民航衛星通信SB-S技術的應用前景分析

靳勇 李墨

摘要：隨著衛星通信的發展，SB-S技術逐漸被飛機和航電設備制造商所推廣。本文對該技術的優勢和發展前景予以分析，說明其對民航運行效率和安全水平提升的重要意義。

關鍵詞：衛星通信;海事衛星;SB-S

0引言

我國民航飛機衛星通信發展可粗略分為三個階段。

第一階段為1995年之前，民航飛機主要使用VHF和HF作為主要通信手段。衛星通信技術在國際上已經廣泛應用，但我國民航領域只是有所了解，并未實際使用，處于技術儲備和觀望階段。

第二階段以1995年國內首架海事衛星通信改裝的民航飛機為起始，至2012年結束。此階段主要是在執行高原地區、偏遠地區航線和跨洋航線的民航飛機上安裝衛星通信系統，以確保在無常規地面站支持的情況下仍能與ATC和AOC進行語音和數據鏈通信。此階段安裝衛星通信系統的飛機占比較低，主要以大型寬體機為主。

第三階段為2012年以后，隨著民航業的快速發展，各航空公司運輸量和機隊數量的快速增長，面對空域緊張、危險天氣和流量控制等，由于缺少有效通信和實時信息，航空公司運行控制工作處于被動局面，隨之而來的安全壓力越來越大。為了有效解決上述問題，中國民用航空局（CAAC）于2012年12月出臺了《航空公司運行控制衛星通信實施政策》，要求按照CCAR-121部實施載客運行的航空承運人在2017年底保證所有飛機都具備機載衛星通信系統。實現運行控制中心與每架飛機之間能夠在4分鐘內建立及時、可靠的語音通信聯系，確保飛機的運行安全。此政策的出臺，大大加快了航空公司加裝衛星通信系統的步伐，我國民航也進入了大規模使用衛星通信的時期。

1民航衛星通信系統的分類和特點

目前，國內民航飛機主要安裝的衛星通信有海事衛星系統和銥星系統。前者占衛星通信市場的75%，而后者在國內的頻率使用上有一定限制，因此本文主要針對海事衛星系統進行分析。國內民航飛機使用的衛星通信服務的基本信息如表1所示。

1）L波段衛星信號基于第3代和第4代海事衛星，屬于使用過數十年的傳統成熟技術。雖然帶寬并不高，但其成熟可靠，久經市場檢驗，因此被國際民航組織（ICAO）和各國適航當局批準可用于駕駛艙應急通信等安全服務。

2） Ku和Ka波段衛星信號多基于近十年來新發射的衛星，因技術較新且頻率資源更豐富，可提供更大的帶寬。非常適合對于帶寬需求量較大的后艙，近年來航空公司推出的萬米高空視頻直播、看春晚、能上網等活動均使用此頻段的機載衛星通信系統。此類技術起步較晚，尚需時日檢驗和完善，因此目前并未被ICAO、FAA/EASA、OEM批準用于前艙安全服務。

從表1提供的信息和上述兩點分析中不難看出，可用于前艙應用的服務中，SBB帶寬最大。基于SBB的前艙應用在相當長一段時間內具有較廣闊的應用前景。

2 SB-S技術的應用

2016年，國際海事衛星組織提出了SwiftBroadband-Safety（ SB-S）的概念，即基于衛星通信SBB功能的駕駛艙安全服務。該服務的特點是全球、高速、安全、IP連接。典型的基于SBB的前艙應用如下。

1）基于IP的數字式語音通信

傳統機載衛星通信系統均使用話音模式（模擬式）進行通話，而通過SBB的IP通道可進行數字式的語音信號傳輸。不僅大大提高了通話質量，安全性和抗干擾能力也得到了大幅提升。另一方面，話音模式由運營商按照通話分鐘數計費，而數據模式則按照流量計費，對于通話量大的用戶可以大幅度節省費用支出（據某航統計可節省一半以上通話費用）。

