卫星通信在民用航空领域应用需求分析

· 文|中国卫通集团有限公司 柴 勇

卫星通信在民用航空领域应用需求分析

· 文|中国卫通集团有限公司 柴 勇

一、卫星通信（Ku/Ka/L频段）在民用航空应用市场前景

我国幅员辽阔，不同地区的经济社会发展程度不同，使用民用航空需求的地区也存在明显差异，航空运输是满足人们快速旅行和高速物流的需求。民用航空分为两大类，分别是商业航空和通用航空。商业航空是指以航空器进行经营性的客货运输的航空活动，也就是常见的航空公司运营模式。而通用航空就是除去商业航空后民用航空其他所有部分。商业航空公司是提供将运输物（乘客或货物）定时定点进行航空运输的服务；通用航空公司则是提供随时随地将运输物送至非固定目的地的定制化服务。

现有高频和甚高频通信系统在民用航空导航、交通空管、飞行运控等航空飞行运管信息传输方面远远不能满足需求，另外随着移动互联网和个人智能通信的广泛普及使用，客舱宽带通信也是潜在应用领域。而卫星通信与其他技术和系统结合，可以为航空公司提供丰富的航空信息服务。卫星宽带通信的速度可达数十兆每秒，能为航空运管提供话音和大流量数据通信业务，也可以为飞机客舱旅客提供互联网和实时电视等服务。2012年 7月,国务院发布了《国务院关于促进民航业发展的若干意见》，2013年5月,工业和信息化部发布了《国家民用航空工业中长期发展规划（2013－2020年）》。国家民航局发布的《航空公司运行控制卫星通信实施方案》，加快推动了卫星在航空领域应用的展开。低轨道（LEO）卫星通信航空应用示意图如图1所示。

图1 低轨道卫星通信航空应用示意图

1.民航运输领域应用

我国航空客运人次2013年已达到3.8亿人次，民航客机保有量已达2500多架，按照民航局的发展规划，在“十二五”末，我国航空客运人次将达到4.5亿人次，民航客机保有量将突破3千架。客运人次和飞机规模都在以每年8%～15%的速度递增。民航运输卫星通信应用也分为驾驶舱和客舱两个不同安全级别要求。根据国家民航局《航空公司运行控制卫星通信实施方案》，我国将在2013-2016年分三个阶段，将民航在册的运输飞机共近2000架全部完成改装，实现在飞机飞行中4分钟内建立有效的飞机运行控制卫星通信。民航客舱机载通信和互联网宽带接入服务，主要提供业务服务内容包括有飞行实时数据、机上互联网接入、电子商务、实时电视多媒体和广告播放等其他增值业务内容。通过采用基于固定卫星移动平台通信“动中通”解决方案，实现飞机客舱与地面通信网络的联通，解决了目前存在的航空信息“孤岛”问题。航空客舱机载宽带通信示意图如图2所示。

图2 航空客舱机载宽带通信示意图

航空机载卫星宽带通信业务服务具有良好市场前景，符合提升我国民航信息化管理和民航运营服务水平战略发展规划方向；可以对新卫星技术与制造，以及卫星通信应用技术领域起到引领作用，对新卫星覆盖资源、新频段选用（Ka）；卫星应用产业和新技术应用发展起到推动作用。

另外，除直接的航空机载卫星通信运营服务外，随着业务发展和系统设备的推广应用，还将推动设备研发与制造，尤其是随着业务发展对新卫星资源需求将激增，推动卫星空间资源建设和技术更快更新发展；机载高精度跟踪卫星天线系统设备研发生产，将为终端设备研发制造提供巨大市场需求空间和动力；同时也将对卫星地面站建设及其技术发展，系统运行管理，卫星通信传输基带系统技术及制造工程需求，卫星通信系统运行管理软件、网管技术、监控系统软件，以及资讯和多媒体内容编辑提供等需求起到促进作用。对促进航空运输量增长和通信信息服务业务增长更加显著。推动并带动国内相关产业发展和技术创新进步。预计项目规模化应用将创造并带动超过百亿元规模的上下游产业链发展。

