让飞机“永不失联”
<p> <strong>3．卫星在ADS-B中的应用</strong></p><p> 解决ADS-B海上接收受限问题的答案是：采用星载（或称天基）ADS-B，即通过卫星接收原先仅用于地面的ADS-B技术。</p><p> <strong>（1）星载ADS-B系统组成</strong></p><p> 典型的星载ADS-B系统组成见下图。</p><p align="center"></p><p> 卫星ADS-B示意图</p><p> 由图6可以清晰地看出来卫星在星载ADS-B中承担的作用，就是将原先飞机-基站的链路，通过卫星和地面站进行连接，这样，在带有ADS-B的飞机飞到没有ADS-B基站覆盖的区域内时，只要飞机处在相应卫星的覆盖区内，卫星可接收来自飞机广播的实时状态信息，并通过回传链路将信息传回地面控制系统内，确保飞机“永不失联”。</p><p> <strong>（2）“大佬”的星载ADS-B</strong></p><p> 欧美由于率先完成了地基ADS-B系统的建设，因此也都率先将目光投向了星载ADS-B技术。</p><p> 欧洲由欧盟和欧洲航空安全组织发起了SESAR(Single European Sky ATM Resarch)，其中星载ADS-B技术也被列为未来空中交通管理的飞行跟踪手段之一，同时ESA也发出了项目邀请，推进星载ADS-B载荷研制和ADS-B卫星在轨演示验证。</p><p> 美国由于通航发展迅速，因此也是全球最早开始部署地基ADS-B并将目光率先瞄向天基ADS-B系统的国家。</p><p> 2011年，GlobalStar和ADS-B Technology开发出了ALAS (ADS-B Link Augmentation System)，通过该系统，能够将载有ALAS系统的飞机的ADS-B数据通过GlobalStar L/S数据链与卫星进行数据交换。2015年7月21－28日，GlobalStar在美国进行了约36小时的飞行试验来对星载ADS-B信号的接收进行验证，飞行期间，GlobalStar共收到了129300条报文中的125795条，接收成功率达到97%；8月12日，GlobalStar与ADS-B Technology宣布NASA Langley选择了ALAS系统作为NASA双向通信需求的研究工作。</p><p> 2013年前后，美国的Iridium公司宣布将搭载ADS-B接收机到其未来发射的Iridium-NEXT星座上，预计2017－2020年提供全球商业化服务。该信息在马航事件后不断被提上航天类科技新闻头条，因为铱星的星座覆盖特性全球有目共睹，基于星间链路和全球覆盖星座，确保了即使经过北极上空的飞机，也能够被Iridium卫星接收并通过星间链路传到地面网关站，为用户提供准实时的ADS-B信息，因此Iridium-NEXT的这项应用被舆论寄予厚望，被称作能让全球航班永不失联的“杀手锏”。</p><p> <strong>（3）典型星载ADS-B系统</strong></p><p> 任何一个天基接收系统都不可能仅有一家或几家大型公司独占，未来的天基接收系统最大的商业价值在于数据，而非星座本身，因此有明晰的商业数据用户和完整的大数据产业链条的后来者，与技术体制与产品研制的先发者在产业和资源等方面各具优势。星载ADS-B的发展中也呈现出这种局面。</p><p> <strong>GomSpace</strong></p><p> GomSpace于2013年11月21日将GOMX-1发射入轨，该卫星搭载了该公司第一代星载ADS-B接收机，该接收机在轨工作状态良好，回传了大量有效ADS-B数据。但由于该卫星的平台仅采用了9.6kbps的下行速率，有大量的接收并解调的数据没有成功下传。</p><p> GOMX-1后，GomSpace公布了其下一步规划，并在2015年8月19日成功发射了GOMX-3到国际空间站，在2015年10月5日将该卫星部署到近地轨道。GOMX-3与GOMX-1相比，有三处主要变化，一是卫星尺寸由2U变为了3U，二是搭载了第二代ADS-B星载接收机，三是采用了X-Band的数传，下行速率达到2Mbps。</p><p> GomSpace的ADS-B星载接收机在网站上公开售卖，并标出了其星载接收机的性能指标，最大功耗1W，最大每秒接收ADS-B包数量800包，灵敏度高于-103dBm。从指标来看，该接收机的性能还是非常不错的。</p><p> <strong></strong></p><p> <strong>Royal Military College of Canada</strong></p><p> RMCC响应加拿大国防研究与发展部的号召，在2009年开始研究天基接收ADS-B可行性，并由学生发起了一项气球试验，验证是否能够通过气球上的ADS-B接收机来接收飞机的ADS-B信号。</p><p> 试验进行了三次，其中2009年6月12日和2012年3月21日的实验结果比较好，气球上接收机接收的数据与NAV Canada地面ADS-B基站接收的数据吻合较好。随后，该项目被并入了CANX-7卫星项目。