卫星通信在民航空管中的应用与发展

● 文|民航局空管局通信导航监视部 卜恩书 高红蕾

卫星通信在民航空管中的应用与发展

● 文|民航局空管局通信导航监视部 卜恩书 高红蕾

民航空管信息的应用环境具有覆盖范围广且业务量小、通信质量要求高、业务种类多等特点，卫星通信因其面向覆盖范围大而业务量又较小的应用环境和面向点对多点之间通信的应用环境（包括广播、双向交互等通信方式）等特点，满足了民航空管信息的应用需求。卫星通信在民航空管系统应用近20年来，为保障空管安全运行，发挥了重要作用。

一、民航卫星通信网概述

我国民航卫星通信网由C频段卫星通信网和Ku频段卫星通信网组成。其中，民航C频段卫星通信网于1995年建成投入使用。C频段卫星通信网采用美国休斯公司生产的甚小口径终端（VSAT）卫星通信系统，由语音卫星通信网和数据卫星通信网组成，可以提供可靠的话音业务和数据业务传输。

随着航空运输量的快速增长和空管业务的发展，空管业务对卫星带宽的需求不断增长，为满足民航信息传输的需要，“十一五”期间，民航开始建设Ku频段卫星通信网。民航Ku频段卫星通信网于2005年建成并投入使用。民航Ku频段卫星通信网采用加拿大波拉赛特通信公司生产的VSAT Plus II系统，该系统基于跳频TDMA技术，网络拓扑采用全网状拓扑结构，支持V.35、V.24、FR、E&M、E1等多种接口，满足民航空管系统多种业务传输的应用需求。

截至目前，民航卫星通信网共建设C频段移动式（TES）地面站170余座（包含10座境外站），卫星数据（PES）地面站100余座；Ku频段卫星地面站200余座，基本满足了目前民航空管远端台站的业务通信传输要求。

二、卫星通信在民航空管中的应用

进入21世纪，随着飞行量的增长，空管业务信息对于通信传输的容量和质量（可靠性和时延）要求越来越高，卫星通信因其带宽受限和固有时延特点，逐渐不能适应空管信息的传输需求。且随着地面通信技术的快速发展和空管基础设施的不断完善，卫星通信开始作为空管信息的备用和应急传输手段。

三、卫星通信在民航空管中的未来发展需求

为实现民航信息的全球化共享，未来民航将采用基于宽带的数字通信网络作为主要传输手段，现有的民航卫星通信网将主要作为空管业务地面通信的补充传输手段，以及灾害条件或特殊条件下的应急救援通信或信息传递手段。

同时，根据国际民航组织发布的全球空中航行计划（2013—2028年），为进一步提高全球民航水平，提升空中航行容量与效率，降低民航活动对环境的不利影响，民航将采用先进的星基通信、导航、监视技术，如航空移动卫星通信（AMSS）、基于性能的导航（PBN）以及广播式自动相关监视（ADS-B）等技术，实现更加精确、安全的飞行和更加高效的空中交通管理。

未来在民航空管领域，对于卫星通信的使用需求将更加旺盛，主要包括：

1.卫星通信在民航空管常规业务中的应用

未来，民航空管系统将继续发挥卫星通信低成本、灵活机动、无缝覆盖的优势，将其作为空管常规业务的备用或应急通信传输手段。

2.卫星通信在民航空管中的应急通信保障作用

我国地域辽阔、自然环境复杂、灾害频发，卫星通信在保障民航应急通信方面应用前景广阔，如在汶川地震、玉树地震以及南方冰雪灾害救援期间，民航卫星通信网都发挥了重要作用。未来，我们将充分发挥卫星通信的优势，加强卫星通信应急保障体系的建设。

3.航空移动卫星通信

航空移动卫星通信分为前舱通信和后舱通信，民航空管移动卫星通信业务属于前舱通信。目前民航地空通信主要依赖高频与甚高频，由于甚高频通信只限视距范围内，故不能满足航空运输远程通信的需要。高频通信又受电离层不稳定因素的影响，通信的可靠性存在着一定问题。而卫星通信通信距离远，且不受沙漠、海洋等地理因素的限制，可以在飞机与地面之间为飞行员与管制员提供话音和数据通信业务，具有满足目前及未来航空通信需求的独特潜力。

4.基于性能的导航技术

PBN运行将主要依靠全球卫星导航系统（GNSS），通过将飞机先进的机载设备与卫星导航及其他先进技术结合起来，涵盖了从航路、终端区到进近着陆的所有飞行阶段，提供了更加精确、安全的飞行方法和更加高效的空中交通管理模式。PBN是飞行运行方式的重大变革，能有效促进民航持续安全，增加空域容量，减少地面导航设施投入，提高节能减排效果。国际民航组织已将全球实施PBN运行列为最高优先级。ADS-B技术将卫星导航、通信技术、机载设备以及地面设备等先进技术相结合，将提供更加安全、高效的空中交通监视手段，能有效提高管制员与飞行员的运行态势感知能力，扩大监视覆盖范围，提高空中交通安全水平、空域容量与运行效率。

当前ADS-B应用的主要航空器定位数据源是GPS，数据源可靠性受到卫星导航技术体制和航空器机载设备的影响，未来将考虑使用多星座兼容的GNSS系统，为ADS-B的应用提供连续、可靠、准确的定位信息。

四、卫星通信在民航空管系统中面临的挑战

1.卫星通信技术的IP化与空管实时性（传输透明化）之间的矛盾

空管业务信息传递对于通信质量的可靠性和实时性要求特别高，例如，根据甚高频话音通信系统技术规范，甚高频话音通信传输要求时延不超过20ms，误码率应小于1×10-6。且随着航班量的增长，未来对于传输时延的要求有可能进一步降低。目前，卫星通信技术正在向IP化方向发展，卫星通信固有时延以及IP化开销增加的时延，势必会与空管业务通信实时性的需求产生矛盾。

2.高带宽的需求与卫星通信的带宽受限及成本之间的矛盾

随着航班量的增长和大数据的应用，以及航空信息全球化的共享和融合，未来民航对于卫星通信带宽的需求将进一步增长。但目前卫星通信相较于地面通信来说，带宽资源受限且费用昂贵，难以满足民航未来应用需求。

3.快速增长的卫星移动通信需求与卫星移动资源匮乏之间的矛盾

为保证飞行安全，航空卫星移动通信需要可靠性高、转发延时小等特点。但目前全球可用的卫星移动资源较少，无法满足快速增长的航空卫星移动通信需求。

4.卫星设备国产化

目前，无论是民航空管现在应用的VSAT卫星通信设备还是航空卫星移动通信、基于性能的导航、广播式自动相关监视技术应用的卫星资源，目前均以国外卫星通信资源为主。从经济发展和国家安全角度考虑，为实现我国从民航大国向民航强国的战略发展目标，迫切需要尽快实现卫星设备国产化。

5.广播式自动相关监视技术

ADS-B是国际民航组织确定的未来主要监视技术。