāng)中，與智能手機(jī)中的地圖軟件相結(jié)合，客戶在使用地圖軟件時(shí)能夠隨著自身移動實(shí)時(shí)評估當(dāng)前位置與目標(biāo)地點(diǎn)差距；在氣象觀測方面，北斗系統(tǒng)能夠有效提高預(yù)報(bào)數(shù)值精準(zhǔn)度，二十四小時(shí)內(nèi)，預(yù)測的準(zhǔn)確度貢獻(xiàn)值在百分之八左右，為我國氣象報(bào)導(dǎo)奠定了有利基礎(chǔ)。北斗系統(tǒng)還可以在小型化領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行發(fā)展，更加貼近人們的生活，讓更多的人了解和支持我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)。實(shí)際上我國自主研發(fā)的北斗系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值正朝著多元化發(fā)展，通過各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，讓更多民眾發(fā)現(xiàn)北斗、熟知北斗，提高了社會服務(wù)質(zhì)量，并且加快了智慧化建設(shè)力度。

我國現(xiàn)今應(yīng)用的導(dǎo)航技術(shù)系統(tǒng)為美國研發(fā)的內(nèi)容，且其在民用市場領(lǐng)域占據(jù)較高份額，表現(xiàn)出一定壟斷性，這對國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、軟實(shí)力建設(shè)無疑是一種潛在化威脅。因此，國內(nèi)在進(jìn)行北斗技術(shù)研發(fā)時(shí)，應(yīng)不斷嘗試增強(qiáng)國內(nèi)武裝力量，營造便利生活條件，為民用北斗導(dǎo)航發(fā)展提供多重支持。2019年，國內(nèi)民用北斗導(dǎo)航技術(shù)的用戶規(guī)模超過千萬，并且北斗系統(tǒng)運(yùn)行多年來，未曾發(fā)生嚴(yán)重故障，工況優(yōu)異。預(yù)計(jì)在未來五年內(nèi)，北斗產(chǎn)業(yè)將會持續(xù)擴(kuò)大，產(chǎn)值預(yù)計(jì)超過2400億元/年[5]。

北斗系統(tǒng)發(fā)展初期時(shí)，民用市場范圍的年均產(chǎn)值逐年提升。2016年，國內(nèi)民航單位制定了國際航空飛行方案，明確指出北斗技術(shù)作為民航體系的關(guān)鍵應(yīng)用，要借助其導(dǎo)航與監(jiān)視雙重技術(shù)，同時(shí)確保國際航空路線飛行安全。2019年，國內(nèi)民航單位與高校聯(lián)合研發(fā)了“北斗追蹤監(jiān)視”技術(shù)，以期在2021年完成至少20架航空器的追蹤技術(shù)改進(jìn)，提升航行質(zhì)量。

3.民用航空衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用給出的啟示

完善導(dǎo)航功能：一是完善追蹤技術(shù)?，F(xiàn)階段，國內(nèi)超過97%的航空設(shè)備用于運(yùn)輸，其配置的追蹤技術(shù)為飛機(jī)通訊定位報(bào)告技術(shù)。此技術(shù)并無國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)，在使用時(shí)需提交一定數(shù)額的服務(wù)費(fèi)，同時(shí)相關(guān)飛行數(shù)據(jù)仍受控于國外運(yùn)營商。二是星基增強(qiáng)系統(tǒng)建設(shè)。此建設(shè)項(xiàng)目，能夠顯著增強(qiáng)國際導(dǎo)航系統(tǒng)反饋信號的使用效果，便于全程序進(jìn)行飛行導(dǎo)航信息收集，如起飛、通航等，以提升飛行服務(wù)的持續(xù)性[6]。三是監(jiān)視技術(shù)的先進(jìn)性。北斗技術(shù)具有一定短文通信能力，以北斗三號為例，其通信功能廣泛，能夠遍及全球，有效完成飛行定位、導(dǎo)航規(guī)劃、短文通報(bào)等程序，同時(shí)國內(nèi)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，可減少導(dǎo)航服務(wù)成本，具有自主研發(fā)條件。在自主研發(fā)期間，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視技術(shù)研發(fā)，提升技術(shù)先進(jìn)性，順應(yīng)民用航空導(dǎo)航需求。

