民航空管中衛星通信技術的運用分析

莊建淼

摘 要：各頻段衛星移動通信空中交通管理應用技術是民航空中交通管理中主要應用的通信技術，其是空中交通服務體系質量提升的主要依據。航空中交通管理中衛星通信技術的運用，可以為航空運行通信現代化通信管理模式運行提供高效渠道。因此，本文以C波段、KU波段、S頻段衛星通信技術為要點，介紹了民航空中交通管理中衛星通信技術內涵，分析了民航空中交通管理中衛星通信技術的運用，并對民航空中交通管理中衛星通信技術發展趨勢及面臨挑戰進行了簡單的分析。

關鍵詞：民航空中交通管理;衛星通信技術;C波段

中圖分類號：TN927.2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）02-0010-02

衛星通信技術具有容量大、頻帶寬、覆蓋面廣的特點。在民航空中交通管理中利用衛星通信技術，可以有效擺脫地理、空間位置的約束，節約民航空中交通管理通信資金損耗成本。因此，在民航空中交通管理中衛星通信技術具有較高的優勢。而在民航空中交通管理衛星通信性能不斷提升，類型不斷豐富的背景下，對民航空中交通管理中衛星通信技術進行適當分析具有非常重要的意義。

1 民航空中交通管理中衛星通信技術概述

民航空中交通管理中衛星通信技術主要為各個地球站、航天器間提供無線信號傳輸渠道的通信技術[1]。民航空中交通管理中衛星通信技術主要包括衛星移動通信技術、衛星中繼通信、衛星固定通信技術、衛星直接廣播等。其中衛星中繼通信主要是在地球站、航天器間建立溝通渠道;而衛星移動通信、衛星固定通信技術、衛星直接廣播可為地球站間信息交互提供依據。

2 民航空中交通管理中衛星通信技術應用現狀

20世紀90年代，我國開始建立民航衛星通信基礎網絡。我國首批民航衛星通信基礎網絡主要借鑒美國休斯衛星通信技術基礎架構，建設了小規模衛星電話地球小站;隨后我國科研機構利用PES技術，對前期衛星數據系統進行了優化，在一定程度上緩解了C波段網絡信息資源緊張程度。在21世紀，我國自主研制了衛星網絡系統，即基于12GHz-14GHz的KU波段衛星網絡。我國多數民航系統中均配置有衛星通信系統，在現階段民航空中交通管理中，航空衛星通信主要依靠地球同步軌道衛星，可覆蓋除南極、北極外的多數地區。以海事衛星航空站為例，海事衛星航空站穩定運行，可以滿足全球范圍內多數民航或其他移動交通設備信息傳輸服務要求。但是，由于我國缺乏充足的民航衛星通信技術研究經驗，也沒有完善的民航空中交通管理體系研究經驗，現階段我國衛星通信技術仍然無法滿足民航空中交通管理體系運行需求。

3 民航空中交通管理中衛星通信技術的運用

3.1 民航空中交通管理中衛星通信系統基礎架構

（1）民航空中交通管理幀中繼主要包括幀中繼交換機、ACP50接入設備、轉換盒、民航局、管理局幾個模塊。其中ACP50接入設備可支持多種協議。并為轉換盒接入衛星傳輸端口提供多個E1/T1信道。（2）多路費用器主要包括復用器、轉報機、多雷達系統、內話系統、氣象質量系統、民航局等幾個模塊。以電報系統傳輸為例，在傳輸實現階段，需要利用SNMP復用器網管軟件，經骨干管道，依據XXX SUBSCRIBER協議。進行本端口IP、呼叫IP及圖表命名配置。（3）直接鏈路應用主要包括民航局、終端用戶、備用管理模塊、鏈路幾個方面。其主要以RJ接頭接入、衛星內時鐘同步傳輸的方式，進行氣象數據、話音、雷達信息、民航數據及其他數據信息的直接傳輸。

