“北斗”在我国民用航空的发展和应用

温莉

摘  要：“北斗”是我国自主研发的卫星导航系统，该技术对于民用航空发展有着重要意义，或成为未来航空系统的重要构成部分。但我国目前有关“北斗”在民用航空中的研究较少，缺少足够的理论数据支撑。基于此，笔者通过查阅文献，结合自身经验，在下文中对“北斗”在我国民用航空的应用进行了详尽论述。

关键词：北斗卫星导航系统;卫星导航技术;民用航空

中图分类号：V249.32         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）25-0167-02

Abstract： "Beidou" is a satellite navigation system independently developed in China. This technology is of great significance to the development of civil aviation， or becomes an important part of the future aviation system. However， at present， there are few studies on "Beidou" in civil aviation in China， and there is a lack of sufficient theoretical data to support it. Based on this， the author makes a detailed discussion on the application of "Beidou" in China's civil aviation by consulting the literature and referring to his own experience.

Keywords： Beidou Satellite Navigation System; Satellite Navigation Technology; Civil Aviation

时代的发展、技术的变革带动了民用航空的发展，目前全球卫星导航系统在民航界的应用广泛，是为支撑民航发展的核心要素。起源于美国军方的GPS技术，凭借其成熟的优势，对民航界造成了深远的影响。而探究我国自主研发的北斗卫星导航系统，不仅仅是技术独立的需要，同时也是进一步提高我国民航安全性、灵活性的现实需求。

1 北斗卫星导航系统概述

北斗卫星导航系统（BDS）是我国独立自主研发的系统，自上世纪八十年代起，北斗卫星导航系统经过三代研发，截止2018年年底，北斗卫星导航系统已经实现了全球性的导航服务，在轨工作的卫星共计33颗，服务定位精度可达10m，测速精度最快为0.2m/s，在亚太地区的应用优势较为明显。

1.1 北斗卫星导航系统的构成

北斗卫星导航系统大致可分为空间、地面、用户三个构成部分，空间段主要由卫星构成，截至2018年12月，北斗卫星导航系统空间段包含地球静止轨道卫星5颗、中圆地球轨道卫星21颗、倾斜地球同步轨道卫星7颗;地面段主要由地面监测、地面控制、注入站构成，地面监测负责收集数据，地面控制则负责协调地面控制工作，负责处理监测站所搜集的数据，注入站负责通讯、天线，实现卫星间的数据传输;用户端主要是指北斗卫星信号接收终端，本文主要涉及到航天导航接收终端[1]。

1.2 北斗卫星导航系统的原理

北斗卫星导航系统是继GPS、GLONASS、GALILEO之后又一成熟的卫星导航系统，北斗卫星导航系统可实现无源定位、有源定位、测距三维导航、三球交汇定位。举个例子，北斗卫星导航系统可在三点位置坐标确定的情况下，根据三点到第四点的距离，判断出第四点的空间位置（技术原理可见图1）[2]。

地面用户端可向两个导航卫星发出定位申请，然后地面控制站发出距离测量质量，根据无线电传输时间特性，得出卫星、用户端之间的距离，地面控制站结合地球球心到地面各点的距离数据，结合信号判断用户端所处位置，利用上述“三球交汇”原理实现有源定位;和有源定位不同，无源定位技术需要同时通过四个卫星所发出的信号来实现，结合距离数据、时间数据，根据“三球交汇”原理，用户终端就可获取空间位置信息[3]。

2 民航界应用北斗卫星导航系统的迫切需求——以ADS-B为例

ADS-B是一种基于北斗卫星定位技术的新型航空监视技术，ADS-B呈现出全时性、自动化等特征，结合北斗卫星定位技术高精度的特点，可提供航空位置、飞行高度、飞行速度等等数据信息。在2010年民航局发布的《中国民航监视技术应用政策》中，强调了ADS-B在民用航空中的重要性[4]。近幾年，民航界对北斗卫星导航系统的关注越来越广泛、深入，其主要原因就是因为ADS-B过于依赖GPS技术，安全性、可靠性、稳定性均存在一定的问题，北斗卫星导航系统作为我国独立自主研发的技术，在国家安全、可靠性方面有着卓著的优势。从目前我国民航界ADS-B的情况出发，结合北斗卫星导航系统发展态势，可考虑构建以北斗卫星导航系统为基础，以民航公司、ADS-B地面站、飞行服务站为辅助的新型ADS-B系统[5]。

考虑到我国民航事业起步时间相对比较晚，缺少可靠的技术支撑，尤其是航空管理设备，国外进口占比较大，技术发展模式、管理模式仍旧以国际标准来构建，许多地方需要结合我国民航实际情况进行优化[6]。而“北斗”科技项目的推进、发展，以及其在“一带一路”中的应用成效，就为民航界发展指出了新的道路，在这样的背景下需要审时度势、统筹协调才能开创出我国民航界发展新态势。另外，我国民航在发展初始，受当时技术条件、经济条件的显著，民航主要依托于航空地图来实现导航，后随着经济的发展，技术的引进，民航导航系统才逐步趋于完善。但是我国地域辽阔，许多趋于机场存在地形复杂、海拔高等情况，为应对当下航空运输快速发展的需求，解决GPS技术存在的安全隐性问题，北斗航空技术的应用就显得更为迫切[7]。

