民航空管中衛(wèi)星通信技術(shù)的運用分析

莊建淼

摘 要：各頻段衛(wèi)星移動通信空中交通管理應(yīng)用技術(shù)是民航空中交通管理中主要應(yīng)用的通信技術(shù)，其是空中交通服務(wù)體系質(zhì)量提升的主要依據(jù)。航空中交通管理中衛(wèi)星通信技術(shù)的運用，可以為航空運行通信現(xiàn)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(wèi)星通信技術(shù)為要點，介紹了民航空中交通管理中衛(wèi)星通信技術(shù)內(nèi)涵，分析了民航空中交通管理中衛(wèi)星通信技術(shù)的運用，并對民航空中交通管理中衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展趨勢及面臨挑戰(zhàn)進行了簡單的分析。

關(guān)鍵詞：民航空中交通管理;衛(wèi)星通信技術(shù);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(wèi)星通信技術(shù)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(wèi)星通信技術(shù)，可以有效擺脫地理、空間位置的約束，節(jié)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(wèi)星通信技術(shù)具有較高的優(yōu)勢。而在民航空中交通管理衛(wèi)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(wèi)星通信技術(shù)進行適當(dāng)分析具有非常重要的意義。

1 民航空中交通管理中衛(wèi)星通信技術(shù)概述

民航空中交通管理中衛(wèi)星通信技術(shù)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(shù)[1]。民航空中交通管理中衛(wèi)星通信技術(shù)主要包括衛(wèi)星移動通信技術(shù)、衛(wèi)星中繼通信、衛(wèi)星固定通信技術(shù)、衛(wèi)星直接廣播等。其中衛(wèi)星中繼通信主要是在地球站、航天器間建立溝通渠道;而衛(wèi)星移動通信、衛(wèi)星固定通信技術(shù)、衛(wèi)星直接廣播可為地球站間信息交互提供依據(jù)。

2 民航空中交通管理中衛(wèi)星通信技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

20世紀90年代，我國開始建立民航衛(wèi)星通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。我國首批民航衛(wèi)星通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)主要借鑒美國休斯衛(wèi)星通信技術(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)，建設(shè)了小規(guī)模衛(wèi)星電話地球小站;隨后我國科研機構(gòu)利用PES技術(shù)，對前期衛(wèi)星數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行了優(yōu)化，在一定程度上緩解了C波段網(wǎng)絡(luò)信息資源緊張程度。在21世紀，我國自主研制了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，即基于12GHz-14GHz的KU波段衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。我國多數(shù)民航系統(tǒng)中均配置有衛(wèi)星通信系統(tǒng)，在現(xiàn)階段民航空中交通管理中，航空衛(wèi)星通信主要依靠地球同步軌道衛(wèi)星，可覆蓋除南極、北極外的多數(shù)地區(qū)。以海事衛(wèi)星航空站為例，海事衛(wèi)星航空站穩(wěn)定運行，可以滿足全球范圍內(nèi)多數(shù)民航或其他移動交通設(shè)備信息傳輸服務(wù)要求。但是，由于我國缺乏充足的民航衛(wèi)星通信技術(shù)研究經(jīng)驗，也沒有完善的民航空中交通管理體系研究經(jīng)驗，現(xiàn)階段我國衛(wèi)星通信技術(shù)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(wèi)星通信技術(shù)的運用

3.1 民航空中交通管理中衛(wèi)星通信系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)

（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(shè)備、轉(zhuǎn)換盒、民航局、管理局幾個模塊。其中ACP50接入設(shè)備可支持多種協(xié)議。并為轉(zhuǎn)換盒接入衛(wèi)星傳輸端口提供多個E1/T1信道。（2）多路費用器主要包括復(fù)用器、轉(zhuǎn)報機、多雷達系統(tǒng)、內(nèi)話系統(tǒng)、氣象質(zhì)量系統(tǒng)、民航局等幾個模塊。以電報系統(tǒng)傳輸為例，在傳輸實現(xiàn)階段，需要利用SNMP復(fù)用器網(wǎng)管軟件，經(jīng)骨干管道，依據(jù)XXX SUBSCRIBER協(xié)議。進行本端口IP、呼叫IP及圖表命名配置。（3）直接鏈路應(yīng)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(wèi)星內(nèi)時鐘同步傳輸?shù)姆绞?，進行氣象數(shù)據(jù)、話音、雷達信息、民航數(shù)據(jù)及其他數(shù)據(jù)信息的直接傳輸。

