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基于北斗的民航追蹤監(jiān)視體系應(yīng)用發(fā)展綜述
來源:尖兵之翼
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作者:任 奇 陶志平 孟 斌 周中華 何大海 張承皓
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發(fā)布時(shí)間: 2020-09-01
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目前主要通過航空器通信尋址報(bào)告系統(tǒng)（ACARS）、廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）和雷達(dá)等監(jiān)視方式實(shí)現(xiàn)...
監(jiān)視技術(shù)是現(xiàn)代民航運(yùn)行及空中交通管理的重要技術(shù)基礎(chǔ)。目前主要通過航空器通信尋址報(bào)告系統(tǒng)（ACARS）、廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）和雷達(dá)等監(jiān)視方式實(shí)現(xiàn)。本文對(duì)國內(nèi)外追蹤監(jiān)視體系發(fā)展歷程進(jìn)行概述，然后結(jié)合國內(nèi)北斗天基資源全球化的服務(wù)，分析國內(nèi)未來監(jiān)視技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)。
2014年3月，馬航MH370失聯(lián)在全球引發(fā)極大震動(dòng)，國際民航組織（ICAO）各成員國及全球業(yè)界正系統(tǒng)推進(jìn)航空器追蹤監(jiān)控工作。習(xí)總書記提出了重要批示，要求加強(qiáng)航空安全保障體系、航空安全監(jiān)控能力、技術(shù)裝備支撐能力和應(yīng)急反應(yīng)處置能力監(jiān)視。監(jiān)視技術(shù)是現(xiàn)代民航運(yùn)行及空中交通管理的重要技術(shù)基礎(chǔ)。
中國民航局于2016年底啟動(dòng)中國民航航空器全球追蹤監(jiān)控體系建設(shè)工作，旨在全面提升我國在民用航空器的全球追蹤監(jiān)控能力，加強(qiáng)我國航空安全保障體系建設(shè)，并提出了“先通用后運(yùn)輸，先監(jiān)視后導(dǎo)航”的“北斗”應(yīng)用實(shí)施策略。目前，將北斗作為我國民用航空的主用導(dǎo)航系統(tǒng)，可使我國民航擺脫對(duì)國外GNSS星座的依賴，在保障飛行安全和提高運(yùn)行效率方面發(fā)揮重要作用。此外，民用航空是最高端用戶，推進(jìn)北斗在民航追蹤監(jiān)視領(lǐng)域應(yīng)用，是服務(wù)國家戰(zhàn)略與國家安全大局的重要需要，是推進(jìn)國家空管體制改革大局的需要，是進(jìn)一步提升民航安全水平的需要，也是提升中國民航國際競(jìng)爭(zhēng)力與話語權(quán)的需要。
監(jiān)視是飛機(jī)安全飛行和空中交通管理的基礎(chǔ)。獨(dú)立監(jiān)視手段主要有一次監(jiān)視雷達(dá)（PSR）、A/C/S模式二次雷達(dá)（SSR）及自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視等。自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視依靠航空器自主定位和報(bào)告實(shí)現(xiàn)，該監(jiān)視手段主要有約定式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-C）和廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B），其中ADS-B技術(shù)在民航得到廣泛應(yīng)用。而在國內(nèi)，由于北斗短報(bào)文系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，在民航系統(tǒng)中越來越得到重視，是在基于星基的ADS-B技術(shù)成熟之前的一種重要手段。
國外民航監(jiān)視體系發(fā)展現(xiàn)狀
