杂志汇太空探索

ADS-B是一种基于GPS导航卫星和数据链通信的航空器运行监视技术，可以扩展至空地、空空、空天等多种传输链路

例如，美国将于今年开始发射“铱星下一代”。它配备了用于航空器跟踪的天基广播式自动相关监视（ADS-B）接收机和用于船舶跟踪的自动识别系统，建成后可满足全球日益扩大的陆海空移动通信需求，对整个地面提供100%的持续覆盖。

航空通信

卫星系统可为飞机提供空中交通管制、航空公司运行控制、航空管理通信、航空乘客通信等服务。

卫星通信在民航应用分为飞机前舱、后舱分别对地面的通信。其中前舱通信由于需要高度的完整性、清晰性和快速响应性，因此属于安全业务通信，是在制造完成时必须安装在飞机上的无线电设备。它用于空中交通管制、飞行情报与报警的安全相关通信等。

飞机前舱通信包括两部分：一是飞行驾驶员与空中交通管制员间的通信，主要涉及空中交通管制、飞行情报、报警等安全方面内容。目的是“防相撞”，即保证空中每架飞机间的安全间距，避免飞机在飞行中发生相互碰撞。二是飞行驾驶员与航空公司飞行签派员间的通信，主要涉及影响空中运输安全、正常和效率方面内容，目的是“保证安全运行”，即飞行签派员在飞机起飞前要综合飞机状况、天气等各方面因素，决定是否放行飞机；当飞机起飞后仍要保持联系，当飞机出现紧急情况时，能向飞行驾驶员提供飞机是否绕飞，备降或返航等有效的技术和决策支持。

目前，飞机前舱通信技术手段主要依赖于甚高频通信、高频通信和卫星通信。甚高频通信主要提供飞机与飞机、飞机与地面的视线距离通信，一般通信距离为160海里，可支持语音和数据通信。一般飞机安装3套甚高频通信系统，其中2套用于语音通信，1套用于数据通信，由于甚高频通信只限视距范围内，所以不能满足航空运输远程通信的需要。高频通信主要通过电离层的反射提供远距离的通信，但是高频通信较易受天气影响，通话质量较差，一般飞机安装1套/2套高频通信系统。卫星通信具有通信距离远、容量大、质量好、可靠性高和灵活机动等优点，它能不受各种自然灾害的影响，可进行全天候、全天时通信，所以是航空公司首选的运行控制通信手段，该技术具有满足目前及未来通信、导航和监视诸多需求的独特潜力。

机载卫星系统可为前舱提供语音和安全数据服务；数据链系统可通过卫星系统实时传输飞机故障及状态监控数据，用于健康管理；卫星通信系统可为外部通信系统提供手机、因特网接入等服务；随着带宽的发展，将来卫星通信系统还可实时传输黑匣子数据，为事故调查提供新的保障。

2010年，国际民航组织通过修订卫星航空移动（航路）业务方面的标准和建议措施，以及指导材料等行动来推进卫星通信技术应用。中国民航为全面提升航空公司运行中心与飞行机组之间的地空语音通信能力，确保运行控制的有效实施，近年也提出了《航空公司运行控制卫星通信实施方案》，并认为卫星通信是航空运营人解决运行控制通信问题的最有效手段。现推荐使用的卫星通信系统有“国际移动卫星”系统、“铱”星系统和Ku卫星系统，它们各有优势。

飞机后舱通信是指机上乘客通过卫星或地面基站方式接入互联网或与地面人员进行语音通信，为航空承运人的私人通信（航空行政通信）服务，以及公众通信（航空乘客通信）。这些通信不涉及航空飞行安全，因此被列为非安全业务通信范畴。目前在国际上使用的后舱通信系统主要有“国际移动卫星”系统、Ku和Ka卫星系统。

机载卫星通信主要涉及机载卫星通信终端、卫星通信网络运营者、卫星操作者等。

机载卫星通信终端包括机载移动卫星通信终端和机载移动平台卫星通信终端。机载移动卫星通信终端是指使用卫星移动业务频率的卫星移动通信系统中的机载终端。机载移动平台卫星通信终端是指使用卫星固定业务C频段或Ku频段，安装在飞机可移动平台上，可在移动中或停止状态下与卫星进行无线电通信的卫星通信终端。机载移动平台卫星通信终端是卫星固定业务通信网内的一类特殊应用。只有在特定环境中，并满足《卫星固定业务通信网内设置使用移动平台卫星通信终端管理织暂行办法》的相关条件和要求下方可设置使用。

卫星通信网络运营者在满足持有电信业务经营许可证、运营的卫星通信网应当获得批准、所用的频率符合我国无线电频率划分规定、网内卫星通信终端应当取得电台执照、设备应当获得《无线电发射设备型号许可证》等条件，方可为飞机营运人或机上乘客提供经营服务。