3.2 民航空中交通管理中衛(wèi)星通信系統(tǒng)應(yīng)用

（1）C波段衛(wèi)星通信技術(shù)。C波段衛(wèi)星通信技術(shù)是民航空中交通管理發(fā)展初期主要用技術(shù)，其主要以語音通信為核心，通過PES衛(wèi)星通信技術(shù)、PES衛(wèi)星通信技術(shù)的合理應(yīng)用，構(gòu)成了一套完善的數(shù)字衛(wèi)星通信體系。民航空中交通管理C波段衛(wèi)星通信技術(shù)主控網(wǎng)站在我國首都北京，而民航空中交通管理C波段衛(wèi)星通信技術(shù)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(wèi)星通信技術(shù)應(yīng)用過程中，可以通過頻分多址，即FDMA技術(shù)，與地面站點進行信息交互。而在民航內(nèi)部主要信息傳送頻率為70.0MHz，通過整體網(wǎng)絡(luò)站點的合理建設(shè)，可在電報業(yè)務(wù)傳輸?shù)幕A(chǔ)上，實現(xiàn)語音傳輸及雷達數(shù)據(jù)傳輸。（2）KU波段衛(wèi)星通信技術(shù)。在我國民航事業(yè)飛速發(fā)展過程中，民航空中交通管理系統(tǒng)對現(xiàn)代化通信設(shè)備依賴逐步加大。這種情況下，單一C波段衛(wèi)星通信技術(shù)就無法滿足民航空中交通管理對帶寬的要求[2]。據(jù)此，我國民航機構(gòu)利用KU波段衛(wèi)星通信技術(shù)，進行了新型民航空中交通管理系統(tǒng)的構(gòu)建。KU波段衛(wèi)星通信技術(shù)主要采用加拿大VSAT系列產(chǎn)品，利用美國企業(yè)生產(chǎn)的ODU進行室外單元構(gòu)建，同時利用我國自主研發(fā)的室外天線，將多家設(shè)備進行有效連接。KU波段衛(wèi)星通信技術(shù)主要網(wǎng)絡(luò)控制站點及備用網(wǎng)絡(luò)控制站點分別為北京、上海。通過KU波段衛(wèi)星通信技術(shù)在民航空中交通管理中的應(yīng)用，可實現(xiàn)氣象廣播式數(shù)據(jù)播報、低速異步數(shù)據(jù)傳輸、熱線電話撥打、雷達引接數(shù)據(jù)、視頻多媒體會議等多方面功能。相較于C波段衛(wèi)星通信技術(shù)而言，KU波段衛(wèi)星通信技術(shù)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(wèi)星通信技術(shù)在民航空管中的應(yīng)用。S頻段衛(wèi)星通信技術(shù)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(tǒng)主要包括通信衛(wèi)星、S頻段機載站、機場管理站、地面網(wǎng)、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(tǒng)運行過程中，可實現(xiàn)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(wù)質(zhì)量的提升提供有效的依據(jù)。為保證S頻段民航衛(wèi)星通信效果，在民航空中交通管理系統(tǒng)實際運行中，相關(guān)人員可從技術(shù)體制、機載配置兩個方面進行合理分析。其中在技術(shù)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(yīng)用環(huán)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(tǒng)運行階段，一般需保證S頻率衛(wèi)星通信技術(shù)通信速率在28.7kbps以上[3];并保證S頻段衛(wèi)星方向通信速率在12.6kbps以上;同時依據(jù)S頻段衛(wèi)星通信波體機制特征，需保證S頻段衛(wèi)星通信系統(tǒng)位于動態(tài)性能良好的運行環(huán)境中，并控制S頻段衛(wèi)星通信系統(tǒng)抗噪聲性能、頻譜利用率與標準需求一致。在這個基礎(chǔ)上，依據(jù)地面站點、飛機特點，可進行一站點、多網(wǎng)絡(luò)模塊的設(shè)置，以保證波束間信息傳輸效率。

