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基于北斗的民航追蹤監(jiān)視體系應用發(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(tǒng)（ACARS）、廣播式自動相關監(jiān)視（ADS-B）和雷達等監(jiān)視方式實現(xiàn)...
監(jiān)視技術是現(xiàn)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(tǒng)（ACARS）、廣播式自動相關監(jiān)視（ADS-B）和雷達等監(jiān)視方式實現(xiàn)。本文對國內(nèi)外追蹤監(jiān)視體系發(fā)展歷程進行概述，然后結合國內(nèi)北斗天基資源全球化的服務，分析國內(nèi)未來監(jiān)視技術的應用和發(fā)展趨勢。
2014年3月，馬航MH370失聯(lián)在全球引發(fā)極大震動，國際民航組織（ICAO）各成員國及全球業(yè)界正系統(tǒng)推進航空器追蹤監(jiān)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(jiān)控能力、技術裝備支撐能力和應急反應處置能力監(jiān)視。監(jiān)視技術是現(xiàn)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(jiān)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(jiān)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(jiān)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(tǒng)，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(fā)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(jiān)視領域應用，是服務國家戰(zhàn)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(jiān)視是飛機安全飛行和空中交通管理的基礎。獨立監(jiān)視手段主要有一次監(jiān)視雷達（PSR）、A/C/S模式二次雷達（SSR）及自動相關監(jiān)視等。自動相關監(jiān)視依靠航空器自主定位和報告實現(xiàn)，該監(jiān)視手段主要有約定式自動相關監(jiān)視（ADS-C）和廣播式自動相關監(jiān)視（ADS-B），其中ADS-B技術在民航得到廣泛應用。而在國內(nèi)，由于北斗短報文系統(tǒng)的優(yōu)勢，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
飛機通信尋址與報告系統(tǒng)（ACARS） ACARS系統(tǒng)由美國ARINC公司在20世紀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展為現(xiàn)階段的語音和數(shù)字電報（ACARS報文）兩種方式，實現(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同。系統(tǒng)高達99.999%的有效性和方便的空地數(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、信道競爭和速度較低等問題也隨著民航業(yè)務量的迅速膨脹成為制約ACARS空地數(shù)據(jù)鏈高速發(fā)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(xiàn)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(jiān)視和管制用的二次雷達系統(tǒng)。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(fā)來的應答信號經(jīng)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(tǒng)在1957年被國際民航組織采納為標準的空中交通監(jiān)視系統(tǒng)。這個系統(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(jiān)視技術，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。該技術將衛(wèi)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(jiān)視手段，擴大了監(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(jiān)視數(shù)據(jù)，提供航空器的位置、高度、速度、方向和識別碼等信息，其監(jiān)視數(shù)據(jù)依賴機載設備（如氣壓高度表）、導航信息來源于全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)GNSS等。目前，ADS-B技術逐漸成熟，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(fā)ADS-B的其他擴展應用，包括利用低軌衛(wèi)星星座構建ADS-B網(wǎng)絡，實現(xiàn)對航空平臺的全球無縫監(jiān)視。其中：美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）“新一代航空運輸系統(tǒng)”（NGATS）計劃中提出新一代空中交通系統(tǒng)NextGen計劃，旨在基于星基的ADS-B技術實現(xiàn)全球航空器實時追蹤；歐洲“單一天空計劃”提出在監(jiān)視方面，ADS-B為飛機全球追蹤提供技術手段，確保2025年實現(xiàn)全歐洲范圍內(nèi)一體化、無縫式空中交通管理系統(tǒng)，促進歐洲范圍內(nèi)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(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，國際民航組織（ICAO）各成員國及全球業(yè)界正系統(tǒng)推進航空器追蹤監(jiān)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(jiān)控能力、技術裝備支撐能力和應急反應處置能力監(jiān)視。監(jiān)視技術是現(xiàn)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(jiān)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(jiān)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(jiān)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(tǒng)，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(fā)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(jiān)視領域應用，是服務國家戰(zhàn)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(jiān)視是飛機安全飛行和空中交通管理的基礎。獨立監(jiān)視手段主要有一次監(jiān)視雷達（PSR）、A/C/S模式二次雷達（SSR）及自動相關監(jiān)視等。自動相關監(jiān)視依靠航空器自主定位和報告實現(xiàn)，該監(jiān)視手段主要有約定式自動相關監(jiān)視（ADS-C）和廣播式自動相關監(jiān)視（ADS-B），其中ADS-B技術在民航得到廣泛應用。而在國內(nèi)，由于北斗短報文系統(tǒng)的優(yōu)勢，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
飛機通信尋址與報告系統(tǒng)（ACARS） ACARS系統(tǒng)由美國ARINC公司在20世紀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展為現(xiàn)階段的語音和數(shù)字電報（ACARS報文）兩種方式，實現(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同。系統(tǒng)高達99.999%的有效性和方便的空地數(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、信道競爭和速度較低等問題也隨著民航業(yè)務量的迅速膨脹成為制約ACARS空地數(shù)據(jù)鏈高速發(fā)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(xiàn)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(jiān)視和管制用的二次雷達系統(tǒng)。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(fā)來的應答信號經(jīng)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(tǒng)在1957年被國際民航組織采納為標準的空中交通監(jiān)視系統(tǒng)。這個系統(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(jiān)視技術，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。該技術將衛(wèi)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(jiān)視手段，擴大了監(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(jiān)視數(shù)據(jù)，提供航空器的位置、高度、速度、方向和識別碼等信息，其監(jiān)視數(shù)據(jù)依賴機載設備（如氣壓高度表）、導航信息來源于全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)GNSS等。目前，ADS-B技術逐漸成熟，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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