保障航空安全：民航使用北斗的需求：一是劃分民航路線。結(jié)合國內(nèi)民航北斗追蹤技術(shù)的發(fā)展路線要求，明確指出，北斗技術(shù)融合民航時(shí)，應(yīng)確保航運(yùn)、航空安全，在導(dǎo)航、監(jiān)控兩方面，完成北斗技術(shù)應(yīng)用。在民航路線規(guī)劃時(shí)，給出了具體發(fā)展路線，完善了北斗技術(shù)應(yīng)用體系，并在航運(yùn)、通用、無人機(jī)中全面使用北斗導(dǎo)航技術(shù)，提升空中交通監(jiān)視全面性，確保民航運(yùn)輸安全，使民航空域容量有所提升，增強(qiáng)民航運(yùn)輸效率，全面建設(shè)新時(shí)期民航發(fā)展格局。在路線圖規(guī)劃時(shí)以北斗技術(shù)為基礎(chǔ)，開展航電程序研發(fā)與試運(yùn)行，確保路線規(guī)劃可行性。二是對路徑進(jìn)行分析，為民航飛行給予合理的路線規(guī)劃，以提升民航飛行導(dǎo)航服務(wù)能效，確保民航飛行品質(zhì)。路徑分析時(shí)應(yīng)借助民航標(biāo)準(zhǔn)框架，提升北斗民航使用的標(biāo)準(zhǔn)性，增強(qiáng)北斗導(dǎo)航技術(shù)使用規(guī)范性。同時(shí)，分別從權(quán)限驗(yàn)證、路徑分析等視角，增強(qiáng)北斗技術(shù)在民航領(lǐng)域滲透性，以爭取北斗技術(shù)在國際領(lǐng)域的話語權(quán)。

北斗技術(shù)發(fā)展啟示與規(guī)劃：一是建設(shè)民航客服機(jī)制。結(jié)合民航導(dǎo)航技術(shù)的實(shí)際需求，完成民航客服小組建設(shè)，以線上服務(wù)形式，確保北斗導(dǎo)航技術(shù)的使用效果，維護(hù)空中交通安全。線上平臺服務(wù)項(xiàng)目包括：星基處理有效處理；路徑分析后給出飛行規(guī)劃，以短文播報(bào)形式傳送至用戶移動終端。二是多形式接收裝置的應(yīng)用，能夠兼容全球?qū)Ш叫畔?、定位信息、衛(wèi)星系統(tǒng)等各類信號，以較強(qiáng)信號融合能力，為民航提供導(dǎo)航服務(wù)。三是機(jī)載追蹤技術(shù)的應(yīng)用。在民航飛行器表面裝載追蹤監(jiān)視設(shè)備，對飛行器各項(xiàng)信息進(jìn)行全面采集，比如航班號、飛行角度、剩余油量等。與此同時(shí)，借助4D信息準(zhǔn)確測定國際導(dǎo)航信號，再使用北斗技術(shù)進(jìn)行短文播報(bào)。一般情況下，在15分鐘完成階段性信息傳送，飛行器遇險(xiǎn)時(shí)，會在1分鐘內(nèi)完成信息上報(bào)，提升飛機(jī)動態(tài)定位跟蹤、險(xiǎn)情預(yù)警使用效果。比如，在全球?qū)Ш叫盘柼幚矸椒ㄖ心軌蚓邆涠ㄎ还δ埽瑢Ρ倍啡栠M(jìn)行信息傳送，同時(shí)能夠處理北斗二號的信號；對于衛(wèi)星無線電測定信號，能夠以短報(bào)傳送形式傳送至北斗三號；使用ARINC429總線協(xié)議，進(jìn)行接口設(shè)計(jì)，以全面掌握飛機(jī)飛行情況，比如飛行角度、剩余油量等；在預(yù)警技術(shù)方面，結(jié)合飛機(jī)4D反饋資料，對其飛行情況進(jìn)行綜合判斷，在短時(shí)間內(nèi)完成飛行預(yù)警。

4.結(jié)語

綜上，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為民用航空衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的快速發(fā)展提供了有利條件，同時(shí)使得民用航空衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具備了一定優(yōu)勢。民用導(dǎo)航系統(tǒng)融合了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，輔助功能顯著提高，通過一系列高精尖技術(shù)改造，完善了民用航空衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的功能建設(shè)。因此，在今后發(fā)展北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的過程中，要不斷加強(qiáng)導(dǎo)航功能完善，維護(hù)行業(yè)安全，充分發(fā)揮北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)新優(yōu)勢。