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        衛(wèi)星通信在民航空管中的應(yīng)用與發(fā)展

        2015-07-05 16:39:37民航局空管局通信導(dǎo)航監(jiān)視部卜恩書高紅蕾
        衛(wèi)星應(yīng)用 2015年11期

        ● 文|民航局空管局通信導(dǎo)航監(jiān)視部 卜恩書 高紅蕾

        衛(wèi)星通信在民航空管中的應(yīng)用與發(fā)展

        ● 文|民航局空管局通信導(dǎo)航監(jiān)視部 卜恩書 高紅蕾

        民航空管信息的應(yīng)用環(huán)境具有覆蓋范圍廣且業(yè)務(wù)量小、通信質(zhì)量要求高、業(yè)務(wù)種類多等特點,衛(wèi)星通信因其面向覆蓋范圍大而業(yè)務(wù)量又較小的應(yīng)用環(huán)境和面向點對多點之間通信的應(yīng)用環(huán)境(包括廣播、雙向交互等通信方式)等特點,滿足了民航空管信息的應(yīng)用需求。衛(wèi)星通信在民航空管系統(tǒng)應(yīng)用近20年來,為保障空管安全運行,發(fā)揮了重要作用。

        一、民航衛(wèi)星通信網(wǎng)概述

        我國民航衛(wèi)星通信網(wǎng)由C頻段衛(wèi)星通信網(wǎng)和Ku頻段衛(wèi)星通信網(wǎng)組成。其中,民航C頻段衛(wèi)星通信網(wǎng)于1995年建成投入使用。C頻段衛(wèi)星通信網(wǎng)采用美國休斯公司生產(chǎn)的甚小口徑終端(VSAT)衛(wèi)星通信系統(tǒng),由語音衛(wèi)星通信網(wǎng)和數(shù)據(jù)衛(wèi)星通信網(wǎng)組成,可以提供可靠的話音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸。

        隨著航空運輸量的快速增長和空管業(yè)務(wù)的發(fā)展,空管業(yè)務(wù)對衛(wèi)星帶寬的需求不斷增長,為滿足民航信息傳輸?shù)男枰?,“十一五”期間,民航開始建設(shè)Ku頻段衛(wèi)星通信網(wǎng)。民航Ku頻段衛(wèi)星通信網(wǎng)于2005年建成并投入使用。民航Ku頻段衛(wèi)星通信網(wǎng)采用加拿大波拉賽特通信公司生產(chǎn)的VSAT Plus II系統(tǒng),該系統(tǒng)基于跳頻TDMA技術(shù),網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎萌W(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),支持V.35、V.24、FR、E&M、E1等多種接口,滿足民航空管系統(tǒng)多種業(yè)務(wù)傳輸?shù)膽?yīng)用需求。

        截至目前,民航衛(wèi)星通信網(wǎng)共建設(shè)C頻段移動式(TES)地面站170余座(包含10座境外站),衛(wèi)星數(shù)據(jù)(PES)地面站100余座;Ku頻段衛(wèi)星地面站200余座,基本滿足了目前民航空管遠(yuǎn)端臺站的業(yè)務(wù)通信傳輸要求。

        二、衛(wèi)星通信在民航空管中的應(yīng)用

        進(jìn)入21世紀(jì),隨著飛行量的增長,空管業(yè)務(wù)信息對于通信傳輸?shù)娜萘亢唾|(zhì)量(可靠性和時延)要求越來越高,衛(wèi)星通信因其帶寬受限和固有時延特點,逐漸不能適應(yīng)空管信息的傳輸需求。且隨著地面通信技術(shù)的快速發(fā)展和空管基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善,衛(wèi)星通信開始作為空管信息的備用和應(yīng)急傳輸手段。

        三、衛(wèi)星通信在民航空管中的未來發(fā)展需求

        為實現(xiàn)民航信息的全球化共享,未來民航將采用基于寬帶的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)作為主要傳輸手段,現(xiàn)有的民航衛(wèi)星通信網(wǎng)將主要作為空管業(yè)務(wù)地面通信的補充傳輸手段,以及災(zāi)害條件或特殊條件下的應(yīng)急救援通信或信息傳遞手段。

        同時,根據(jù)國際民航組織發(fā)布的全球空中航行計劃(2013—2028年),為進(jìn)一步提高全球民航水平,提升空中航行容量與效率,降低民航活動對環(huán)境的不利影響,民航將采用先進(jìn)的星基通信、導(dǎo)航、監(jiān)視技術(shù),如航空移動衛(wèi)星通信(AMSS)、基于性能的導(dǎo)航(PBN)以及廣播式自動相關(guān)監(jiān)視(ADS-B)等技術(shù),實現(xiàn)更加精確、安全的飛行和更加高效的空中交通管理。

        未來在民航空管領(lǐng)域,對于衛(wèi)星通信的使用需求將更加旺盛,主要包括:

        1.衛(wèi)星通信在民航空管常規(guī)業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

        未來,民航空管系統(tǒng)將繼續(xù)發(fā)揮衛(wèi)星通信低成本、靈活機(jī)動、無縫覆蓋的優(yōu)勢,將其作為空管常規(guī)業(yè)務(wù)的備用或應(yīng)急通信傳輸手段。

