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基于北斗的民航追蹤監視體系應用發展綜述
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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發布時間: 2020-09-01
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目前主要通過航空器通信尋址報告系統（ACARS）、廣播式自動相關監視（ADS-B）和雷達等監視方式實現...
監視技術是現代民航運行及空中交通管理的重要技術基礎。目前主要通過航空器通信尋址報告系統（ACARS）、廣播式自動相關監視（ADS-B）和雷達等監視方式實現。本文對國內外追蹤監視體系發展歷程進行概述，然后結合國內北斗天基資源全球化的服務，分析國內未來監視技術的應用和發展趨勢。
2014年3月，馬航MH370失聯在全球引發極大震動，國際民航組織（ICAO）各成員國及全球業界正系統推進航空器追蹤監控工作。習總書記提出了重要批示，要求加強航空安全保障體系、航空安全監控能力、技術裝備支撐能力和應急反應處置能力監視。監視技術是現代民航運行及空中交通管理的重要技術基礎。
中國民航局于2016年底啟動中國民航航空器全球追蹤監控體系建設工作，旨在全面提升我國在民用航空器的全球追蹤監控能力，加強我國航空安全保障體系建設，并提出了“先通用后運輸，先監視后導航”的“北斗”應用實施策略。目前，將北斗作為我國民用航空的主用導航系統，可使我國民航擺脫對國外GNSS星座的依賴，在保障飛行安全和提高運行效率方面發揮重要作用。此外，民用航空是最高端用戶，推進北斗在民航追蹤監視領域應用，是服務國家戰略與國家安全大局的重要需要，是推進國家空管體制改革大局的需要，是進一步提升民航安全水平的需要，也是提升中國民航國際競爭力與話語權的需要。
監視是飛機安全飛行和空中交通管理的基礎。獨立監視手段主要有一次監視雷達（PSR）、A/C/S模式二次雷達（SSR）及自動相關監視等。自動相關監視依靠航空器自主定位和報告實現，該監視手段主要有約定式自動相關監視（ADS-C）和廣播式自動相關監視（ADS-B），其中ADS-B技術在民航得到廣泛應用。而在國內，由于北斗短報文系統的優勢，在民航系統中越來越得到重視，是在基于星基的ADS-B技術成熟之前的一種重要手段。
國外民航監視體系發展現狀
飛機通信尋址與報告系統（ACARS） ACARS系統由美國ARINC公司在20世紀70年代開發，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展為現階段的語音和數字電報（ACARS報文）兩種方式，實現了空地通信系統的重大變革，得到國際民航界的普遍認同。系統高達99.999%的有效性和方便的空地數據傳輸方式，是民航最值得信賴、最為可靠的空地通信系統。但傳輸延時、信道競爭和速度較低等問題也隨著民航業務量的迅速膨脹成為制約ACARS空地數據鏈高速發展的技術瓶頸。
二次雷達 20世紀70年代初，計算機技術和雷達結合實現了航管雷達的全自動化。航管二次雷達是指提供地面對空中交通監視和管制用的二次雷達系統。地面上設置掃描詢問雷達，飛機上裝有雷達應答機，兩者在L頻率上呼應工作。地面雷達將收到飛機發來的應答信號經處理后，能在平面位置顯示器上顯示目標光點，位置對應于飛機的方位和距離。這一系統在1957年被國際民航組織采納為標準的空中交通監視系統。這個系統極大改善了空中管制環境，提高了管制效率，可用于重大任務保障和應急保障等。
ADS-B ADS-B是國際民航組織確定的未來主要監視技術，是利用空地、空空數據通信完成交通監視和信息傳遞的一種航行新技術。該技術將衛星導航、通信技術、機載設備以及地面設備等先進技術相結合，為飛行提供了更加安全、高效的監視手段，擴大了監視覆蓋范圍，有效提高了空中交通安全水平、空域容量與運行率，它不需飛行員干預和地面詢問，自動周期性向所有用戶廣播監視數據，提供航空器的位置、高度、速度、方向和識別碼等信息，其監視數據依賴機載設備（如氣壓高度表）、導航信息來源于全球導航衛星系統GNSS等。目前，ADS-B技術逐漸成熟，ADS-B系統已經成為世界各國新空中交通管理系統的重要組成部分。
