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基于星基的民用航空无线电通信、导航、监视系统发展

卫星应用2017-12-07 16:58:24

摘要: 大力发展基于星基的通信、导航、监视系统是未来发展的方向。

  无线电通信导航监视(CNS)系统是航空电子系统的重要组成部分,并逐步由地基向星基方向发展。大力发展基于星基的通信、导航、监视系统是未来发展的方向。

  民用航空通信系统

  航空卫星通信系统可分为驾驶舱卫星通信和客舱卫星通信,目前驾驶舱卫星通信主要使用L频段,客舱卫星通信主要使用Ka、Ku频段。

  1. 驾驶舱卫星通信

  为满足民航规章,保障飞机全球范围内的安全运行,基于卫星通信的驾驶舱话音及数据通信得到广泛应用,目前用于驾驶舱的卫星通信系统主要有海事卫星(Inmarsat)和铱星(Iridium)。

  Inmarsat航空卫星通信系统可以分为空间段、地面段和用户段。空间段由多颗GEO卫星组成,地面段包括卫星测控中心、卫星接入站和其他地面网络等,用户段由各种用户终端组成。

  2007年,二代Iridium系统计划(Iridium-Next)启动。Iridium-Next系统建设目标总体包括提高数据传输速率、更高的话音质量、可以灵活分配频带、利用IP技术的优势、提供更强的业务和设备等。Iridium-Next系统支持全球范围的多种新应用和新业务,包括星基广播式自动相关监视ADS-B应用,可以实现全球覆盖的航空器独立监视,单星可监视3000个目标,处理1000个以上目标。

基于星基的民用航空无线电通信、导航、监视系统发展

   Inmarsat航空卫星通信系统

  2. 客舱卫星通信

  随着卫星制造技术和毫米波技术的发展,机载卫星通信已向Ka/Ku频段发展。目前,美国、加拿大、欧洲等国均发展了Ka/Ku频段宽带卫星系统并已经投入使用。

  Telesat卫星系统全球领先的卫星通信运营商,提供可靠和安全的卫星通信解决方案,服务于广播、电信、企业和政府客户。目前拥有15颗卫星,计划于2017年发射两颗小型卫星,避免Ka频段卫星互联网连接相关技术风险。

  Inmarsat为实现Ka频段高通量卫星应用,推出了第五代海事卫星系统Global Xpress,采用全IP体制,使用Ka频段,空间段采用三颗主用(120°间隔)加一颗备用静止轨道卫星的组网方式。

  美国卫讯公司ViaSat的Ka频段卫星可分为三代。ViaSat-1和ViaSat-2均已发射,ViaSat-3计划于2019年发射。ViaSat-3由3颗卫星组成,每一颗都有1000Gbit/s的最大容量,计划第1颗卫星覆盖美洲,第2颗卫星覆盖欧洲、中东和非洲,第3颗卫星覆盖亚太地区,从而实现ViaSat-3的全球覆盖。

基于星基的民用航空无线电通信、导航、监视系统发展

   ViaSat卫星通信系统

  民用航空导航增强系统

  全球导航卫星系统(GNSS)作为未来民用航空运行的主要导航源,已经进入了快速发展和应用阶段。未来民用航空运行应用最为广泛的增强技术包括地基增强系统(GBAS)技术和星基增强系统(SBAS)技术。

  1. 地基增强系统(GBAS)

  GBAS对全球卫星导航系统(GNSS)进行差分校正和完好性监测,以提供安装机场周边大约23海里半径范围内的导航和精密进近服务。相对于传统仪表着陆系统在降雪、因维护的关闭、VHF干扰以及多径等诸多限制,GBAS可提供更高等级的服务,能够支持I类和II/III类精密进近,并实现在其工作范围内从进近、着陆、离场到场面运行的全覆盖。目前,现存标准的GBAS能够提供C类GBAS进近服务(GAST-C,对应于I类精密进近)。满足II/III类精密进近的GAST-D的技术正在研究验证过程中,技术标准最早有望在2018年完成。

  2. 星基增强系统(SBAS)

  星基增强系统SBAS首先由位置已知的地面差分站对导航卫星进行监测,获得原始伪距、卫星播发的相位信息等定位数据并送至中央处理设施(主控站),主控站通过计算得到各卫星的各种定位修正信息,通过上行注入站发给GEO卫星,最后将修正信息播发给广大用户,从而达到提高定位精度的目的。目前,全球已经建立起了多个SBAS系统,如美国的WAAS、欧洲的EGNOS、日本的MSAS、俄罗斯的SDCM、加拿大的CWAAS以及印度的GAGAN等。

  民用航空监视系统

  监视是飞机安全飞行和空中交通管理的基础。广播式自动相关监视技术(ADS-B)是一种基于卫星定位、实现对空飞行器监视和追踪的技术。目前,欧洲、美国、亚洲均开展了基于星基的广播自动相关监视ADS-B方面的研究工作,目前较为成熟的有“铱星二代”系统和“全球星二代”系统。

  1.“铱星二代”ADS-B系统

  美国铱星公司与NAV CANADA公司的合资公司Aireon通过与Harris公司合作开展基于“铱星二代”的星载ADS-B技术,目标用户是空管、搜救和军方。 基于星基的ADS-B系统通过在“铱星二代”卫星上搭载ADS-B接收机来实现在地球海洋上空、偏远地区上空、以及其他无雷达覆盖区域上空提供飞机位置报告服务,目前该系统仅在卫星上安装1090-ES ADS-B接收机,没有安装ADS-B发射机。因此,该系统主要用于飞行监视和追踪,没有空中交通情报服务TIS广播能力。

基于星基的民用航空无线电通信、导航、监视系统发展

  搭载ADS-B载荷的“铱星二代”卫星系统

  2. “全球星二代”ADS-B系统

  美国全球星公司和ADS-B技术公司联合推出了基于“全球星”卫星的ADS-B链路增强系统ALAS(ADS-B Augmentation System)。该系统采用“全球星”卫星网络和卫星地面站,提供ADS-B监视及通信服务。ALAS系统的设计目标就是强化现有ADS-B网络,以便在传统地基ADS-B网络覆盖范围之外建立良好的越洋及偏远区域位置跟踪服务。系统支持实时回传飞行数据记录器信息、无人飞机系统(UAS)传感器数据、双向气象和话音等数据。ALAS系统采用全球星卫星网络和卫星地面站,兼容任何978MHz UAT ADS-B以及1090-ES ADS-B,卫星上的ADS-B设备具备发射和接收功能,可支持TIS/FIS信息的传递。

[责任编辑:李盈]
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