3.2 民航空中交通管理中衛星通信系統應用

（1）C波段衛星通信技術。C波段衛星通信技術是民航空中交通管理發展初期主要用技術，其主要以語音通信為核心，通過PES衛星通信技術、PES衛星通信技術的合理應用，構成了一套完善的數字衛星通信體系。民航空中交通管理C波段衛星通信技術主控網站在我國首都北京，而民航空中交通管理C波段衛星通信技術備用控制站點主要位于廣州。在民航空中交通管理C波段衛星通信技術應用過程中，可以通過頻分多址，即FDMA技術，與地面站點進行信息交互。而在民航內部主要信息傳送頻率為70.0MHz，通過整體網絡站點的合理建設，可在電報業務傳輸的基礎上，實現語音傳輸及雷達數據傳輸。（2）KU波段衛星通信技術。在我國民航事業飛速發展過程中，民航空中交通管理系統對現代化通信設備依賴逐步加大。這種情況下，單一C波段衛星通信技術就無法滿足民航空中交通管理對帶寬的要求[2]。據此，我國民航機構利用KU波段衛星通信技術，進行了新型民航空中交通管理系統的構建。KU波段衛星通信技術主要采用加拿大VSAT系列產品，利用美國企業生產的ODU進行室外單元構建，同時利用我國自主研發的室外天線，將多家設備進行有效連接。KU波段衛星通信技術主要網絡控制站點及備用網絡控制站點分別為北京、上海。通過KU波段衛星通信技術在民航空中交通管理中的應用，可實現氣象廣播式數據播報、低速異步數據傳輸、熱線電話撥打、雷達引接數據、視頻多媒體會議等多方面功能。相較于C波段衛星通信技術而言，KU波段衛星通信技術使用了更加小的天線口徑，有效拓展了天線信息傳輸效率及傳輸量。（3）S頻段衛星通信技術在民航空管中的應用。S頻段衛星通信技術涉及了語音、信息通信、傳真等多個方面，可以保證民航空中交通管理信息傳輸速率在2.40-492.0kbps之間。在實際運行中，基于S頻段的民航空中交通管理系統主要包括通信衛星、S頻段機載站、機場管理站、地面網、空中管理局等幾個模塊。在基于S頻段民航空中交通管理系統運行過程中，可實現空中交通管理局與民航、機場與民航、航空公司與民航、航空乘客間信息交互，為民航服務質量的提升提供有效的依據。為保證S頻段民航衛星通信效果，在民航空中交通管理系統實際運行中，相關人員可從技術體制、機載配置兩個方面進行合理分析。其中在技術體制方面，基于民航空中交通管理的特殊性，需要綜合考慮民航通信效率、應用環境、抗噪性能、頻譜利用率等多方面因素。在S頻率民航控制交通管理系統運行階段，一般需保證S頻率衛星通信技術通信速率在28.7kbps以上[3];并保證S頻段衛星方向通信速率在12.6kbps以上;同時依據S頻段衛星通信波體機制特征，需保證S頻段衛星通信系統位于動態性能良好的運行環境中，并控制S頻段衛星通信系統抗噪聲性能、頻譜利用率與標準需求一致。在這個基礎上，依據地面站點、飛機特點，可進行一站點、多網絡模塊的設置，以保證波束間信息傳輸效率。

機載配置設施是S頻段衛星通信技術與飛機間信息交互的主要渠道?；赟頻段衛星通信系統機載配置主要包括射頻前端、航電接口、位置功效設備、衛星數據終端幾個模塊。在具體機載配置階段，可依據現有衛星通信手段，以TES為地面衛星站點，結合民航空中交通管理需求，經ATM移動網絡，進行全民航衛星數據備份模塊的合理劃分，以保證在民航空管數據全面完整性。

4 民航空中交通管理中衛星通信技術發展趨勢及挑戰

4.1 民航空中交通管理中衛星通信技術發展趨勢

依據民航信息全球化共享特點，基于寬帶的數字通信網絡成為未來民航發展主要趨勢。現階段民航衛星通信網絡主要為民航空中交通管理業務地面通信補充相關措施、提供特殊環境應急通訊。這種情況下，依據國際民航組織頒布的《全球空中航行計劃（2013-2028年）》的相關要求，航空移動衛星通信、基于性能導航、廣播式自動相關監視技術，就成為民航發展的主要模塊。