        2.衛(wèi)星通信在民航空管中的應(yīng)急通信保障作用

        我國地域遼闊、自然環(huán)境復(fù)雜、災(zāi)害頻發(fā),衛(wèi)星通信在保障民航應(yīng)急通信方面應(yīng)用前景廣闊,如在汶川地震、玉樹地震以及南方冰雪災(zāi)害救援期間,民航衛(wèi)星通信網(wǎng)都發(fā)揮了重要作用。未來,我們將充分發(fā)揮衛(wèi)星通信的優(yōu)勢,加強(qiáng)衛(wèi)星通信應(yīng)急保障體系的建設(shè)。

        3.航空移動衛(wèi)星通信

        航空移動衛(wèi)星通信分為前艙通信和后艙通信,民航空管移動衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)屬于前艙通信。目前民航地空通信主要依賴高頻與甚高頻,由于甚高頻通信只限視距范圍內(nèi),故不能滿足航空運輸遠(yuǎn)程通信的需要。高頻通信又受電離層不穩(wěn)定因素的影響,通信的可靠性存在著一定問題。而衛(wèi)星通信通信距離遠(yuǎn),且不受沙漠、海洋等地理因素的限制,可以在飛機(jī)與地面之間為飛行員與管制員提供話音和數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù),具有滿足目前及未來航空通信需求的獨特潛力。

        4.基于性能的導(dǎo)航技術(shù)

        PBN運行將主要依靠全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS),通過將飛機(jī)先進(jìn)的機(jī)載設(shè)備與衛(wèi)星導(dǎo)航及其他先進(jìn)技術(shù)結(jié)合起來,涵蓋了從航路、終端區(qū)到進(jìn)近著陸的所有飛行階段,提供了更加精確、安全的飛行方法和更加高效的空中交通管理模式。PBN是飛行運行方式的重大變革,能有效促進(jìn)民航持續(xù)安全,增加空域容量,減少地面導(dǎo)航設(shè)施投入,提高節(jié)能減排效果。國際民航組織已將全球?qū)嵤㏄BN運行列為最高優(yōu)先級。ADS-B技術(shù)將衛(wèi)星導(dǎo)航、通信技術(shù)、機(jī)載設(shè)備以及地面設(shè)備等先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合,將提供更加安全、高效的空中交通監(jiān)視手段,能有效提高管制員與飛行員的運行態(tài)勢感知能力,擴(kuò)大監(jiān)視覆蓋范圍,提高空中交通安全水平、空域容量與運行效率。

        當(dāng)前ADS-B應(yīng)用的主要航空器定位數(shù)據(jù)源是GPS,數(shù)據(jù)源可靠性受到衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)體制和航空器機(jī)載設(shè)備的影響,未來將考慮使用多星座兼容的GNSS系統(tǒng),為ADS-B的應(yīng)用提供連續(xù)、可靠、準(zhǔn)確的定位信息。

        四、衛(wèi)星通信在民航空管系統(tǒng)中面臨的挑戰(zhàn)

        1.衛(wèi)星通信技術(shù)的IP化與空管實時性(傳輸透明化)之間的矛盾

        空管業(yè)務(wù)信息傳遞對于通信質(zhì)量的可靠性和實時性要求特別高,例如,根據(jù)甚高頻話音通信系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范,甚高頻話音通信傳輸要求時延不超過20ms,誤碼率應(yīng)小于1×10-6。且隨著航班量的增長,未來對于傳輸時延的要求有可能進(jìn)一步降低。目前,衛(wèi)星通信技術(shù)正在向IP化方向發(fā)展,衛(wèi)星通信固有時延以及IP化開銷增加的時延,勢必會與空管業(yè)務(wù)通信實時性的需求產(chǎn)生矛盾。

        2.高帶寬的需求與衛(wèi)星通信的帶寬受限及成本之間的矛盾

        隨著航班量的增長和大數(shù)據(jù)的應(yīng)用,以及航空信息全球化的共享和融合,未來民航對于衛(wèi)星通信帶寬的需求將進(jìn)一步增長。但目前衛(wèi)星通信相較于地面通信來說,帶寬資源受限且費用昂貴,難以滿足民航未來應(yīng)用需求。

        3.快速增長的衛(wèi)星移動通信需求與衛(wèi)星移動資源匱乏之間的矛盾

        為保證飛行安全,航空衛(wèi)星移動通信需要可靠性高、轉(zhuǎn)發(fā)延時小等特點。但目前全球可用的衛(wèi)星移動資源較少,無法滿足快速增長的航空衛(wèi)星移動通信需求。

        4.衛(wèi)星設(shè)備國產(chǎn)化

        目前,無論是民航空管現(xiàn)在應(yīng)用的VSAT衛(wèi)星通信設(shè)備還是航空衛(wèi)星移動通信、基于性能的導(dǎo)航、廣播式自動相關(guān)監(jiān)視技術(shù)應(yīng)用的衛(wèi)星資源,目前均以國外衛(wèi)星通信資源為主。從經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家安全角度考慮,為實現(xiàn)我國從民航大國向民航強(qiáng)國的戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo),迫切需要盡快實現(xiàn)衛(wèi)星設(shè)備國產(chǎn)化。

        5.廣播式自動相關(guān)監(jiān)視技術(shù)

        ADS-B是國際民航組織確定的未來主要監(jiān)視技術(shù)。

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