3 北斗卫星导航系统在民航界中的应用

3.1 陆基区域导航的变革

区域导航在民航界，最初被定义为“在地面导航设施的覆盖范围内，在机载自主导航系统的有效范围内或者在两个因素的有机结合下，飞机根据所需航线所采用的一种经济、灵活的导航方法”。在这一定义下，制定了我国民航界现阶段的RNAV，但是有关地面导航台的建设仍旧存在一定的问题，受到基础建设所制约。而北斗卫星导航系统的应用，就在根本上解决了该问题，让航空器导航方式呈现出较强的灵活性。在区域导航阶段，航空器可依托于飞行管理计算机以及北斗卫星导航系统，通过二者的有机结合，实现两点间的最短距离飞行。

3.2 飞机进离场的精密导航

结合北斗卫星导航技术，采用高新飞行计算机以及新型计算程序，航空器能够根据机载导航终端的引导，进入正确的航线（在民航界目前使用的航空系统中，该航线被称之为“内外隧道”，外隧道是指安全飞行的界限，内隧道是指正常的航行范围）。相较于传统的导航技术，结合北斗卫星导航技术的精密导航RNP，飞机不再受制于地面导航设施，便能够实现精细化的进场、离场，且在雨天等能见度较差的天气，可实现精确、安全的着陆，对于飞行安全性、精确性的提升有着至关重要的意义。即便是在地形复杂、气候复杂的机场，北斗卫星导航结合精密导航RNP仍旧呈现出较高的安全性，这对于我国西部、西南部、西北部地区机场的正常进场、离场意义重大，航班延误、返航等等问题的发生概率可得到有效降低。

3.3 进近着陆系统的优化

进近着陆系统是目前我国民用机场飞机接近、着陆所依靠的重要技术，随着民航事业的逐步发展，民航飞行次数、载客量的逐步提升，进近着陆系统存在的问题越发突出，而以北斗卫星导航技术为技术的精密化进近着陆系统，能够有效解决该现实问题。精密化进近着陆系统包含飞行引导、着陆引导、精密导航定位三个方面的功能，在北斗卫星系统精密化定位信息的支持下，精密进近着陆系统能够满足民航一系列的精密航行、进近需求，并提供垂直偏差、水平偏差等辅助数据。而对于传统的进近着陆系统来说，同一等级的进近程序只能对应同一个跑道，而精密进近着陆系统，多个同等级的进近程序皆能够对应同一个仪表跑道，这对于大多数的民航机场来说，精密进近着陆系统能够带来更高的导航效率，提供更为全面的导航技术服务[8]。

另外，相较于传统的ILS，以北斗卫星导航技术为基础的精密进近着陆系统以及地基增强系统优势更为明显，一方面是精密进近着陆系统提供的进近数据更为精准，进近数据能够根据实际需求，灵活的定义航行轨迹;另一方面，其灵活性、实用性更强，在部分传统进近系统应用较为困难的机场，精密进近着陆系统因支持曲线化进近，所以可根据不同的情况来调整进近程序。

4 国际全球卫星导航系统对于北斗卫星导航系统应用发展的启示

随着航空事业的不断发展以及各行业对于定位技术需求量的上升，国际空间轨道、空间频率呈现出“趋紧”的态势，因为电波在大气层中传播存在一定的“损耗”现象，而GLONASS、GPS、GALILEO已经占用了空间轨道中的“优良资源”，但是由于欧洲经济体的劣化发展以及欧盟内部政治体制的影响，导致其卫星导航系统的进一步构建、完善逐步推迟。在这样的背景下，我国亟需加快北斗卫星导航系统建设的步伐，根据民航事业发展的实际需求，参考美国GPS技术发展的前车之鉴，加强对技术完好性的设计，通过进一步加强基础建设来强化卫星导航系统的适用性、实用性。

5 结束语

综上所述，北斗卫星导航系统在民航界的应用并非是一个一蹴而就的过程，尽管目前已经有了一定的成果，但是仍旧需要不断的探究、完善。相关技术工作者、学者亟需加强对北斗卫星导航系统的探究，为民航界的进一步发展提供可靠的技术支撑。

参考文献：

[1]谢鹰.浅谈北斗短报文功能与铱星的频率之争——民航局下发《民用航空低空空域监视技术应用指导意见》有感[J].卫星与网络，2017（5）：30-32.

[2]何来.北斗卫星导航定位在通用航空领域的应用与发展[J].中国战略新兴产业，2018（40）：22.

[3]王嫣然，郭婧，薛广月.北斗卫星导航系统在我国多地区通航应用测试验证[C]//第九届中国卫星导航学术年会，2018.

[4]任远.2016中国北斗应用创新发展论坛举办[J].资源导刊，2017（2）：17-17.

[5]盘贻峰.北斗定位导航技术的应用及展望分析[J].中国高新技术企业，2017（10）.

[6]于泠洁.基于北斗的机载多源数据融合算法研究[D].沈阳航空航天大学，2018.

[7]赵磊.ILS与RNPAPCH进近运行差异研究[J].数字技术与应用，2017（8）：37-39.

[8]2018年第七届中国卫星导航与位置服務年会暨北斗应用大会[J].导航定位学报，2018（02）：23.