卫星操作者是指卫星转发器资源的提供者。其所运营的卫星应当获得批准或取得空间电台执照，所用的空间电台在完成与我国相关卫星网络空间电台和地面电台频率协调后，方可向用户提供卫星转发器资源。

天基ADS-B工作示意

装有ADS-B的“铱星下一代”星座进行民航卫星通信示意图

目前，经过国际民航组织认证，能够为民航飞机提供前舱安全通信的全球卫星通信系统有“国际移动卫星”、美国“铱”卫星等,它们均是移动通信卫星。为后舱提供服务也可采用固定通信卫星，通过“动中通”方式进行。

一、“国际移动卫星”“国际移动卫星”是由国际移动卫星公司运营的全球移动通信卫星系统。它通过有限的带宽频率资源，使用需分多址方式为全世界提供了将近15万只通信终端的服务业务。它可提供传统的移动话音业务、低速率数据业务、高速互联网接入，以及全球海上遇险与安业务全服务。

其航空应用包括驾驶舱安全话音、数据、自动位置与状态报告和直拨旅客电话；“国际移动卫星”从1986年经过国际民航组织认证之后，开始提供航空的安全通信服务。其航空卫星通信系统与海上或地面移动卫星通信系统有明显差异，例如飞机高速运动引起的多普勒效应比较严重、机载站高功率放大器的输出功率和天线的增益受限，以及多径衰落严重等。因此，在航空卫星通信系统设计中，采取了许多技术措施，以改善这些影响。

目前，全球约有85%的民航飞机安装的是“国际移动卫星”终端。但是，由于卫星运行在地球静止轨道，无法覆盖南北极的极点区域，对于飞行极地航线（如北京-华盛顿航线）的飞机大约有1个多小时的影响。

现在，有12颗“国际移动卫星”在轨工作（有些是备份星），其中包括6颗第3代、3颗第4代和3颗第5代“国际移动卫星”。

马航MH370客机使用的是第3代“国际移动卫星”航空终端，该系统已经运行近20年，其航空终端工作在卫星的全球波束中，无法在系统中查询到终端准确的位置信息，只能依据终端到卫星的延时及天线的姿态来进行判断分析。

前几年，我国民航飞机还主要使用第3代“国际移动卫星”终端，它已无法满足目前航空界日益快速发展的数据传输需求，也无法面对日趋严重的全球政治环境。所以，国际民航组织正在联合国际移动卫星公司、相关设备厂商、夏威夷航空公司等全面测试第4代“国际移动卫星”航空站传输广播式自动相关监视数据和未来空中导航系统数据，并希望更多的航空公司参与测试。

第4代“国际移动卫星”地面站北京关口站已建成并投入使用。按照我国电信法规要求，中国境内领空、领土、领海的所有第4代“国际移动卫星”终端都将强制在北京关口站落地。该关口站的建成，为提供我国民航安全通信系统奠定了基础。基于该关口站的航空安全通信系统的建立，不仅满足更多的飞行数据传输，而且大幅降低了航空公司的运营成本，最重要的一点，它为飞机实现全球实时位置监控提供了全新的方式。

第4代“国际移动卫星”用于航空通信具备许多优势，例如，由于每颗卫星有上百个点波束，航空终端需要内置的GPS位置来定位工作点波速，每个点波束的覆盖范围在200～800平方千米。因为飞机穿越点波束的频率较快，系统预设航空站每2分钟发一次GPS位置，以确定工作的波束，这样在地面站系统中将会保留所有的飞机位置信息。北京卫星关口站的建成，为实现我国民航飞机的基于卫通的位置实时监控奠定了基础。卫星在数据传输能力有了大幅提升，极大地拓宽了数据传输的内容。航空终端在传输性能有了极大的提升，价格有了大幅的优惠。现在，英国COBHAM公司的小型化第4代“国际移动卫星”航空站已经和美国航天无线电通信公司推出了基于IP链路的通信寻址报告系统数据链整体解决方案，极大降低航空公司的运行成本。

二、第5代“国际移动卫星”在新兴航空和航海宽带卫星通信市场方兴未艾背景下和固定卫星通信运营商移动甚小孔径终端技术的冲击下，国际移动卫星公司于2010年决定发展采用Ka频段的高容量卫星——第5代“国际移动卫星”，为高端客户提供“全球快讯”业务，为政府和商业用户提供全球首个高速移动宽带服务，为海上舰船、飞行航班提供全球移动宽带通信服务，客机内乘客的飞行期间通信连接，传送流动高分辨率图像、语音和数据流。

第5代“国际移动卫星”单星吞吐量可达每秒50比特，通过它0.6米口径的海事终端用户能够享受最高下载速率每秒50兆比特、上传速率每秒5兆比特的通信，实现全球无缝宽带漫游。陆地终端的口径能够达到 60厘米～1米，航空终端的口径能够达到 30厘米～60厘米。

