民航卫星通信SB-S技术的应用前景分析

靳勇 李墨

摘要：随着卫星通信的发展，SB-S技术逐渐被飞机和航电设备制造商所推广。本文对该技术的优势和发展前景予以分析，说明其对民航运行效率和安全水平提升的重要意义。

关键词：卫星通信;海事卫星;SB-S

0引言

我国民航飞机卫星通信发展可粗略分为三个阶段。

第一阶段为1995年之前，民航飞机主要使用VHF和HF作为主要通信手段。卫星通信技术在国际上已经广泛应用，但我国民航领域只是有所了解，并未实际使用，处于技术储备和观望阶段。

第二阶段以1995年国内首架海事卫星通信改装的民航飞机为起始，至2012年结束。此阶段主要是在执行高原地区、偏远地区航线和跨洋航线的民航飞机上安装卫星通信系统，以确保在无常规地面站支持的情况下仍能与ATC和AOC进行语音和数据链通信。此阶段安装卫星通信系统的飞机占比较低，主要以大型宽体机为主。

第三阶段为2012年以后，随着民航业的快速发展，各航空公司运输量和机队数量的快速增长，面对空域紧张、危险天气和流量控制等，由于缺少有效通信和實时信息，航空公司运行控制工作处于被动局面，随之而来的安全压力越来越大。为了有效解决上述问题，中国民用航空局（CAAC）于2012年12月出台了《航空公司运行控制卫星通信实施政策》，要求按照CCAR-121部实施载客运行的航空承运人在2017年底保证所有飞机都具备机载卫星通信系统。实现运行控制中心与每架飞机之间能够在4分钟内建立及时、可靠的语音通信联系，确保飞机的运行安全。此政策的出台，大大加快了航空公司加装卫星通信系统的步伐，我国民航也进入了大规模使用卫星通信的时期。

1民航卫星通信系统的分类和特点

目前，国内民航飞机主要安装的卫星通信有海事卫星系统和铱星系统。前者占卫星通信市场的75%，而后者在国内的频率使用上有一定限制，因此本文主要针对海事卫星系统进行分析。国内民航飞机使用的卫星通信服务的基本信息如表1所示。

1）L波段卫星信号基于第3代和第4代海事卫星，属于使用过数十年的传统成熟技术。虽然带宽并不高，但其成熟可靠，久经市场检验，因此被国际民航组织（ICAO）和各国适航当局批准可用于驾驶舱应急通信等安全服务。

2） Ku和Ka波段卫星信号多基于近十年来新发射的卫星，因技术较新且频率资源更丰富，可提供更大的带宽。非常适合对于带宽需求量较大的后舱，近年来航空公司推出的万米高空视频直播、看春晚、能上网等活动均使用此频段的机载卫星通信系统。此类技术起步较晚，尚需时日检验和完善，因此目前并未被ICAO、FAA/EASA、OEM批准用于前舱安全服务。

从表1提供的信息和上述两点分析中不难看出，可用于前舱应用的服务中，SBB带宽最大。基于SBB的前舱应用在相当长一段时间内具有较广阔的应用前景。

2 SB-S技术的应用

2016年，国际海事卫星组织提出了SwiftBroadband-Safety（ SB-S）的概念，即基于卫星通信SBB功能的驾驶舱安全服务。该服务的特点是全球、高速、安全、IP连接。典型的基于SBB的前舱应用如下。

1）基于IP的数字式语音通信

传统机载卫星通信系统均使用话音模式（模拟式）进行通话，而通过SBB的IP通道可进行数字式的语音信号传输。不仅大大提高了通话质量，安全性和抗干扰能力也得到了大幅提升。另一方面，话音模式由运营商按照通话分钟数计费，而数据模式则按照流量计费，对于通话量大的用户可以大幅度节省费用支出（据某航统计可节省一半以上通话费用）。

