民航空管中卫星通信技术的运用分析

庄建淼

摘 要：各频段卫星移动通信空中交通管理应用技术是民航空中交通管理中主要应用的通信技术，其是空中交通服务体系质量提升的主要依据。航空中交通管理中卫星通信技术的运用，可以为航空运行通信现代化通信管理模式运行提供高效渠道。因此，本文以C波段、KU波段、S频段卫星通信技术为要点，介绍了民航空中交通管理中卫星通信技术内涵，分析了民航空中交通管理中卫星通信技术的运用，并对民航空中交通管理中卫星通信技术发展趋势及面临挑战进行了简单的分析。

关键词：民航空中交通管理;卫星通信技术;C波段

中图分类号：TN927.2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）02-0010-02

卫星通信技术具有容量大、频带宽、覆盖面广的特点。在民航空中交通管理中利用卫星通信技术，可以有效摆脱地理、空间位置的约束，节约民航空中交通管理通信资金损耗成本。因此，在民航空中交通管理中卫星通信技术具有较高的优势。而在民航空中交通管理卫星通信性能不断提升，类型不断丰富的背景下，对民航空中交通管理中卫星通信技术进行适当分析具有非常重要的意义。

1 民航空中交通管理中卫星通信技术概述

民航空中交通管理中卫星通信技术主要为各个地球站、航天器间提供无线信号传输渠道的通信技术[1]。民航空中交通管理中卫星通信技术主要包括卫星移动通信技术、卫星中继通信、卫星固定通信技术、卫星直接广播等。其中卫星中继通信主要是在地球站、航天器间建立沟通渠道;而卫星移动通信、卫星固定通信技术、卫星直接广播可为地球站间信息交互提供依据。

2 民航空中交通管理中卫星通信技术应用现状

20世纪90年代，我国开始建立民航卫星通信基础网络。我国首批民航卫星通信基础网络主要借鉴美国休斯卫星通信技术基础架构，建设了小规模卫星电话地球小站;随后我国科研机构利用PES技术，对前期卫星数据系统进行了优化，在一定程度上缓解了C波段网络信息资源紧张程度。在21世纪，我国自主研制了卫星网络系统，即基于12GHz-14GHz的KU波段卫星网络。我国多数民航系统中均配置有卫星通信系统，在现阶段民航空中交通管理中，航空卫星通信主要依靠地球同步轨道卫星，可覆盖除南极、北极外的多数地区。以海事卫星航空站为例，海事卫星航空站稳定运行，可以满足全球范围内多数民航或其他移动交通设备信息传输服务要求。但是，由于我国缺乏充足的民航卫星通信技术研究经验，也没有完善的民航空中交通管理体系研究经验，现阶段我国卫星通信技术仍然无法满足民航空中交通管理体系运行需求。

3 民航空中交通管理中卫星通信技术的运用

3.1 民航空中交通管理中卫星通信系统基础架构

（1）民航空中交通管理帧中继主要包括帧中继交换机、ACP50接入设备、转换盒、民航局、管理局几个模块。其中ACP50接入设备可支持多种协议。并为转换盒接入卫星传输端口提供多个E1/T1信道。（2）多路费用器主要包括复用器、转报机、多雷达系统、内话系统、气象质量系统、民航局等几个模块。以电报系统传输为例，在传输实现阶段，需要利用SNMP复用器网管软件，经骨干管道，依据XXX SUBSCRIBER協议。进行本端口IP、呼叫IP及图表命名配置。（3）直接链路应用主要包括民航局、终端用户、备用管理模块、链路几个方面。其主要以RJ接头接入、卫星内时钟同步传输的方式，进行气象数据、话音、雷达信息、民航数据及其他数据信息的直接传输。

