衛星通信在民航空管中的應用與發展

● 文|民航局空管局通信導航監視部 卜恩書 高紅蕾

衛星通信在民航空管中的應用與發展

● 文|民航局空管局通信導航監視部 卜恩書 高紅蕾

民航空管信息的應用環境具有覆蓋范圍廣且業務量小、通信質量要求高、業務種類多等特點，衛星通信因其面向覆蓋范圍大而業務量又較小的應用環境和面向點對多點之間通信的應用環境（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用需求。衛星通信在民航空管系統應用近20年來，為保障空管安全運行，發揮了重要作用。

一、民航衛星通信網概述

我國民航衛星通信網由C頻段衛星通信網和Ku頻段衛星通信網組成。其中，民航C頻段衛星通信網于1995年建成投入使用。C頻段衛星通信網采用美國休斯公司生產的甚小口徑終端（VSAT）衛星通信系統，由語音衛星通信網和數據衛星通信網組成，可以提供可靠的話音業務和數據業務傳輸。

隨著航空運輸量的快速增長和空管業務的發展，空管業務對衛星帶寬的需求不斷增長，為滿足民航信息傳輸的需要，“十一五”期間，民航開始建設Ku頻段衛星通信網。民航Ku頻段衛星通信網于2005年建成并投入使用。民航Ku頻段衛星通信網采用加拿大波拉賽特通信公司生產的VSAT Plus II系統，該系統基于跳頻TDMA技術，網絡拓撲采用全網狀拓撲結構，支持V.35、V.24、FR、E&M、E1等多種接口，滿足民航空管系統多種業務傳輸的應用需求。

截至目前，民航衛星通信網共建設C頻段移動式（TES）地面站170余座（包含10座境外站），衛星數據（PES）地面站100余座；Ku頻段衛星地面站200余座，基本滿足了目前民航空管遠端臺站的業務通信傳輸要求。

二、衛星通信在民航空管中的應用

進入21世紀，隨著飛行量的增長，空管業務信息對于通信傳輸的容量和質量（可靠性和時延）要求越來越高，衛星通信因其帶寬受限和固有時延特點，逐漸不能適應空管信息的傳輸需求。且隨著地面通信技術的快速發展和空管基礎設施的不斷完善，衛星通信開始作為空管信息的備用和應急傳輸手段。

三、衛星通信在民航空管中的未來發展需求

為實現民航信息的全球化共享，未來民航將采用基于寬帶的數字通信網絡作為主要傳輸手段，現有的民航衛星通信網將主要作為空管業務地面通信的補充傳輸手段，以及災害條件或特殊條件下的應急救援通信或信息傳遞手段。

同時，根據國際民航組織發布的全球空中航行計劃（2013—2028年），為進一步提高全球民航水平，提升空中航行容量與效率，降低民航活動對環境的不利影響，民航將采用先進的星基通信、導航、監視技術，如航空移動衛星通信（AMSS）、基于性能的導航（PBN）以及廣播式自動相關監視（ADS-B）等技術，實現更加精確、安全的飛行和更加高效的空中交通管理。

未來在民航空管領域，對于衛星通信的使用需求將更加旺盛，主要包括：

1.衛星通信在民航空管常規業務中的應用

未來，民航空管系統將繼續發揮衛星通信低成本、靈活機動、無縫覆蓋的優勢，將其作為空管常規業務的備用或應急通信傳輸手段。

2.衛星通信在民航空管中的應急通信保障作用

我國地域遼闊、自然環境復雜、災害頻發，衛星通信在保障民航應急通信方面應用前景廣闊，如在汶川地震、玉樹地震以及南方冰雪災害救援期間，民航衛星通信網都發揮了重要作用。未來，我們將充分發揮衛星通信的優勢，加強衛星通信應急保障體系的建設。

3.航空移動衛星通信

航空移動衛星通信分為前艙通信和后艙通信，民航空管移動衛星通信業務屬于前艙通信。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，故不能滿足航空運輸遠程通信的需要。高頻通信又受電離層不穩定因素的影響，通信的可靠性存在著一定問題。而衛星通信通信距離遠，且不受沙漠、海洋等地理因素的限制，可以在飛機與地面之間為飛行員與管制員提供話音和數據通信業務，具有滿足目前及未來航空通信需求的獨特潛力。

4.基于性能的導航技術

PBN運行將主要依靠全球衛星導航系統（GNSS），通過將飛機先進的機載設備與衛星導航及其他先進技術結合起來，涵蓋了從航路、終端區到進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，能有效促進民航持續安全，增加空域容量，減少地面導航設施投入，提高節能減排效果。國際民航組織已將全球實施PBN運行列為最高優先級。ADS-B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，將提供更加安全、高效的空中交通監視手段，能有效提高管制員與飛行員的運行態勢感知能力，擴大監視覆蓋范圍，提高空中交通安全水平、空域容量與運行效率。

當前ADS-B應用的主要航空器定位數據源是GPS，數據源可靠性受到衛星導航技術體制和航空器機載設備的影響，未來將考慮使用多星座兼容的GNSS系統，為ADS-B的應用提供連續、可靠、準確的定位信息。

四、衛星通信在民航空管系統中面臨的挑戰

1.衛星通信技術的IP化與空管實時性（傳輸透明化）之間的矛盾

空管業務信息傳遞對于通信質量的可靠性和實時性要求特別高，例如，根據甚高頻話音通信系統技術規范，甚高頻話音通信傳輸要求時延不超過20ms，誤碼率應小于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一步降低。目前，衛星通信技術正在向IP化方向發展，衛星通信固有時延以及IP化開銷增加的時延，勢必會與空管業務通信實時性的需求產生矛盾。

2.高帶寬的需求與衛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據的應用，以及航空信息全球化的共享和融合，未來民航對于衛星通信帶寬的需求將進一步增長。但目前衛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用需求。

3.快速增長的衛星移動通信需求與衛星移動資源匱乏之間的矛盾

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

4.衛星設備國產化

目前，無論是民航空管現在應用的VSAT衛星通信設備還是航空衛星移動通信、基于性能的導航、廣播式自動相關監視技術應用的衛星資源，目前均以國外衛星通信資源為主。從經濟發展和國家安全角度考慮，為實現我國從民航大國向民航強國的戰略發展目標，迫切需要盡快實現衛星設備國產化。

5.廣播式自動相關監視技術

ADS-B是國際民航組織確定的未來主要監視技術。