2.通用航空领域应用

通用航空是指除从事公共航空运输（客运或货运）以外的民用航空。通用航空具有机动灵活、快速高效等特点，作业项目覆盖了农、林、牧、渔、工业、建筑、科研、交通、娱乐等多个行业，主要是在3000m以下空域飞行。通用航空的具体内容包罗万象，我们熟知的通用航空有以下几种：航空摄影、医疗救护、气象探测、空中巡查、人工降水等。其他类型包括海洋监测，陆地及海上石油服务，飞机播种，空中施肥等。另外公务机飞机和私人飞机都属于通用航空范畴之内。与地面交通类比，通用航空客比作出租车运营；民航公司可比作公交运输。

我国是农业大国，通用飞机的广泛应用是发达国家农业现代化的一个重要方面。西部地区与资源优势由于交通不便而长期得不到发挥，交通已成为制约西部地区经济发展的瓶颈，西部大开发需要通用航空。据民航局预测显示，预计未来5～10年，我国需要各类通用航空飞机10000到12000架，通用航空飞机数量的年均增长率将达到30%，通用航空及其带动的产业将形成一万亿元人民币以上的市场容量。随着中国经济的发展，公务飞行、商用飞行、空中游览、私人驾照培训，正受到越来越多人的青睐，在市场需求的推动下，通用航空服务的领域将出现快速的发展。在有这样巨大发展前景的市场中，卫星通信的应用将是不可或缺的解决通信需求的方案之一，在面对挑战同时，卫星通信只有抓住机遇努力满足市场需求，创新开拓应用服务于这一领域。

二、民用航空使用频率规划（Ku/Ka/L频段可应用范围）

依据《中华人民共和国无线电频率划分规定》，民用航空无线电频率使用和业务主要分为：

1）制式无线电台是指为确保航空器的安全，在制造完成时必须安装在其上的无线电设备。

2）非制式无线电台是指制式无线电台以外的无线电台。 如∶机载客舱卫星通信电台。

3）航空移动业务是指在航空电台和航空器电台之间,或航空器电台之间的一种移动业务。营救器电台可参与此种业务；应急示位无线电信标电台使用指定的遇险与应急也可参与 此种业务。

4）航空电台是指用于航空移动业务的陆地电台。在某些情况下，航空电台也设在船舶或海面工作平台上。

卫星通信在民用航空应用中又主要划分为驾驶舱（前舱）和客舱（后舱）。驾驶舱（前舱）通信需要高度完整性和快速响应的安全和正常通信，属于卫星航空移动（R）业务，主要分为空中交通服务部门用于空中交通管制、飞行情报与报警的安全相关通信，以及航空器承运人进行的、会影响到空中运输的安全、正常和效率的通信[航空运行管理控制通信（AOC）]。民航局《航空公司运行控制卫星通信实施方案》中推荐使用的卫星通信系统有海事卫星通信系统、铱星系统和Ku卫星系统。客舱(后舱)通信是为航空承运人的私人通信[航空行政通信（ACC）]服务，以及公众通信[航空旅客通信（APC）]。目前在国际上使用的 客舱（后舱）通信系统主要有海事卫星通信系统、Ku卫星系统及Ka卫星系统。具体使用频率规划如表1所示。

表1 民用航空使用频率规划

三、民用航空的卫星通信网络运营系统现状

1.卫星网络与资源

目前国际民航驾驶舱（前舱）卫星通信多使用的是L和S频段卫星通信系统，采用卫星移动通信使用的L、S频段。而卫星移动通信系统的建设是一项复杂的系统工程，国内尚无自建的商用卫星移动通信系统投入运行。国内正在使用或准备使用的商用卫星移动通信系统都是由国外运营商提供的服务。国外商用卫星移动通信系统主要包括：海事卫星系统（Inmarsat）、铱星系统（Iridium）、全球星ICO系统（Globalstar）、亚洲蜂窝卫星系统（ACes）和Thuraya等。具体所用卫星移动通信系统具体所用频率范围如表2所示。

在客舱（后舱）卫星通信应用方面，中国卫通集团公司目前拥有12颗在轨卫星，可以提供以覆盖中国及周边地区的Ku频段卫星通信服务资源，并计划在2015年，达到拥有15颗以上在轨卫星。在卫星频率资源使用上将形成C、Ku与S、L、Ka频段相结合，固定广播通信卫星与移动广播通信卫星结合，覆盖范围广、用途多样的卫星空间段资源体系。中国卫通现有运营在轨卫星情况如表3所示。