3.2 民航空中交通管理中卫星通信系统应用

（1）C波段卫星通信技术。C波段卫星通信技术是民航空中交通管理发展初期主要用技术，其主要以语音通信为核心，通过PES卫星通信技术、PES卫星通信技术的合理应用，构成了一套完善的数字卫星通信体系。民航空中交通管理C波段卫星通信技术主控网站在我国首都北京，而民航空中交通管理C波段卫星通信技术备用控制站点主要位于广州。在民航空中交通管理C波段卫星通信技术应用过程中，可以通过频分多址，即FDMA技术，与地面站点进行信息交互。而在民航内部主要信息传送频率为70.0MHz，通过整体网络站点的合理建设，可在电报业务传输的基础上，实现语音传输及雷达数据传输。（2）KU波段卫星通信技术。在我国民航事业飞速发展过程中，民航空中交通管理系统对现代化通信设备依赖逐步加大。这种情况下，单一C波段卫星通信技术就无法满足民航空中交通管理对带宽的要求[2]。据此，我国民航机构利用KU波段卫星通信技术，进行了新型民航空中交通管理系统的构建。KU波段卫星通信技术主要采用加拿大VSAT系列产品，利用美国企业生产的ODU进行室外单元构建，同时利用我国自主研发的室外天线，将多家设备进行有效连接。KU波段卫星通信技术主要网络控制站点及备用网络控制站点分别为北京、上海。通过KU波段卫星通信技术在民航空中交通管理中的应用，可实现气象广播式数据播报、低速异步数据传输、热线电话拨打、雷达引接数据、视频多媒体会议等多方面功能。相较于C波段卫星通信技术而言，KU波段卫星通信技术使用了更加小的天线口径，有效拓展了天线信息传输效率及传输量。（3）S频段卫星通信技术在民航空管中的应用。S频段卫星通信技术涉及了语音、信息通信、传真等多个方面，可以保证民航空中交通管理信息传输速率在2.40-492.0kbps之间。在实际运行中，基于S频段的民航空中交通管理系统主要包括通信卫星、S频段机载站、机场管理站、地面网、空中管理局等几个模块。在基于S频段民航空中交通管理系统运行过程中，可实现空中交通管理局与民航、机场与民航、航空公司与民航、航空乘客间信息交互，为民航服务质量的提升提供有效的依据。为保证S频段民航卫星通信效果，在民航空中交通管理系统实际运行中，相关人员可从技术体制、机载配置两个方面进行合理分析。其中在技术体制方面，基于民航空中交通管理的特殊性，需要综合考虑民航通信效率、应用环境、抗噪性能、频谱利用率等多方面因素。在S频率民航控制交通管理系统运行阶段，一般需保证S频率卫星通信技术通信速率在28.7kbps以上[3];并保证S频段卫星方向通信速率在12.6kbps以上;同时依据S频段卫星通信波体机制特征，需保证S频段卫星通信系统位于动态性能良好的运行环境中，并控制S频段卫星通信系统抗噪声性能、频谱利用率与标准需求一致。在这个基础上，依据地面站点、飞机特点，可进行一站点、多网络模块的设置，以保证波束间信息传输效率。

机载配置设施是S频段卫星通信技术与飞机间信息交互的主要渠道。基于S频段卫星通信系统机载配置主要包括射频前端、航电接口、位置功效设备、卫星数据终端几个模块。在具体机载配置阶段，可依据现有卫星通信手段，以TES为地面卫星站点，结合民航空中交通管理需求，经ATM移动网络，进行全民航卫星数据备份模块的合理划分，以保证在民航空管数据全面完整性。

4 民航空中交通管理中卫星通信技术发展趋势及挑战

4.1 民航空中交通管理中卫星通信技术发展趋势

依据民航信息全球化共享特点，基于宽带的数字通信网络成为未来民航发展主要趋势。现阶段民航卫星通信网络主要为民航空中交通管理业务地面通信补充相关措施、提供特殊环境应急通讯。这种情况下，依据国际民航组织颁布的《全球空中航行计划（2013-2028年）》的相关要求，航空移动卫星通信、基于性能导航、广播式自动相关监视技术，就成为民航发展的主要模块。