飛機(jī)通信尋址與報(bào)告系統(tǒng)（ACARS） ACARS系統(tǒng)由美國ARINC公司在20世紀(jì)70年代開發(fā)，并于1978年正式投入使用，使空地之間的通信由單純的語音通信擴(kuò)展為現(xiàn)階段的語音和數(shù)字電報(bào)（ACARS報(bào)文）兩種方式，實(shí)現(xiàn)了空地通信系統(tǒng)的重大變革，得到國際民航界的普遍認(rèn)同。系統(tǒng)高達(dá)99.999%的有效性和方便的空地?cái)?shù)據(jù)傳輸方式，是民航最值得信賴、最為可靠的空地通信系統(tǒng)。但傳輸延時(shí)、信道競(jìng)爭(zhēng)和速度較低等問題也隨著民航業(yè)務(wù)量的迅速膨脹成為制約ACARS空地?cái)?shù)據(jù)鏈高速發(fā)展的技術(shù)瓶頸。
二次雷達(dá) 20世紀(jì)70年代初，計(jì)算機(jī)技術(shù)和雷達(dá)結(jié)合實(shí)現(xiàn)了航管雷達(dá)的全自動(dòng)化。航管二次雷達(dá)是指提供地面對(duì)空中交通監(jiān)視和管制用的二次雷達(dá)系統(tǒng)。地面上設(shè)置掃描詢問雷達(dá)，飛機(jī)上裝有雷達(dá)應(yīng)答機(jī)，兩者在L頻率上呼應(yīng)工作。地面雷達(dá)將收到飛機(jī)發(fā)來的應(yīng)答信號(hào)經(jīng)處理后，能在平面位置顯示器上顯示目標(biāo)光點(diǎn)，位置對(duì)應(yīng)于飛機(jī)的方位和距離。這一系統(tǒng)在1957年被國際民航組織采納為標(biāo)準(zhǔn)的空中交通監(jiān)視系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)極大改善了空中管制環(huán)境，提高了管制效率，可用于重大任務(wù)保障和應(yīng)急保障等。
ADS-B ADS-B是國際民航組織確定的未來主要監(jiān)視技術(shù)，是利用空地、空空數(shù)據(jù)通信完成交通監(jiān)視和信息傳遞的一種航行新技術(shù)。該技術(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，為飛行提供了更加安全、高效的監(jiān)視手段，擴(kuò)大了監(jiān)視覆蓋范圍，有效提高了空中交通安全水平、空域容量與運(yùn)行率，它不需飛行員干預(yù)和地面詢問，自動(dòng)周期性向所有用戶廣播監(jiān)視數(shù)據(jù)，提供航空器的位置、高度、速度、方向和識(shí)別碼等信息，其監(jiān)視數(shù)據(jù)依賴機(jī)載設(shè)備（如氣壓高度表）、導(dǎo)航信息來源于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS等。目前，ADS-B技術(shù)逐漸成熟，ADS-B系統(tǒng)已經(jīng)成為世界各國新空中交通管理系統(tǒng)的重要組成部分。
美國、歐洲等發(fā)達(dá)國家不僅把ADS-B作為下一代空管的核心技術(shù)，而且還在積極探索開發(fā)ADS-B的其他擴(kuò)展應(yīng)用，包括利用低軌衛(wèi)星星座構(gòu)建ADS-B網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)航空平臺(tái)的全球無縫監(jiān)視。其中：美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）“新一代航空運(yùn)輸系統(tǒng)”（NGATS）計(jì)劃中提出新一代空中交通系統(tǒng)NextGen計(jì)劃，旨在基于星基的ADS-B技術(shù)實(shí)現(xiàn)全球航空器實(shí)時(shí)追蹤；歐洲“單一天空計(jì)劃”提出在監(jiān)視方面，ADS-B為飛機(jī)全球追蹤提供技術(shù)手段，確保2025年實(shí)現(xiàn)全歐洲范圍內(nèi)一體化、無縫式空中交通管理系統(tǒng)，促進(jìn)歐洲范圍內(nèi)的空中活動(dòng)安全有序，并最大限度地提高歐洲空域容量和空管效率。目前較為成熟的有“銥星二代”系統(tǒng)和“全球星二代”系統(tǒng)。
2014年3月，馬航MH370失聯(lián)在全球引發(fā)極大震動(dòng)，國際民航組織（ICAO）各成員國及全球業(yè)界正系統(tǒng)推進(jìn)航空器追蹤監(jiān)控工作。習(xí)總書記提出了重要批示，要求加強(qiáng)航空安全保障體系、航空安全監(jiān)控能力、技術(shù)裝備支撐能力和應(yīng)急反應(yīng)處置能力監(jiān)視。監(jiān)視技術(shù)是現(xiàn)代民航運(yùn)行及空中交通管理的重要技術(shù)基礎(chǔ)。