表2 卫星移动通信系统频率使用范围

目前在轨卫星覆盖区域主要集中在亚太、中东及欧洲和非洲部分地区，如图3所示。

图3 中国卫通在轨运营卫星覆盖图

考虑到航空运输飞行国际、国内航线的特点，从卫星资源的服务能力来看，尤其是至今我国没有自主可管可控，用于飞机驾驶舱（前舱）卫星通信的L和Ka频段卫星网络系统；即使是Ku频段卫星，目前我国自主运营的卫星服务能力，不论是覆盖范围，还是轨道频率资源，也远远不能适应满足我国航空市场发展卫星通信需求。这既是对我国卫星通信运营服务提出的挑战，更是开拓卫星通信服务业务的机遇和发展应用潜力。

2.用户终端设备

由于我国在这方面应用起步晚，再加上用于航空领域的准入门槛制约，目前用于驾驶舱（前舱）卫星通信的L频段终端系统设备，以及用于后舱（客舱）卫星通信的Ku和Ka频段终端系统设备，全部是由国外厂商提供，几乎全面占领我国终端系统设备市场。民航飞机上卫星通信设备的制造门槛很高，除了要遵循现行技术标准，还要得到国际有关机构认可，为了国家信息安全的需要，国内厂商在这一领域还需要努力追赶，有所作为。

驾驶舱（前舱）卫星通信的L频段终端系统设备主要有：霍尼韦尔,柯林斯，泰雷斯公司等。

后舱（客舱）卫星通信的Ku和Ka频段终端系统设备主要有：Row44，Panasonic，GoGo，Aerosat等。后舱（客舱）卫星通信终端天线系统如图4所示。

图4 飞机客舱卫星通信终端天线系统

通用航空主要是在3000m以下飞行，其目前使用的通信系统多数是高频和甚高频通信系统，卫星通信的应用多是使用铱星系统，海事卫星，Globalstar, Thuraya, ACeS等卫星系统，以及与这些卫星系统相配的L频段在轨卫星系统的终端设备。驾驶舱（前舱）卫星通信终端设备如图5所示。

图5 飞机驾驶舱卫星终端设备

3.网络运营和用户业务管控

从国家战略安全考虑，在航空运输飞行网络运营和用户业务管控方面，更需要建立可管可控的航空卫星通信网络运营和用户业务管控系统。系统网络运行管理主要是负责管理、监控和维护机载通信全系统，实时对全网系统涉及卫星、地面网络和终端设备等工作状态进行管理、监控，实时对运营网络中业务用户使用情况，进行本地或者远程、监控、维护和计费结算等管理，对网络运营和业务运营数据进行存储、备份管理，对网络运营中出现的包括卫星系统、终端设备和用户使用等问题，进行实时分析排查，及时警示和问题预先发现等必要的日常维护，保障全网络系统运行安全正常。民航卫星通信业务横跨通信信息传输服务和民用航空飞行运输服务，在相关系统设计规范、业务运营管理、设备准入等方面，必须同时满足国家对民航飞行安全，信息通信网络传输安全，信息内容安全和数据存储安全规定要求。民航卫星通信涉及国家信息安全，有必要在网络运营和用户业务管控方面在满足国家相关法规要求前提下，做到完全自主，实现业务运营可管可控。

四、结论

目前民航飞机驾驶舱（前舱）卫星通信使用占95%份额，后舱（客舱）卫星通信应用只占5%份额。但是据预测，随着卫星宽带通信推广应用，在飞行中对涉及飞行安全类似电子飞行数据包等大数据的实时传输要求，以及个人移动终端公众通信服务应用需求的进一步猛增，在使用卫星带宽方面，将出现后舱（客舱）超过驾驶舱（前舱）卫星通信应用的状况。虽然目前无论是卫星网络覆盖还是卫星通信设备，我国都存在着一定差距，但是机遇与挑战永远是并存，我们面对的是一个巨大潜在的亟待开发市场，卫星通信应紧紧跟踪其发展趋势，并抓住这一机遇，拓展卫星通信应用新领域。