機載配置設(shè)施是S頻段衛(wèi)星通信技術(shù)與飛機間信息交互的主要渠道?；赟頻段衛(wèi)星通信系統(tǒng)機載配置主要包括射頻前端、航電接口、位置功效設(shè)備、衛(wèi)星數(shù)據(jù)終端幾個模塊。在具體機載配置階段，可依據(jù)現(xiàn)有衛(wèi)星通信手段，以TES為地面衛(wèi)星站點，結(jié)合民航空中交通管理需求，經(jīng)ATM移動網(wǎng)絡(luò)，進行全民航衛(wèi)星數(shù)據(jù)備份模塊的合理劃分，以保證在民航空管數(shù)據(jù)全面完整性。

4 民航空中交通管理中衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展趨勢及挑戰(zhàn)

4.1 民航空中交通管理中衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展趨勢

依據(jù)民航信息全球化共享特點，基于寬帶的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)成為未來民航發(fā)展主要趨勢?，F(xiàn)階段民航衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)主要為民航空中交通管理業(yè)務(wù)地面通信補充相關(guān)措施、提供特殊環(huán)境應(yīng)急通訊。這種情況下，依據(jù)國際民航組織頒布的《全球空中航行計劃（2013-2028年）》的相關(guān)要求，航空移動衛(wèi)星通信、基于性能導(dǎo)航、廣播式自動相關(guān)監(jiān)視技術(shù)，就成為民航發(fā)展的主要模塊。

（1）基于我國地域廣闊特點，自然環(huán)境災(zāi)害發(fā)生頻率較大，為衛(wèi)星通信技術(shù)在民航應(yīng)急通信模塊的應(yīng)用提供了良好的機遇。如在玉樹地震或南方冰雪災(zāi)害期間，利用衛(wèi)星通信技術(shù)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(wèi)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(wèi)星通信效果。這種情況下，進一步發(fā)掘衛(wèi)星移動前艙通信潛力，就成為民航空中交通管理衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展的主要任務(wù)。（3）全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是基于性能的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的主要運行平臺。在民航機載設(shè)備、不斷發(fā)展的背景下，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)逐步覆蓋了終端區(qū)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?dǎo)航的衛(wèi)星通信技術(shù)的不斷發(fā)展，也為民航空中交通管理安全系數(shù)、空域容量的提升提供了依據(jù)[4]。（4）廣播式自動相關(guān)監(jiān)視技術(shù)是未來民航空中交通管理發(fā)展重點。廣播式自動相關(guān)監(jiān)視技術(shù)將通信技術(shù)、地面設(shè)備、機載設(shè)備、衛(wèi)星導(dǎo)航等技術(shù)進行了有機整合，可在擴展監(jiān)視覆蓋范圍的同時，也可以提高民航管制員對民航運行態(tài)勢感知能力。而通過GPS定位數(shù)據(jù)源的不斷優(yōu)化完善，可逐步構(gòu)建更高等級的多星座兼容的移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)，從而進一步提升廣播式自動相關(guān)監(jiān)視的可靠性。

4.2 民航空中交通管理中衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展階段面臨挑戰(zhàn)

在民航空中交通管理系統(tǒng)發(fā)展過程中，衛(wèi)星通信技術(shù)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(zhì)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(wèi)星通信技術(shù)IP化發(fā)展趨勢具有一定沖突，進一步加劇了民航衛(wèi)星通信固有時延開發(fā)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(fā)展的主要趨勢。而現(xiàn)階段衛(wèi)星通信帶寬資源資金成本較高，限制了民航衛(wèi)星通信后續(xù)發(fā)展。（3）為保證民航衛(wèi)星空中交通通信的安全穩(wěn)定性，需要保證充足的衛(wèi)星移動通信資源儲備。而現(xiàn)階段衛(wèi)星移動資源不足，阻礙了航空衛(wèi)星移動行業(yè)的發(fā)展。（4）從國家經(jīng)濟安全模塊進行分析，依據(jù)我國民航戰(zhàn)略發(fā)展目標，自主開發(fā)符合我國民航空中交通管理需求的衛(wèi)星通信技術(shù)及設(shè)備，也成為我國民航空中交通管理系統(tǒng)發(fā)展階段面臨的重大挑戰(zhàn)。

5 結(jié)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(yè)務(wù)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(guān)人員應(yīng)積極實踐，綜合分析C波段、KU波段、S頻段衛(wèi)星通信技術(shù)特點，結(jié)合民航空中交通管理需求，針對民航空中交通管理中衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展階段面臨的挑戰(zhàn)，不斷優(yōu)化探究，推進衛(wèi)星通信技術(shù)在民航空中交通管理中的有效應(yīng)用。

參考文獻

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