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星基空管技術(shù) 是國際民航組織確定的新一代空管監(jiān)視技術(shù)

2021-08-19 13:20:18 來源：科技日報

記者8月18日從長沙天儀空間科技研究院有限公司（以下簡稱天儀研究院）獲悉，我國空事衛(wèi)星系統(tǒng)首顆技術(shù)驗證衛(wèi)星北航空事衛(wèi)星一號，近日圓滿完成試驗任務。其搭載的星基ADS-B試驗載荷監(jiān)視性能優(yōu)良，未來建成后的空事衛(wèi)星系統(tǒng)將具備在全球范圍內(nèi)對運輸航空器和通航飛行器進行監(jiān)視跟蹤的能力。

ADS-B（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）技術(shù)是廣播式自動相關(guān)監(jiān)視技術(shù)的簡稱，是國際民航組織確定的新一代空管監(jiān)視技術(shù)。飛機通過攜帶的ADS-B系統(tǒng)設備，可向其他飛機、地面站周期性廣播飛機的位置、高度、速度、航向、識別號等狀態(tài)信息。其他飛機接收到廣播信息后，根據(jù)實際情況進行機動操作，防止飛機發(fā)生碰撞；地面站接收到廣播信息后，管制員可掌握飛機狀態(tài)，進行航線規(guī)劃，確保飛行安全。

現(xiàn)階段，ADS-B系統(tǒng)主要靠地面站接收飛機廣播的數(shù)據(jù)信息。然而地面站建設受地理環(huán)境影響較大，飛機在洋區(qū)、荒漠或偏遠地區(qū)飛行時，沒有地面站覆蓋，信息無法被管制部門獲取，飛行過程中存在安全隱患。

說到這，一定有人想起了那個震驚世界的懸案——馬航MH370失聯(lián)事件。

2014年3月8日0時41分，馬來西亞航空公司的MH370航班從吉隆坡起飛，計劃于當日6時30分抵達北京。1時21分，該飛機即將進入越南上空時，信號突然同時從吉隆坡空管雷達和胡志明市空管雷達上消失。空管中心立即啟動輔助雷達與之聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)飛機上的應答器已經(jīng)停止工作。隨后官方動用軍用雷達，發(fā)現(xiàn)該飛機先是折返航向，向西南方直線飛行，隨后轉(zhuǎn)向西北，再轉(zhuǎn)向西南往南印度洋飛去，直至脫離雷達監(jiān)視范圍。

當時，衛(wèi)星對追蹤MH370航班的蹤跡并沒有起到直接的作用。搜救工作組只能對機上安裝的海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)與衛(wèi)星之間的最后7次通信握手進行分析，通過信號的傳遞，計算飛機與衛(wèi)星的距離以及飛行方向和速度等信息，畫出圓形的范圍，再結(jié)合飛機的飛行方向和剩余燃料，推算飛機墜毀的區(qū)域。但這個范圍依然太大，盡管多國參與開展了規(guī)模空前的聯(lián)合搜救，卻至今也沒能查明真相。

全國空間探測技術(shù)首席科學傳播專家龐之浩在MH370失聯(lián)一周年時曾向科技日報記者表示，該事件凸顯衛(wèi)星在民航飛機飛行中應急監(jiān)控的缺失，體現(xiàn)出把天基信息鏈路全面引入機載通信設備的重要性。

龐之浩說，衛(wèi)星在服務區(qū)內(nèi)無縫覆蓋，不受地理限制，如果用ADS-B技術(shù)將衛(wèi)星導航、通信技術(shù)、機載設備以及地面設備等技術(shù)相結(jié)合，并能擴展至空地、空空、空天等多種傳輸鏈路，能提供更安全、高效的空中交通監(jiān)視手段。如果有民航客機在海域飛行時失聯(lián)，衛(wèi)星將能及時獲得飛機失聯(lián)時的位置、高度、速度等關(guān)鍵信息，立即鎖定出事區(qū)域。

隨著商業(yè)小衛(wèi)星成本降低，采用星基手段開展空管應用逐漸具備了可行性。

2020年11月6日，北航空事衛(wèi)星一號發(fā)射。該衛(wèi)星由國家空管新航行系統(tǒng)技術(shù)重點實驗室牽頭，聯(lián)合四川九洲空管科技有限責任公司、天儀研究院共同研制，是我國首顆滿足空管運行需求的星基ADS－B衛(wèi)星，也是目前國內(nèi)唯一在軌運行的多波束接收ADS-B衛(wèi)星。

據(jù)了解，我國空事衛(wèi)星系統(tǒng)由國家空管新航行系統(tǒng)技術(shù)重點實驗室主任、中國工程院院士張軍提出，是面向航空需求的全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含低軌空事衛(wèi)星星座、空事衛(wèi)星地面應用系統(tǒng)和機載系統(tǒng)，可以為航空用戶提供全球覆蓋的連續(xù)實時通信、導航和監(jiān)視服務，能夠解決陸基航空系統(tǒng)的盲區(qū)問題，為航空飛行安全提供保障，并有利促進低空空域開放以及通航產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

星基ADS-B載荷由國家空管新航行系統(tǒng)技術(shù)重點實驗室張學軍教授帶領(lǐng)團隊研制，是空事衛(wèi)星系統(tǒng)的主要功能載荷之一，具有高靈敏度接收和大數(shù)據(jù)處理能力，同時能夠有效解決同頻率上多架飛機發(fā)射的信號相互碰撞、干擾的問題。針對星基ADS-B信號傳輸衰減大，空域內(nèi)信號易產(chǎn)生沖突等問題，研制團隊突破了多波束相控陣天線、多通道高靈敏度接收算法和解交織技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。

在軌試驗數(shù)據(jù)表明，星基ADS-B載荷在繁忙空域內(nèi)，平均每小時可接收ADS-B消息數(shù)超過100萬條；最遠探測距離達到2000公里以上；半徑800公里的設計覆蓋范圍內(nèi)，95%位置消息更新間隔低于8秒，目標檢測率和報文更新率初步滿足空管運行需求，達到國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進水平。

不過有關(guān)專家也表示，北航空事衛(wèi)星一號目前僅是在國內(nèi)首次驗證了多波束星基ADS-B技術(shù)，支撐我國星基ADS-B系統(tǒng)的全面建設，還需要進一步優(yōu)化設計；此外，要想為全球范圍內(nèi)的航空用戶提供通信、導航、監(jiān)視服務，必須完成幾百顆衛(wèi)星的全球組網(wǎng)，涉及大量的研究與建設工作，需要聯(lián)合國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的各個單位，各盡所長，共同完成。下一階段，合作各方將盡快推動全系統(tǒng)的組網(wǎng)建設。（記者付毅飛）

標簽：星基空管技術(shù) 國際民航組織監(jiān)視技術(shù) 空事衛(wèi)星系統(tǒng)