</p><p> 加拿大的CANX项目是一系列用于天基演示验证的项目，其CANX-6项目就是天基AIS的演示验证，因此CANX-7项目选中天基ADS-B，可以看做是加拿大对于天基ADS-B项目未来前景的期待。在CANX-7项目中的星载ADS-B接收机由COM DEV和RMCC共同完成，巧合的是，COM DEV恰好是CANX-6中星载AIS接收机的研制方。CANX-7卫星预计2015~2016年发射。</p><p> <strong></strong></p><p> <strong>PROBA-V</strong></p><p> PROBA-V是QinetiQ公司为ESA研制的一颗植被观测卫星，该卫星于2013年5月7日发射升空，搭载了DLR研制的星载ADS-B接收机。</p><p> 该接收机接收的数据通过与澳大利亚的地基ADS-B网络数据比对，吻合结果非常好，验证了DLR研制的天基ADS-B接收机的接收性能。</p><p> <strong>（4）星载ADS-B发展趋势</strong></p><p> 在多个卫星公司竞相发射ADS-B卫星的同时，包括ESA在内的多个机构也纷纷公布了未来的天基ADS-B星座规划，这些规划中，星载ADS-B或作为主载荷，或作为搭载载荷，均体现了在全球航空飞行跟踪业务领域里，这些公司和机构的决心。</p><p> 荷兰的ISIS公司预计将在2017年发射ADS-B的PoC卫星，并在2018年中期组网形成天基ADS-B系统；ESA成立了欧洲全球监视研究组，提出将ADS-B技术带到太空，提供全球覆盖，10－15s更新速率的准实时ADS-B数据；而前面提到的Iridium更是在今年就将发射其搭载了ADS-B接收机的星座卫星开始组网的第一步。</p><p> 如果说全球航行安全是所有公司和机构发展全球航空飞行跟踪的出发点，那么在获取了全球航空飞行跟踪数据后的大数据业务，极有可能会成为“航天商业化”中一项不可或缺的产物。</p><p> <strong></strong></p><p> <strong>全球飞行跟踪系统大数据应用</strong></p><p> 就在Iridium-NEXT的72颗搭载ADS-B载荷的卫星即将开始第一轮发射之时，不少目光已经投向了为这72个载荷买单的数据公司，加拿大的Aireon了。Aireon将全球ADS-B监视定义为“Game Changer”，从其公开的许多商业文件和利益相关方分析，这绝不是一家仅仅将飞行安全作为主要业务的数据运营商，其目光投向的领域，正是如火如荼的“大数据”。</p><p> 2014年9月22日，Aireon宣布用于搜救的全球ADS-B数据将会免费提供给用户，同时，Aireon也表示，尽管全球ADS-B数据不能够避免类似MH370的悲剧发生，但是这样的数据能够很大程度上提高搜救的效率和成果。从这则新闻，不难看出，其实Aireon为用户提供的数据，特别是地面基站无法接收到的数据，并不是免费的。</p><p> Aireon将潜在用户划为四个领域，分别是空中导航服务供应商、航空公司、通用航空和国土安全部门。同时，Aireon也将ADS-B的用户划分了不同数据和服务级别的多个目标市场，可谓是深思熟虑。更让人想不到的是，Aireon还发布了ADS-B的商业价值分析，其中包括节省燃油、节省飞行时间和减少等候时间三项，Aireon给出了详细的计算结果。</p><p> Aireon认为，通过优化航班爬升过程、提升航路利用率、根据风和气候变化优化航路三项服务能够在2017年~2030年为北大西洋和太平洋的美国航空公司节省30亿美元（整个Iridium-NEXT的投资，也不过18亿美元）。</p><p> 从其描述的前景来看，ADS-B的全球大数据价值，前景非常可观。其中不可忽视的一个关键角色，就是卫星与航空业务结合，这种结合型应用使一家从事空中导航服务的运营商，拥有了获取全球（特别是海洋区域）的飞行跟踪数据的能力，使上述各种商业模式得以实现。</p><p> <strong></strong></p><p> <strong>思考与建议</strong></p><p> 经过多年的发展，全球航空飞行发展迅猛，以民航业为代表的传统航空业，也迎来了通用航空、无人机等新兴航空业的挑战。美国最初发展ADS-B系统的初衷，正是为了解决阿拉斯加地区通用航空经常碰撞的问题。</p><p> 现今，天基ADS-B系统已经不存在技术障碍，但如何规划星座，数据如何分发、资源如何管理、后台如何利用这些海量数据提供更高质量的服务等问题并没有解决。</p><p> 我国在2015年9月底和10月初发射的多颗微纳卫星上，都搭载了ADS-B接收机用于全球航班跟踪，充分说明了我国卫星设备研制的能力和与国际接轨的眼界；但同时应该看到，这些卫星搭载项目，普遍出于技术验证的目的，都没有明晰的商业计划和明确用户；其他一些天基ADS-B星座系统的规划也仅仅着眼于卫星制造的规划，而在其对用户应用层面的研究却十分欠缺。</p><p> ……</p><p> 上文选自《卫星应用》，如需详情请查阅该期刊。</p><br />
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