三、“铱”卫星地球静止轨道移动通信卫星存在一些不足，例如，轨道高，路径长，因而链路损耗大，传输时延长；地球静止轨道资源很紧张；这种卫星不能实现真正的全球覆盖，在两极有盲区。为此，从20世纪90年代中期起，一批低轨道移动通信卫星陆续投入建造，其中美国“铱”卫星星座是世界上第一个低轨道话音移动通信系统，目前运行的是第1代。

欧洲“星上自主项目-植物”卫星ADS-B监视到欧洲西部和英国范围内的飞机位置

第2代“铱”卫星——“铱星下一代”计划于2015－2017年之间发射。其主要特点是：无缝隙的替换现有星座，以确保业务的连续性；保持“铱”卫星系统服务的全球覆盖、安全、可用和通信的低延迟特性；能在速度、带宽和灵活性方面提供新的增强能力，最高数据下载速率可达每秒30兆比特；增加了IP通信能力，搭载美军iGPS有效载荷。

它将搭载“艾瑞恩”天基航空监视系统，系统也获得了美国联邦航空局的支持，作为迄今为止最大规模的有效载荷搭载项目，包括业务星和备份星在内的全部 81 颗“铱星下一代”卫星都将搭载“艾瑞恩”天基广播式自动相关监视接收机。

在国航CA1303航班上,乘客用手机微信传回所拍影像

目前，飞机前舱卫星通信使用占95%，客舱卫星通信应用占5%。国际民航前舱卫星通信大多使用卫星移动通信系统（L和S频段）。它主要包括：“国际移动卫星”系统、美国“铱”星和“全球星”系统、阿联酋“瑟拉亚”和印尼“亚洲蜂窝卫星”系统等。后舱卫星通信多使用Ku和Ka频段卫星通信系统。从目前来看，天基广播式自动相关 监视中继系统是国际民航组织确定的未来主要监视技术，因为它可提供远海区域的飞机监视能力。

ADS-B是一种基于GPS导航卫星和数据链通信的飞机运行监视技术，可以扩展至空地、空空、空天等多种传输链路。它将卫星导航、通信技术、机载设备以及地面设备等先进技术相结合，从而能提供更加安全、高效的空中交通监视手段，有效提高管制员和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。

其工作原理是：机载设备收到GPS导航卫星信号后进行实时定位，然后把飞机位置、高度和速度等数据信息以1秒时间间隔向外广播。由于GPS定位精度比雷达高，因此可缩短飞机安全飞行时间间隔、优化航线，提高运力，减少能源消耗和碳排放。澳大利亚和美国部分地区已成功应用空地ADS-B系统。美国在阿拉斯加无雷达覆盖区应用ADS-B系统后，使飞行事故率降低了约80%，并计划至2020年，所有在美国空域飞行的飞机都必须安装ADS-B系统。

自澳洲和美国成功应用空地ADS-B监视系统，尤其在2009年法航空难后，国外便开始将目光放在ADS-B系统的天基应用上，以实现对地基监视雷达和地基ADS-B接收站无法覆盖地区的飞机进行监视，比如对在海洋区域或极地飞行的飞机进行监视。天基ADS-B系统的实现方式是在卫星上搭载ADS-B信号接收机，接收源自飞机ADS-B发射机广播的信号，然后转发给地面。天基ADS-B飞行监视技术能够突破地理条件的限制，极大提高航空监视的连续性和搜索与救援的效率。美国、欧洲目前均启动了低轨卫星星座接收转发ADS-B信号的研制和部署工作。

中国民用航空局已于2012年11月发布了《中国民用航空ADS-B实施规划》。目前，我国民航机队主要在远程、高原航线等飞机上装备了卫星通信系统。为提升民航安全飞行，我国民航将全面推广卫星通信技术应用。据悉，根据中国民航航空公司运行控制卫星通信实施方案，到2015年底，我国航空公司飞机总数的50%具备卫星通信能力；2017年底前，所有飞机都应具备卫星通信能力，以满足运行控制通信联系要求。

在后舱通信方面，国内外都发展很快。2015年6月，东航、南航、国航、厦航和海航获得国家工信部批复，部分飞机获得空中互联网服务资格。在飞机上刷微信、收发邮件、购物等已不在是国外航班的专利。

2015年8月，我国自主研制的民航机载卫星电视直播接收系统研发成功。通过这个系统，乘客在乘飞机时就可以收看电视直播节目了。加设的电视直播信号接收转码设备将安装在飞机整流罩内部，可以实现24路电视直播信号同步接收和转码，具有我国自主知识产权，在国际上处于领先水平。在设备加装完成之后，飞机还要进行几次试航，以确保成功接收电视直播节目。未来，这项专利技术的应用将有着广阔的发展前景。