2）大幅提高報文收發速度

傳統ACARS系統使用Datalink對報文進行收發，正常情況下使用甚高頻數據鏈（VDL）進行傳輸，速度在30kbps左右;在沒有VHF地面站信號覆蓋（高原、偏遠、跨洋、極地）的情況下，使用傳統Classic Aero衛星數據傳輸時速度只有lOkbps左右，造成長報文收發時間可能達到數分鐘的情況。而將ACARS系統與衛星通信SBB通道相連，報文將以超400kbps的速度進行傳輸，收發時間縮短至秒級，大大提升運行效率。

3）飛行數據實時傳輸

馬航MH370失蹤后，在大洋區域無法找到黑匣子，始終無法確定事故原因。此后“Black Box ill the Cloud”的概念不斷被提及，此即為飛行數據實時傳輸。傳統的飛行數據查閱只能等到飛機落地后進行譯碼調取，受限于普通通信方式的容量限制，不可能做到飛行數據的實時下傳。但借助SBB功能的帶寬，將重要的飛行數據通過衛星通信實時發送到地面成為可能，也成為了運行控制和飛行品質監控的重要補充手段。

4）電子飛行包數據更新

近年來國內越來越多的航空公司配置電子飛行包（EFB），這些EFB都是飛機落地后通過地面網絡進行更新。同樣，通過SBB功能可以實現空中EFB數據傳輸，實時更新飛行計劃、氣象云圖等內容，甚至添加更多的APP應用，使飛行員接收到更多準確可靠的信息，提升飛行安全品質。

3 SB-S技術在全球范圍內的發展

航空衛星通信系統與海上或地面移動衛星通信系統有明顯差異，如飛機高速運動引起的多普勒效應比較嚴重，機載站高功率放大器的輸出功率和天線的增益受限。因此，在航空衛星通信系統設計中采取了許多技術措施。例如，采用相控陣天線，使天線自動指向衛星;采用前向糾錯編碼、比特交織、頻率校正和增大天線仰角，以改善多普勒頻移的影響。目前全球僅有為數不多的廠家可以生產航空衛星通信系統，其新開發的設備均具備SBB功能，如表2所示。

目前在全球范圍內，SB-S技術正在由多方推動，在短期內將會迎來一個大的發展。推動方主要有：

1）設備供應商

主流航電設備供應商在其新開發的衛星通信系統上普遍支持SBB功能，滿足SB-S服務的硬件要求。新的硬件無論從重量、耗電、可靠性方面都比現有的Classic Aero產品有極大的改進。

2）網絡運營商

Inmarsat于2016年底發布SB-S發展趨勢白皮書，表明其通過自身強大衛星網絡支持SB-S發展的決心。

3）飛機制造商

最新的空客A350和波音787等機型，線裝（ Line-fit）的衛星通信設備已滿足SB-S的硬件要求，目前主流的波音737/777、空客A320/A330等機型，線裝和改裝的取證工作也已啟動。以空客飛機為例，其SB-S解決方案稱之為“LightCockpit Satcom”，已開始在A320和A330上進行設計取證，線裝和改裝方案的推出計劃是2018年下半年。

4）航空營運人

SB-S最直接的受益者是航空營運人，目前歐美一些航空公司已經開始了SB-S的應用。如美國夏威夷航空公司在其波音767-300機隊已經通過STC方式加裝系統啟用了SB-S服務，并在實時位置報、與空管和簽派的快速聯系等方面取得了良好的效果，該公司更進一步確定了在其未來的數十架A321Neo飛機上也加裝該系統。

4總結

SB-S作為近年來的新技術，伴隨著全球民航業高速發展走進了更多人的視野，其本身的技術優勢和應用擴展前景將給民航通信和監視系統帶來新的變革。今天，Space-Based通信技術可能只是Ground-Based數據連接的一個補充，但在未知的明天，前者可能會超越后者。SB-S在我國尚處于起步階段，目前的應用還不充分，但其正在引起民航管理機構和航空公司的重視。相信經過未來幾年的發展，SB-S技術將更多的助推我國民航運行效率和安全水平提升。

參考文獻

[1] CAAC航空公司運行控制衛星通信實施政策[Z]. 2012.

[2] Inmarsat. SwiftBroadband-Safety：The Future ofAircraft Communications [Z].2016.