北斗在通航领域应用推广的思考与建议—以湖南省为例

文｜何雄平

湖南省通用航空发展有限公司

一、引言

北斗卫星导航系统是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设运行的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要时空基础设施。自提供服务以来，北斗系统已在交通运输、农林渔业、水文监测、民航、通信授时、电力调度、救灾减灾、公共安全等领域得到广泛应用，服务国家重要基础设施，产生了显著的经济效益和社会效益[1]。

通用航空泛指公共航空运输以外的民用航空活动，已成为现代交通运输界公认的黄金产业。然而目前，我国通用航空发展面临空域管理体制、适航标准不健全、飞机国产导航设备配备率低、产业发展滞后等问题。积极推动北斗卫星导航在通航领域的应用，是解决空管管理问题、提高飞机导航设备国产化率、带动产业发展现行有效的切入点。本文以湖南省北斗通航应用为研究对象，以空域体制改革为切入点，深度剖析通航北斗应用价值，为北斗在整个通航领域的应用推广提供借鉴。

二、北斗卫星导航系统及通航应用情况

北斗卫星导航系统“三步走”发展战略圆满完成，进入持续稳定运行、规模应用发展的新阶段。2021 年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达到4690 亿元人民币。目前，北斗系统在交通运输、公共安全、救灾减灾、农林牧渔、城市治理等行业领域，以及电力、水利、通信基础设施建设等方面，已逐步形成深度应用、规模化发展的良好局面，正在全面赋能各行各业并实现显著效益。

1. 通用航空卫星导航技术应用现状

通用航空是推动战略性新兴产业、构建国家综合立体交通网、推动多领域民航强国的重要举措。通用航空呈现加速发展态势。然而存在依赖国外GPS 导航系统、国产导航设备配备率低等问题，严重影响通航产业发展及国家安全[2]。因此积极推动北斗卫星导航在通航领域的应用，全面推进国家通航的发展势在必行。

2. 国家政策全面支持北斗在通航的应用发展

近年来，随着通用航空的快速发展以及通用航空导航设备应用需求的不断增加，为规范通用航空导航设备，切实保障飞行安全，交通部发布2021年第2 号文，对CCAR-85-R2 民用航空导航设备开放与运行管理规定增加通航相关内容。2019 年12月发布的《中国民航北斗卫星导航系统应用实施路线图》中为北斗在通航领域的应用规划了“固定式/便携式位置报告”“机载多模式综合监视”“机载多模接收机”三个阶段[3]，为北斗在通航的应用发展提供了指导。

3. 北斗在通航领域的应用现状

在上述背景下，民航局推动建设了“通用航空北斗飞行动态信息服务平台”。根据最新的2021年民航行业发展统计公报，截至2021 年底通用航空在册航空器总数达到3018 架。截至2022 年3 月31 日，该平台共登记通用航空企业400 家，通用航空器2090 架，绑定北斗机载设备及北斗卡的通用航空器1878 架。

尽管民航局北斗应用实施路线图已出台，但国内通用航空低空监视和管理能力还存在严重不足[4]，北斗通航应用的项目、课题等名目繁多杂乱，缺乏统一管理，未形成统一技术标准。根据北斗网及民航局官方网站调研，目前只有少部分通用类型标准涉及北斗通用航空应用，尚未形成系统性的标准体系。因此亟需在剖析产业特点的基础上，推动北斗低空空域技术标准化体系建立，保障北斗在通航领域的规范化、规模化发展。

为推动北斗在通航领域应用，中国卫星导航系统管理办公室先后推动湖南、江西、吉林等多个通航示范工程项目。其中，湖南省作为全国首个全域低空空域管理改革试点拓展省份，成为北斗通航应用的排头兵，为后续通航在全国的推广应用提供借鉴。

三、技术创新为北斗通航应用带来新机遇

北斗为传统行业注入新动能的同时，也正加速与新一代通信、物联网、人工智能等新技术深度融合，北斗应用新模式、新业态、新经济不断涌现，为通航产业发展带来新力量、新市场、新动能。

北斗与5G。利用“北斗+5G”融合应用，可为湖南省低空空域分类管理、低空飞行服务保障体系建设提供高精度的空中、地面定位服务，为通航飞机、无人机等提供高精度、高带宽、导航服务与应用产品。

北斗与物联网。利用“北斗+物联网”融合应用，可为湖南省低空飞行服务保障体系建设提供丰富的物联感知数据来源，为低空空域管理提供“北斗+智能传感器”系列化基础产品，优化营商环境，壮大低空经济产业链条。

