浅谈导航技术在低空空域航空器管理上的应用

陶禹州

摘要：近些年，随着我国经济快速增长，科学技术不断提升，综合国力迅速增强，我国通航业务和无人机产业进入了快速发展阶段。无人机在各行各业的广泛应用，以及通用航空产业的迅猛发展，对空域的需求与日俱增，与此同时，民航飞行流量和军航飞行训练用空范围的不断扩大，空域使用对象日趋多元，难以做到在雷达环境下完全监控、管制，尤其对低空空域的使用管理带来了严峻挑战。

关键词：导航技术;管理;应用

目前，现有的低空空域管理机制和手段已经很难适应航空事业发展对低空空域的使用要求，除进行必要的空域结构调整、管理机制的改革外，充分利用新技术、新装备解决低空空域管理面临的问题，是提高低空空域的管理和使用水平的主要方法手段，其中先进导航技术的应用是航空器管理的重要技术手段，也是确保低空空域航空器飞行安全，防止航空器之间，航空器与地面障碍物相撞的关键要素。

一、传统导航技术概况

现阶段的导航方式多是以无线电导航为主，它具有全时段、全天候、定位精度高，位置信息更新快等特点，基本可以满足用户在复杂气象条件下导航定位需求。因此，无线电导航是当前复杂气象条件下和地面情况不明、高空远航条件下一种不可或缺的导航方法，是目前保证飞机在复杂气象条件下按仪表飞行规则（IFR）飞行的主要手段。但无线电导航也存在明显弊端。

（一）无线电抗干扰性差。无线电导航系统的信道是无线电波，这就决定了无论是用户还是导航台必须以辐射无线电波的方式才能获得相应的数据和信息，而随着频谱管控，电子对抗领域的快速发展，各频段的无线电波都能够轻松的被截获和干扰，在军事领域就会带来极大的安全隐患，我方的无人机信号就存在被敌人截获侦破的风险，这样的情况是真实存在的，在2011年的时候，伊朗就在跟阿富汗接壤的地区，捕获了美军的RQ170隐身无人侦察机，2018年时，伊朗再次侵入无人机的控制系统，捕获美军一架死神无人机。尽管不能确定伊朗是否通过截获导航信号诱捕美军无人机，但可以肯定的是，一旦无人机等无人装备接收到欺骗的导航信号，就存在无人飞机或是无人装备叛变投敌的风险。

（二）无线电使用局限性大。只要是非自主导航系统，无论是以路基为基础，还是海基，空基、甚至星基为基础，都需要导航台站处理提供导航信息来给予用户支持，这就限制了导航的服务范围，首先如果用户不在“服务区”内，导航服务就难以进行，当需要扩大服务范围时，就必须相应的增加导航台站的数量。增加导航台站，一方面要面临增加成本、人工的问题，另一方面还会带来安全上的风险，导航台站多是固定辐射源，且信号强度辐射范围多能达到200-300公里，极易暴露目标，成为对方反辐射导弹打击的重点对象。并且随着城市面积的扩大，电信业务的快速发展，目前导航台站还存在选址困难的问题，导航频段易受干扰，导航信号受到城市高楼，山脉丘陵的限制，服务范围受限。另外，导航台站一旦失效，机载导航设备便无法使用，这在战时都是极其致命的，且依赖程度极高;地面站多数虽可以遥控，但仍需要定期进行维护，无形中增加了人工成本与风险。例如俄制近程导航系统由于工作频段与手机信号频段相互重叠，作用范围便严重缩水;国内也经常报道高大建筑阻碍导航信号影响飞行安全被迫拆除的新闻。

二、新型导航技术在航空器管理上的应用

目前通航产业和无人机的发展对航空器的管理带来了极大的挑战，尤其在低空空域，航空器飞行冲突越发凸显，主要表现在高大建筑影响无人机信号传输，造成无人机失联乱飞;山谷丘陵等地形干扰无法及时为小型飞机提供情报服务，黑飞问题层出不穷，这种“看不到、叫不到”的情况严重影响飞行安全，同时也极大的限制了低空空域的开放与使用，甚至严重威胁国家空防安全。

造成这些问题的主要原因，一方面是制度监管上存在漏洞，而另一方面更多的是技术层面的不足，有方向性天线辐射电波与地面存在夹角，限制了服务的区域与范围，无方向性天线又无法提供准确的距离位置信息。随着导航技术的发展，惯性导航，GPS（全球定位系统），SLAM（同时定位与地图构建），北斗导航等技术的日趋成熟与完善，新的导航技术为传统导航技术难以覆盖的地区和空域，能够全面提供导航监视，同时对低空空域的管理上提供了新的思路和方法。

（一）惯性导航和SLAM等自主导航方式的应用。装有多传感器融合的无人机，可以实时采集无人机周围环境信息、自身姿态信息，然后通过这些信息深度融合，构建出周围障碍物、航空器等飞行环境深度地图，从而规划飞行路径，自主避让，自主导航，实现无人机管理的自主智能化。而自主导航虽然存在长时间使用会出现精度漂移的问题，但在短时间内可以有效满足复杂条件下的导航需求，如果能与非自主导航方式有效结合，形成以自主导航为主，非自住导航方式为辅，多种位置信息修正精度漂移的导航方式，就可以极大提高导航精度。

（二）自主導航与GPS、北斗等定位导航融合的应用。能够自主导航的航空器，再通过精确的定位导航规划处理飞行路径，实现各个航空器之间动态飞行路径和周围环境实时共享，有效的防止了航空器之间，以及与障碍物的相撞，摆脱了地面导航台，信号站的束缚。目前大疆、亿航等品牌就已经完成在失去人为干预条件下自主完成避障，根据前期空域的栅格划分，始终保持在安全空域，利用视觉智能识别有效防止相撞。同时在军事领域，可以极大降低成本，有效减少对导航台站、卫星的依赖，削减了建设台站、卫星发射的费用;减少因电磁信号暴露带来的风险，有效摆脱对美国GPS信号的依赖。而配合我国自己的北斗导航技术，就可以实现在山谷、低空、敌后复杂环境和条件下的设备导航和地图信息的采集构建，为低空空域航空器管理提供非常安全可靠的管理手段，确保了航空器的飞行安全。