美國、歐洲等發達國家不僅把ADS-B作為下一代空管的核心技術，而且還在積極探索開發ADS-B的其他擴展應用，包括利用低軌衛星星座構建ADS-B網絡，實現對航空平臺的全球無縫監視。其中：美國聯邦航空管理局（FAA）“新一代航空運輸系統”（NGATS）計劃中提出新一代空中交通系統NextGen計劃，旨在基于星基的ADS-B技術實現全球航空器實時追蹤；歐洲“單一天空計劃”提出在監視方面，ADS-B為飛機全球追蹤提供技術手段，確保2025年實現全歐洲范圍內一體化、無縫式空中交通管理系統，促進歐洲范圍內的空中活動安全有序，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”系統和“全球星二代”系統。
2014年3月，馬航MH370失聯在全球引發極大震動，國際民航組織（ICAO）各成員國及全球業界正系統推進航空器追蹤監控工作。習總書記提出了重要批示，要求加強航空安全保障體系、航空安全監控能力、技術裝備支撐能力和應急反應處置能力監視。監視技術是現代民航運行及空中交通管理的重要技術基礎。
中國民航局于2016年底啟動中國民航航空器全球追蹤監控體系建設工作，旨在全面提升我國在民用航空器的全球追蹤監控能力，加強我國航空安全保障體系建設，并提出了“先通用后運輸，先監視后導航”的“北斗”應用實施策略。目前，將北斗作為我國民用航空的主用導航系統，可使我國民航擺脫對國外GNSS星座的依賴，在保障飛行安全和提高運行效率方面發揮重要作用。此外，民用航空是最高端用戶，推進北斗在民航追蹤監視領域應用，是服務國家戰略與國家安全大局的重要需要，是推進國家空管體制改革大局的需要，是進一步提升民航安全水平的需要，也是提升中國民航國際競爭力與話語權的需要。
監視是飛機安全飛行和空中交通管理的基礎。獨立監視手段主要有一次監視雷達（PSR）、A/C/S模式二次雷達（SSR）及自動相關監視等。自動相關監視依靠航空器自主定位和報告實現，該監視手段主要有約定式自動相關監視（ADS-C）和廣播式自動相關監視（ADS-B），其中ADS-B技術在民航得到廣泛應用。而在國內，由于北斗短報文系統的優勢，在民航系統中越來越得到重視，是在基于星基的ADS-B技術成熟之前的一種重要手段。
國外民航監視體系發展現狀
飛機通信尋址與報告系統（ACARS） ACARS系統由美國ARINC公司在20世紀70年代開發，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展為現階段的語音和數字電報（ACARS報文）兩種方式，實現了空地通信系統的重大變革，得到國際民航界的普遍認同。系統高達99.999%的有效性和方便的空地數據傳輸方式，是民航最值得信賴、最為可靠的空地通信系統。但傳輸延時、信道競爭和速度較低等問題也隨著民航業務量的迅速膨脹成為制約ACARS空地數據鏈高速發展的技術瓶頸。
二次雷達 20世紀70年代初，計算機技術和雷達結合實現了航管雷達的全自動化。航管二次雷達是指提供地面對空中交通監視和管制用的二次雷達系統。地面上設置掃描詢問雷達，飛機上裝有雷達應答機，兩者在L頻率上呼應工作。地面雷達將收到飛機發來的應答信號經處理后，能在平面位置顯示器上顯示目標光點，位置對應于飛機的方位和距離。這一系統在1957年被國際民航組織采納為標準的空中交通監視系統。這個系統極大改善了空中管制環境，提高了管制效率，可用于重大任務保障和應急保障等。
ADS-B ADS-B是國際民航組織確定的未來主要監視技術，是利用空地、空空數據通信完成交通監視和信息傳遞的一種航行新技術。該技術將衛星導航、通信技術、機載設備以及地面設備等先進技術相結合，為飛行提供了更加安全、高效的監視手段，擴大了監視覆蓋范圍，有效提高了空中交通安全水平、空域容量與運行率，它不需飛行員干預和地面詢問，自動周期性向所有用戶廣播監視數據，提供航空器的位置、高度、速度、方向和識別碼等信息，其監視數據依賴機載設備（如氣壓高度表）、導航信息來源于全球導航衛星系統GNSS等。目前，ADS-B技術逐漸成熟，ADS-B系統已經成為世界各國新空中交通管理系統的重要組成部分。