中國民航局于2016年底啟動(dòng)中國民航航空器全球追蹤監(jiān)控體系建設(shè)工作，旨在全面提升我國在民用航空器的全球追蹤監(jiān)控能力，加強(qiáng)我國航空安全保障體系建設(shè)，并提出了“先通用后運(yùn)輸，先監(jiān)視后導(dǎo)航”的“北斗”應(yīng)用實(shí)施策略。目前，將北斗作為我國民用航空的主用導(dǎo)航系統(tǒng)，可使我國民航擺脫對(duì)國外GNSS星座的依賴，在保障飛行安全和提高運(yùn)行效率方面發(fā)揮重要作用。此外，民用航空是最高端用戶，推進(jìn)北斗在民航追蹤監(jiān)視領(lǐng)域應(yīng)用，是服務(wù)國家戰(zhàn)略與國家安全大局的重要需要，是推進(jìn)國家空管體制改革大局的需要，是進(jìn)一步提升民航安全水平的需要，也是提升中國民航國際競(jìng)爭(zhēng)力與話語權(quán)的需要。
監(jiān)視是飛機(jī)安全飛行和空中交通管理的基礎(chǔ)。獨(dú)立監(jiān)視手段主要有一次監(jiān)視雷達(dá)（PSR）、A/C/S模式二次雷達(dá)（SSR）及自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視等。自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視依靠航空器自主定位和報(bào)告實(shí)現(xiàn)，該監(jiān)視手段主要有約定式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-C）和廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B），其中ADS-B技術(shù)在民航得到廣泛應(yīng)用。而在國內(nèi)，由于北斗短報(bào)文系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，在民航系統(tǒng)中越來越得到重視，是在基于星基的ADS-B技術(shù)成熟之前的一種重要手段。
國外民航監(jiān)視體系發(fā)展現(xiàn)狀
飛機(jī)通信尋址與報(bào)告系統(tǒng)（ACARS） ACARS系統(tǒng)由美國ARINC公司在20世紀(jì)70年代開發(fā)，并于1978年正式投入使用，使空地之間的通信由單純的語音通信擴(kuò)展為現(xiàn)階段的語音和數(shù)字電報(bào)（ACARS報(bào)文）兩種方式，實(shí)現(xiàn)了空地通信系統(tǒng)的重大變革，得到國際民航界的普遍認(rèn)同。系統(tǒng)高達(dá)99.999%的有效性和方便的空地?cái)?shù)據(jù)傳輸方式，是民航最值得信賴、最為可靠的空地通信系統(tǒng)。但傳輸延時(shí)、信道競(jìng)爭(zhēng)和速度較低等問題也隨著民航業(yè)務(wù)量的迅速膨脹成為制約ACARS空地?cái)?shù)據(jù)鏈高速發(fā)展的技術(shù)瓶頸。
二次雷達(dá) 20世紀(jì)70年代初，計(jì)算機(jī)技術(shù)和雷達(dá)結(jié)合實(shí)現(xiàn)了航管雷達(dá)的全自動(dòng)化。航管二次雷達(dá)是指提供地面對(duì)空中交通監(jiān)視和管制用的二次雷達(dá)系統(tǒng)。地面上設(shè)置掃描詢問雷達(dá)，飛機(jī)上裝有雷達(dá)應(yīng)答機(jī)，兩者在L頻率上呼應(yīng)工作。地面雷達(dá)將收到飛機(jī)發(fā)來的應(yīng)答信號(hào)經(jīng)處理后，能在平面位置顯示器上顯示目標(biāo)光點(diǎn)，位置對(duì)應(yīng)于飛機(jī)的方位和距離。這一系統(tǒng)在1957年被國際民航組織采納為標(biāo)準(zhǔn)的空中交通監(jiān)視系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)極大改善了空中管制環(huán)境，提高了管制效率，可用于重大任務(wù)保障和應(yīng)急保障等。
ADS-B ADS-B是國際民航組織確定的未來主要監(jiān)視技術(shù)，是利用空地、空空數(shù)據(jù)通信完成交通監(jiān)視和信息傳遞的一種航行新技術(shù)。該技術(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，為飛行提供了更加安全、高效的監(jiān)視手段，擴(kuò)大了監(jiān)視覆蓋范圍，有效提高了空中交通安全水平、空域容量與運(yùn)行率，它不需飛行員干預(yù)和地面詢問，自動(dòng)周期性向所有用戶廣播監(jiān)視數(shù)據(jù)，提供航空器的位置、高度、速度、方向和識(shí)別碼等信息，其監(jiān)視數(shù)據(jù)依賴機(jī)載設(shè)備（如氣壓高度表）、導(dǎo)航信息來源于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS等。目前，ADS-B技術(shù)逐漸成熟，ADS-B系統(tǒng)已經(jīng)成為世界各國新空中交通管理系統(tǒng)的重要組成部分。
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