（1）基于我国地域广阔特点，自然环境灾害发生频率较大，为卫星通信技术在民航应急通信模块的应用提供了良好的机遇。如在玉树地震或南方冰雪灾害期间，利用卫星通信技术可以有效地保障民航通信工作顺利开展。（2）基于民航空中交通管理的卫星移动通信隶属于前舱通信，其可以通过高频、甚高频模式进行信息传输。而在高频、甚高频模式运行中，电离层、视距等因素，直接影响了整体卫星通信效果。这种情况下，进一步发掘卫星移动前舱通信潜力，就成为民航空中交通管理卫星通信技术发展的主要任务。（3）全球卫星导航系统是基于性能的卫星导航技术的主要运行平台。在民航机载设备、不断发展的背景下，卫星导航技术逐步覆盖了终端区域、近着陆飞行段、航路段等各个模块，形成了初步完善的空中交通管理模式。基于导航的卫星通信技术的不断发展，也为民航空中交通管理安全系数、空域容量的提升提供了依据[4]。（4）广播式自动相关监视技术是未来民航空中交通管理发展重点。广播式自动相关监视技术将通信技术、地面设备、机载设备、卫星导航等技术进行了有机整合，可在扩展监视覆盖范围的同时，也可以提高民航管制员对民航运行态势感知能力。而通过GPS定位数据源的不断优化完善，可逐步构建更高等级的多星座兼容的移动卫星通信系统，从而进一步提升广播式自动相关监视的可靠性。

4.2 民航空中交通管理中卫星通信技术发展阶段面临挑战

在民航空中交通管理系统发展过程中，卫星通信技术在传输透明化与IP化、高带宽需求与通信成本、实时性需求与资源匮乏等方面，均存在较为突出的问题[5]。

（1）基于民航空中交通管理信息传输对通信质量实时性、透明化要求，需控制民航甚高频话音通信时延在20.0ms以下，误码率在1*10-6以下。这一要求与卫星通信技术IP化发展趋势具有一定冲突，进一步加剧了民航卫星通信固有时延开发难度。（2）在民航信息通信量不断增加的背景下，航空信息全球化共享成为民航发展的主要趋势。而现阶段卫星通信带宽资源资金成本较高，限制了民航卫星通信后续发展。（3）为保证民航卫星空中交通通信的安全稳定性，需要保证充足的卫星移动通信资源储备。而现阶段卫星移动资源不足，阻礙了航空卫星移动行业的发展。（4）从国家经济安全模块进行分析，依据我国民航战略发展目标，自主开发符合我国民航空中交通管理需求的卫星通信技术及设备，也成为我国民航空中交通管理系统发展阶段面临的重大挑战。

5 结语

综上所述，在民航飞行量不断提升的背景下，民航空中交通管理业务信息传递对通信传输可靠性、延时性、容量提出了更高的要求。因此，相关人员应积极实践，综合分析C波段、KU波段、S频段卫星通信技术特点，结合民航空中交通管理需求，针对民航空中交通管理中卫星通信技术发展阶段面临的挑战，不断优化探究，推进卫星通信技术在民航空中交通管理中的有效应用。

参考文献

[1] 洪慕琦.卫星通信技术在民航空管的应用浅析[J].科技与创新，2017（10）：161.

[2] 曾星星.S频段卫星移动通信空管应用技术的相关探讨[J].中国高新区，2018（12）：29.

[3] 张更更.针对民航卫星通信技术探析[J].中国新通信，2014（9）：26.

[4] 陈冬.S频段卫星移动通信空管应用技术研究[J].软件导刊，2016（6）：137-139.

[5] 卜恩书，高红蕾.卫星通信在民航空管中的应用与发展[J].卫星应用，2015（11）：60-61.