北斗与卫星互联网。利用“北斗+卫星互联网”融合应用，为通航飞机提供高精度、高可靠性、高效率的卫星定位服务和高带宽的低轨卫星通信服务，极大提升低空飞行服务保障能力。

综合PNT。综合PNT 系统的建设和应用能力的逐步健全，将为通航飞行器提供高集成度、高可靠性、高性价比的定位导航手段，并且，随着综合PNT 网络的构建，通航领域定位、导航手段的创新将加速到来。

综上，未来将不断推进北斗技术与5G、大数据、物联网、卫星互联网、云计算、区块链、人工智能等技术的融合应用，运用“+北斗”思维，充分发挥北斗高精度、高可靠、高安全的新一代信息时空技术体系，持续推进通航领域的高安全、高智能、高效益发展。

四、湖南省通航产业特点分析

2020 年9 月1 日，中央空管委批复了湖南省全域低空空域管理改革试点实施方案，要建立湖南省通用航空服务中心（以下简称服务中心），服务中心负责统筹湖南通用航空业发展、承担全省通用航空和无人机监管等社会公共通用航空服务，打造通用航空发展“天地人和”湖南新模式。

1. 湖南通航发展的基础及必要性

地缘位置是发展通航的客观需求。湖南西部及毗邻的贵州、广西等地区多崇山峻岭，通航作业拥有巨大市场需求。此外，湖南地处我国中部地位，是连接长三角、珠三角、西南地区和华北地区的枢纽，便于建设辐射华中、华南地区的通航服务枢纽。

湖南省高度重视通航产业发展。围绕产业发展、机场建设，现已出台《促进湖南通用航空业发展实施意见》《湖南省通用机场布局规划（2016—2030年）》等专项规划和政策，通航发展的顶层设计已基本完善。

装备制造业突出，经济基础雄厚。三一集团、中联重科、铁建重工、山河智能等优质企业集聚成链，优势产业集群发展，为通航的发展奠定了殷实的基础。

航空装备研发制造和飞行服务方面具有良好的发展基础。湖南是航空装备研发制造大省，具有“航空动力研制、通用飞机制造、航空零部件制造、通用航空运营、配套衍生产品生产”的完整产业链。在飞行服务方面，衡阳通航是湖南省第一家经民航局审批的国有通用航空公司，现有训练机型和数量、通航体育人才队伍和设备配置在中南地区位居第一。

2. 湖南通航产业发展的成果

2020 年湖南获批全国首个全域低空空域管理改革试点拓展省份，也是第一个开展全域低空开放、集中集成新技术应用的试点省份。目前湖南省在法规制度保障体系构建、低空空域划设方案编制、军地民协同运行管理机制创建、低空飞行服务保障体系建设、通用机场场址审核等方面取得了突破性进展。

五、北斗在湖南省通航产业的价值思考

通用航空产业链条长、服务领域广、带动作用强[5]。全面梳理通航产业链上游、中游、下游，结合北斗卫星系统可实现以下功能（图1）。

图1 通航产业链图

利用北斗系统提供的精确导航、定位和授时服务功能，结合电子地图和其它导航设施，实现航空器起飞、降落、飞行过程及地面各类交通设施的导航定位和时间服务，并拓展至林业、农业等应用。

利用北斗系统提供的基本导航、定位和授时服务功能，融合北斗短报文位置报告或移动通信网络、互联网功能，实现对航空器、机场设施、地面车辆等交通工具的位置监视、指挥、调度、应急救援和航迹追踪管理。

针对通航对导航精度及完好性有较高要求的应用，进一步应用差分技术、监测系统等实现星基增强服务功能，满足国际民航组织（ICAO）对卫星导航服务的需求。

鉴于湖南省雄厚的装备制造业以及特殊的地缘优势，也使其在通航领域应用改革中起到了先锋军的角色。为加速湖南省通航产业发展，湖南省创新性地提出了“天地人和”通航发展新模式，即搭“天网”，解决通航飞行安全问题；建“地网”，解决通航“落地难”的问题；连“人网”，解决飞行计划快速申报审批问题；强“协和”，实现“军地民高效协同”的发展目标，进一步从低空空域分类管理、低空目视航路航线网络构建、低空飞行服务保障体系建设、监督管理、基础设施建设、营商环境六个方面，有力地推动了湖南低空空域管理改革的开展。

