北斗卫星导航定位系统在空管系统的工程应用

[摘 要]北斗卫星导航定位系统为我国新一代空管系统的发展带来新的机遇，对提高管制中心对空监视和地空通信能力意义重大。在某空管系统试验区建设中，应用了北斗卫星导航定位终端产品构建了空管系统，解决了跨区作业的飞机广域位置监控和空中交通管制问题。结合工程经验，给出了几点推动北斗卫星导航定位系统在空管系统应用的建议，对今后工作方向进行了展望。

[关键词]北斗导航定位系统；空管系统；ADS-C；CPDLC

中图分类号：TP854.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0236-01

引言

近年来由于我国航空运输的快速增长，中东部发达地区空域变得日趋拥挤，而西部地区受地理条件限制，地面导航台的布设不够完善，不能覆盖全部航路和空域，传统陆基空中交通管理系统已不能有效满足航空运输迅速增长的需求。拥有自主知识产权的北斗卫星导航定位系统的建设，为我国新一代空管系统的发展带来新的机遇，其建成使用将使我国在卫星导航等应用方面摆脱对GPS系统的完全依赖。

空中交通管制是以地面台站对空监视和地空通信为基础。目前，我国在飞机低空监视和地空通信上采用雷达和无线电通信实现地面台站对任务飞机的监视和通信功能。这种工作模式很容易受到距离、地形和天气影响。比如，无线电通信只能在视距范围内发挥作用，且飞机低空飞行和地形复杂时难以发挥作用。

1.北斗卫星导航定位系统发展及特点

作为一个大国的标志，卫星导航系统等基础设施建设必不可少，中国的北斗卫星导航系统建设分成了三步：

第一步，先建成主动有源定位体制的区域定位系统，即北斗一号卫星导航系统，它由三颗同步轨道卫星构成。采用主动有源发射方式定位解算。

第二步，初步建立起既有主动定位体制又有被动定位体制（与GPS体制相同）的区域定位系统，这个系统设计有14颗卫星构成，5颗同步轨道（GEO）、5颗倾斜同步轨道（IGSO）、4颗中圆轨道（MEO）。

第三步，2020年前，建成北斗全球卫星导航系统，也就是通常所说的中国二代。这个系统设计有35颗卫星构成。5颗同步轨道（GEO）、30颗非静止轨道卫星构成。

北斗卫星导航定位系统具备的导航、定位及短消息通信功能，为其在空管系统中的应用奠定了基础。

2.北斗卫星导航定位终端产品在空管系统中的工程试验应用

2010年至2012年，在某空管系统试验区建设中，我单位为用户搭建了基于北斗的空管系统，研制的机载型北斗卫星导航定位终端产品装备于某型号运输机，解决跨区作业的飞机广域位置监控和空中交通管制问题。在此之前，在空管系统中，还没有基于北斗的位置和通信的应用。

基于北斗的空管系统由机载端设备和地面端设备组成。机载端设备由航行信息处理机、组合导航组件、显示器及北斗卫星导航定位终端组成，实现飞机位置感知、北斗数字短报文通信、显控等功能。地面端设备有指挥型北斗用户机、接口转换组件、指挥控制平台组成，实现北斗数字短报文通信、显示控制等功能。

基于北斗数字短报文通信功能实现了任务飞机与地面管控中心的合约式自动相关监视（ADS-C）和管制员与飞行员数据链通信（CPDLC），进而实现了地面管制中心对任务飞机的监视和地空通信功能。系统构成如图1所示。

合约式自动相关监视（ADS-C），工作示意图如图2所示。

任务飞机与地面管制中心通过北斗数字通信链路建立ADS-C连接；连接成功后建立目标航迹，机载端将飞机位置、高度、航向、航速等信息以合约形式发送给地面管制中心，管制员通过地面端显示设备监视飞机航迹航向等参数，实现对任务飞机的位置监控功能。

管制员与飞行员数据链通信（CPDLC），工作示意图如图3所示。

管制员与飞行员数据链通信（CPDLC）。管制员与飞行员通过数字短报文进行指挥控制信息交互，实现远程指挥控制。

3. 推动北斗卫星导航定位系统在空管领域应用的几点建议

参考本工程应用中积累的经验，建议“北斗”卫星导航定位系统在建设中考虑以下几个方面的问题：

* 加强研究单位和空管主管部门的沟通和协调，共享卫星导航的使用经验。

* 借助试验区建设等项目和“大飞机”研制计划，主管部门多为北斗系统的研究工作提供相应的验证平台和试验环境。

* 研究部门在应用中应重点考虑空管业务对卫星导航系统高性能的需求，分阶段逐步实现和完善相应的功能，提高系统完好性、可用性和连续性。

* 充分发挥“北斗”短报文通信功能，使其成为在空管应用领域数据链的新途径。

* 研究部门应充分研究空管领域的相关政策和要求，从业务需求出发，进而为行业用户提供高效稳定的解决方案。

4. 结束语

北斗卫星导航定位系统是我国基于本国国情发展起来的卫星导航通信系统，其在空管领域的工程试验应用为今后的工作积累类工程应用经验和基础。在北斗卫星导航定位系统加快建设步伐的同时，我们也要加快研究空管系统的政策和需求，力争在北斗卫星导航定位系统这张大网展开的同时，在空管系统的应用也随之不断延伸，如飞机进场导航应用等，为空管甚至航空业创造更大的效益。

参考文献

[1] 杨军，曹冲，我国北斗卫星导航系统应用需求及效益分析，武汉大学学报，Vo1.29 No.9 Sept.2004；

[2] 杨洪海，张光明，“北斗”卫星导航系统在中国民航应用探索[N].中国民航报，2008-12-25（4）；

[3] 中国民航监视技术应用政策（征求意见稿） 中国民用航空局 2010年8月

作者简介：

陈亮 男，工程师。主要研究方向：卫星导航终端产品及其应用。