基于星基的民用航空无线电通信、导航、监视系统发展

　　引  语
　　无线电通信导航监视（CNS）系统是航空电子系统的重要组成部分，并逐步由地基向星基方向发展。大力发展基于星基的通信、导航、监视系统是未来发展的方向。
　　民用航空通信系统
　　航空卫星通信系统可分为驾驶舱卫星通信和客舱卫星通信，目前驾驶舱卫星通信主要使用L频段，客舱卫星通信主要使用Ka、Ku频段。
　　1. 驾驶舱卫星通信
　　为满足民航规章，保障飞机全球范围内的安全运行，基于卫星通信的驾驶舱话音及数据通信得到广泛应用，目前用于驾驶舱的卫星通信系统主要有海事卫星（Inmarsat）和铱星（Iridium）。
　　Inmarsat航空卫星通信系统可以分为空间段、地面段和用户段。空间段由多颗GEO卫星组成，地面段包括卫星测控中心、卫星接入站和其他地面网络等，用户段由各种用户终端组成。
　　2007年，二代Iridium系统计划（Iridium-Next）启动。Iridium-Next系统建设目标总体包括提高数据传输速率、更高的话音质量、可以灵活分配频带、利用IP技术的优势、提供更强的业务和设备等。Iridium-Next系统支持全球范围的多种新应用和新业务，包括星基广播式自动相关监视ADS-B应用，可以实现全球覆盖的航空器独立监视，单星可监视3000个目标，处理1000个以上目标。

　　▲ Inmarsat航空卫星通信系统
　　2. 客舱卫星通信
　　随着卫星制造技术和毫米波技术的发展，机载卫星通信已向Ka/Ku频段发展。目前，美国、加拿大、欧洲等国均发展了Ka/Ku频段宽带卫星系统并已经投入使用。
　　Telesat卫星系统全球领先的卫星通信运营商，提供可靠和安全的卫星通信解决方案，服务于广播、电信、企业和政府客户。目前拥有15颗卫星，计划于2017年发射两颗小型卫星，避免Ka频段卫星互联网连接相关技术风险。
　　Inmarsat为实现Ka频段高通量卫星应用，推出了第五代海事卫星系统Global Xpress，采用全IP体制，使用Ka频段，空间段采用三颗主用（120°间隔）加一颗备用静止轨道卫星的组网方式。
　　美国卫讯公司ViaSat的Ka频段卫星可分为三代。ViaSat-1和ViaSat-2均已发射，ViaSat-3计划于2019年发射。ViaSat-3由3颗卫星组成，每一颗都有1000Gbit/s的最大容量，计划第1颗卫星覆盖美洲，第2颗卫星覆盖欧洲、中东和非洲，第3颗卫星覆盖亚太地区，从而实现ViaSat-3的全球覆盖。

　　▲ ViaSat卫星通信系统
　　
　　民用航空导航增强系统
　　
　　全球导航卫星系统（GNSS）作为未来民用航空运行的主要导航源，已经进入了快速发展和应用阶段。未来民用航空运行应用最为广泛的增强技术包括地基增强系统（GBAS）技术和星基增强系统（SBAS）技术。
　　1. 地基增强系统（GBAS）
　　GBAS对全球卫星导航系统（GNSS）进行差分校正和完好性监测，以提供安装机场周边大约23海里半径范围内的导航和精密进近服务。相对于传统仪表着陆系统在降雪、因维护的关闭、VHF干扰以及多径等诸多限制，GBAS可提供更高等级的服务，能够支持I类和II/III类精密进近，并实现在其工作范围内从进近、着陆、离场到场面运行的全覆盖。目前，现存标准的GBAS能够提供C类GBAS进近服务（GAST-C，对应于I类精密进近）。满足II/III类精密进近的GAST-D的技术正在研究验证过程中，技术标准最早有望在2018年完成。
　　2. 星基增强系统（SBAS）
　　星基增强系统SBAS首先由位置已知的地面差分站对导航卫星进行监测，获得原始伪距、卫星播发的相位信息等定位数据并送至中央处理设施（主控站），主控站通过计算得到各卫星的各种定位修正信息，通过上行注入站发给GEO卫星，最后将修正信息播发给广大用户，从而达到提高定位精度的目的。目前，全球已经建立起了多个SBAS系统，如美国的WAAS、欧洲的EGNOS、日本的MSAS、俄罗斯的SDCM、加拿大的CWAAS以及印度的GAGAN等。
　　民用航空监视系统
　　
　　监视是飞机安全飞行和空中交通管理的基础。广播式自动相关监视技术（ADS-B）是一种基于卫星定位、实现对空飞行器监视和追踪的技术。目前，欧洲、美国、亚洲均开展了基于星基的广播自动相关监视ADS-B方面的研究工作，目前较为成熟的有“铱星二代”系统和“全球星二代”系统。
　　1.“铱星二代”ADS-B系统
　　美国铱星公司与NAV CANADA公司的合资公司Aireon通过与Harris公司合作开展基于“铱星二代”的星载ADS-B技术，目标用户是空管、搜救和军方。 基于星基的ADS-B系统通过在“铱星二代”卫星上搭载ADS-B接收机来实现在地球海洋上空、偏远地区上空、以及其他无雷达覆盖区域上空提供飞机位置报告服务，目前该系统仅在卫星上安装1090-ES ADS-B接收机，没有安装ADS-B发射机。因此，该系统主要用于飞行监视和追踪，没有空中交通情报服务TIS广播能力。

　　▲ 搭载ADS-B载荷的“铱星二代”卫星系统
　　2. “全球星二代”ADS-B系统
　　美国全球星公司和ADS-B技术公司联合推出了基于“全球星”卫星的ADS-B链路增强系统ALAS（ADS-B Link Augmentation System）。该系统采用“全球星”卫星网络和卫星地面站，提供ADS-B监视及通信服务。ALAS系统的设计目标就是强化现有ADS-B网络，以便在传统地基ADS-B网络覆盖范围之外建立良好的越洋及偏远区域位置跟踪服务。系统支持实时回传飞行数据记录器信息、无人飞机系统（UAS）传感器数据、双向气象和话音等数据。ALAS系统采用全球星卫星网络和卫星地面站，兼容任何978MHz UAT ADS-B以及1090-ES ADS-B，卫星上的ADS-B设备具备发射和接收功能，可支持TIS/FIS信息的传递。

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