基于调研情况，依托湖南省全域低空空域管理改革试点规划，编制湖南省通航改革的阶梯型规划图如图2 所示。

图2 湖南省通航改革阶梯型规划图

可以看出，湖南省低空监视通信网络、低空空域划设机制还不尽完善，三者相辅相成，相互制约。北斗在湖南省全域低空空域管理改革中的应用价值如表1 所示。

表1 湖南省低空改革北斗应用价值思考

续表1

基于上述分析，形成一套北斗在通航应用的型谱规划，具体如图3 所示。

图3 北斗通航应用型谱规划图

本节以湖南全域低空空域管理改革工作六大任务为立足点，提出对北斗卫星导航的需求及思考建议，打通通航发展堵点，打造通航产业发展的“湖南样板”。

1. 建立北斗通航标准体系，推动通航规范化发展

充分借鉴国家、行业相关卫星导航领域应用标准基础，结合北斗行业示范项目经验，按照需求为本、急用先行的立标制标原则，从信息服务标准、通航应用产品标准、管理标准三个方向开展北斗通航标准的研究制定（图4）。

图 4 北斗通航应用标准体系框架图

此外，通用航空具有飞行高度低、飞行器小、飞行速度慢的特点，对系统和设备的性能要求相对较低，且具备自主可控优势，可规避国际民航标准壁垒。因此可率先在通航领域开展机载终端设备的标准制定工作，先试先行，建立北斗通航标准试验田，进而为北斗民航国际标准化和应用示范提供支撑和运行依据。建议优先制定的标准清单如表2 所示。

2. 推动卫星通信、卫星导航、卫星遥感在通航领域的综合应用

通过卫星通信、卫星导航、卫星遥感技术的应用，创建湖南通航产业链上中下游联动的通用航空服务保障体系，创造高效、安全、共享、协调的产业环境，创立全国通用航空产业发展标杆和标志性低空服务平台。天基资源通航应用解决方案如图5 所示。

图5 天基资源通航应用解决方案

在卫星导航应用方面，在飞机侧结合北斗在民航领域应用规划，采用“三步走”的方式完成北斗在通航领域的应用目标；在机场侧建立基于北斗时空信息的动态资源协同及智能调度（空、地、人、物联动协同）。

在卫星通信应用方面，推进低轨互联网卫星在通航飞机的应用，并采用相控阵天线技术，实现Ku/Ka 高通量通信卫星在通航飞机的应用。

在卫星遥感应用方面，通过遥感卫星影像数据的接入，为通航机场建设、服务平台底图、低空飞行地图等需求提供遥感实时监测数据、4D 数据产品、遥感数据专题分析产品。

在上述基础上，加强在机场侧和飞机侧的融合创新，实现更为安全、高效、智能的应用服务。

3. 加强与应急救援等应用业务的融合

北斗应用服务要与业务平台融合才能发挥实际价值。以应急救援为例，通过基于北斗定位的可穿戴救援装备技术，研制北斗搜救终端、一体式北斗救生衣，实现对应急指挥系统提供实时全面的通航应急救援力量组织和实施情况，接收应急指挥系统航空应急力量调配需求，支撑使用航空器进行应急救援任务的要求。

4. 通过国家北斗通航应用示范工程牵引产业发展

目前湖南省已成功申报了中国卫星导航系统管理办公室组织的示范工程，为北斗在湖南通航领域的应用迈出了第一步。后续国家发改委以及综合PNT 应用都将进一步支持北斗通航应用，当前湖南省已经在低空空域改革、北斗通航应用方面走在了全国前列，应进一步研究北斗与新技术融合应用的技术和产品支撑能力，牵引其在通航领域的应用，以规模化应用为目标构建湖南省北斗通用应用示范规划。

七、结束语

本文立足于湖南省作为低空空域管理改革示范省的定位，剖析了其在北斗通航空域改革应用发展现状，提出了未来发展目标，对北斗通航在全国推广具有重要的借鉴意义。北斗通航应以自主可控为目标，构建以北斗为核心的通航GNSS 技术应用体系，打造贯穿整个北斗通航产业链的标准架构体系，推动以北斗定位、导航、授时、短报文通信技术为核心的新一代空中航行系统[6]，后续融合AI、传感与监测、大数据、泛在感知、动态数据驱动分析与决策等技术，结合自主可控的通信卫星、遥感卫星应用技术，构建航空领域实景三维场景，拓展至三维立体时空数据、三维立体一张图，使得航空数据立体化、实时化、自动处理化、智能化。将航空器位置数据等与机场相关信息相结合，打造数字孪生系统，实现实时数据可视化，虚拟场景动态化，大数据场景轻量化，加快布局航空“元宇宙”，全面助力通航公司实现航空器监控、维护与保障，提高机场运行效率，提升运行保障能力。