（1）基于我國地域廣闊特點，自然環境災害發生頻率較大，為衛星通信技術在民航應急通信模塊的應用提供了良好的機遇。如在玉樹地震或南方冰雪災害期間，利用衛星通信技術可以有效地保障民航通信工作順利開展。（2）基于民航空中交通管理的衛星移動通信隸屬于前艙通信，其可以通過高頻、甚高頻模式進行信息傳輸。而在高頻、甚高頻模式運行中，電離層、視距等因素，直接影響了整體衛星通信效果。這種情況下，進一步發掘衛星移動前艙通信潛力，就成為民航空中交通管理衛星通信技術發展的主要任務。（3）全球衛星導航系統是基于性能的衛星導航技術的主要運行平臺。在民航機載設備、不斷發展的背景下，衛星導航技術逐步覆蓋了終端區域、近著陸飛行段、航路段等各個模塊，形成了初步完善的空中交通管理模式?；趯Ш降男l星通信技術的不斷發展，也為民航空中交通管理安全系數、空域容量的提升提供了依據[4]。（4）廣播式自動相關監視技術是未來民航空中交通管理發展重點。廣播式自動相關監視技術將通信技術、地面設備、機載設備、衛星導航等技術進行了有機整合，可在擴展監視覆蓋范圍的同時，也可以提高民航管制員對民航運行態勢感知能力。而通過GPS定位數據源的不斷優化完善，可逐步構建更高等級的多星座兼容的移動衛星通信系統，從而進一步提升廣播式自動相關監視的可靠性。

4.2 民航空中交通管理中衛星通信技術發展階段面臨挑戰

在民航空中交通管理系統發展過程中，衛星通信技術在傳輸透明化與IP化、高帶寬需求與通信成本、實時性需求與資源匱乏等方面，均存在較為突出的問題[5]。

（1）基于民航空中交通管理信息傳輸對通信質量實時性、透明化要求，需控制民航甚高頻話音通信時延在20.0ms以下，誤碼率在1*10-6以下。這一要求與衛星通信技術IP化發展趨勢具有一定沖突，進一步加劇了民航衛星通信固有時延開發難度。（2）在民航信息通信量不斷增加的背景下，航空信息全球化共享成為民航發展的主要趨勢。而現階段衛星通信帶寬資源資金成本較高，限制了民航衛星通信后續發展。（3）為保證民航衛星空中交通通信的安全穩定性，需要保證充足的衛星移動通信資源儲備。而現階段衛星移動資源不足，阻礙了航空衛星移動行業的發展。（4）從國家經濟安全模塊進行分析，依據我國民航戰略發展目標，自主開發符合我國民航空中交通管理需求的衛星通信技術及設備，也成為我國民航空中交通管理系統發展階段面臨的重大挑戰。

5 結語

綜上所述，在民航飛行量不斷提升的背景下，民航空中交通管理業務信息傳遞對通信傳輸可靠性、延時性、容量提出了更高的要求。因此，相關人員應積極實踐，綜合分析C波段、KU波段、S頻段衛星通信技術特點，結合民航空中交通管理需求，針對民航空中交通管理中衛星通信技術發展階段面臨的挑戰，不斷優化探究，推進衛星通信技術在民航空中交通管理中的有效應用。

參考文獻

[1] 洪慕琦.衛星通信技術在民航空管的應用淺析[J].科技與創新，2017（10）：161.

[2] 曾星星.S頻段衛星移動通信空管應用技術的相關探討[J].中國高新區，2018（12）：29.

[3] 張更更.針對民航衛星通信技術探析[J].中國新通信，2014（9）：26.

[4] 陳冬.S頻段衛星移動通信空管應用技術研究[J].軟件導刊，2016（6）：137-139.

[5] 卜恩書，高紅蕾.衛星通信在民航空管中的應用與發展[J].衛星應用，2015（11）：60-61.