2）大幅提高报文收发速度

传统ACARS系统使用Datalink对报文进行收发，正常情况下使用甚高频数据链（VDL）进行传输，速度在30kbps左右;在没有VHF地面站信号覆盖（高原、偏远、跨洋、极地）的情况下，使用传统Classic Aero卫星数据传输时速度只有lOkbps左右，造成长报文收发时间可能达到数分钟的情况。而将ACARS系统与卫星通信SBB通道相连，报文将以超400kbps的速度进行传输，收发时间缩短至秒级，大大提升运行效率。

3）飞行数据实时传输

马航MH370失踪后，在大洋区域无法找到黑匣子，始终无法确定事故原因。此后“Black Box ill the Cloud”的概念不断被提及，此即为飞行数据实时传输。传统的飞行数据查阅只能等到飞机落地后进行译码调取，受限于普通通信方式的容量限制，不可能做到飞行数据的实时下传。但借助SBB功能的带宽，将重要的飞行数据通过卫星通信实时发送到地面成为可能，也成为了运行控制和飞行品质监控的重要补充手段。

4）电子飞行包数据更新

近年来国内越来越多的航空公司配置电子飞行包（EFB），这些EFB都是飞机落地后通过地面网络进行更新。同样，通过SBB功能可以实现空中EFB数据传输，实时更新飞行计划、气象云图等内容，甚至添加更多的APP应用，使飞行员接收到更多准确可靠的信息，提升飞行安全品质。

3 SB-S技术在全球范围内的发展

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，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。因此，在航空卫星通信系统设计中采取了许多技术措施。例如，采用相控阵天线，使天线自动指向卫星;采用前向纠错编码、比特交织、频率校正和增大天线仰角，以改善多普勒频移的影响。目前全球仅有为数不多的厂家可以生产航空卫星通信系统，其新开发的设备均具备SBB功能，如表2所示。

目前在全球范围内，SB-S技术正在由多方推动，在短期内将会迎来一个大的发展。推动方主要有：

1）设备供应商

主流航电设备供应商在其新开发的卫星通信系统上普遍支持SBB功能，满足SB-S服务的硬件要求。新的硬件无论从重量、耗电、可靠性方面都比现有的Classic Aero产品有极大的改进。

2）网络运营商

Inmarsat于2016年底发布SB-S发展趋势白皮书，表明其通过自身强大卫星网络支持SB-S发展的决心。

3）飞机制造商

最新的空客A350和波音787等机型，线装（ Line-fit）的卫星通信设备已满足SB-S的硬件要求，目前主流的波音737/777、空客A320/A330等机型，线装和改装的取证工作也已启动。以空客飞机为例，其SB-S解决方案称之为“LightCockpit Satcom”，已开始在A320和A330上进行设计取证，线装和改装方案的推出计划是2018年下半年。

4）航空营运人

SB-S最直接的受益者是航空营运人，目前欧美一些航空公司已经开始了SB-S的应用。如美国夏威夷航空公司在其波音767-300机队已经通过STC方式加装系统启用了SB-S服务，并在实时位置报、与空管和签派的快速联系等方面取得了良好的效果，该公司更进一步确定了在其未来的数十架A321Neo飞机上也加装该系统。

4总结

SB-S作为近年来的新技术，伴随着全球民航业高速发展走进了更多人的视野，其本身的技术优势和应用扩展前景将给民航通信和监视系统带来新的变革。今天，Space-Based通信技术可能只是Ground-Based数据连接的一个补充，但在未知的明天，前者可能会超越后者。SB-S在我国尚处于起步阶段，目前的应用还不充分，但其正在引起民航管理机构和航空公司的重视。相信经过未来几年的发展，SB-S技术将更多的助推我国民航运行效率和安全水平提升。

参考文献

[1] CAAC航空公司运行控制卫星通信实施政策[Z]. 2012.

[2] Inmarsat. SwiftBroadband-Safety：The Future ofAircraft Communications [Z].2016.