民航局发布《中国民航北斗卫星导航系统应用实施路线图》意味着什么

作者 | 谢鹰

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背景

12月12日,民航局在本年度最后一次月度新闻发布会上,对外发布《中国民航北斗卫星导航系统应用实施路线图》(以下简称路线图),一时间,朋友圈里开始刷屏。笔者所在深圳市航电技术研究院数年前接触过两个有关北斗的项目,遂以此文与圈内好友共享之。

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路线图都说了些啥

路线图提出要大力推进北斗系统应用,积极构建以北斗为核心、兼容多个星座的全球卫星导航系统(GNSS)技术应用体系,推动以星基定位、导航与授时技术为核心的新一代空中航行系统建设与运行,按照“从易到难,从便携到机载,从监视到导航,通用运输统筹推进”的总体实施路径,促进民航高质量发展。这是北斗系统在中国民航应用的首个系统性实施路径。根据实施计划,中国民航北斗卫星导航系统应用实施分为三个阶段。

近期目标是,到2021年底,基本实现北斗系统通用航空低空空域定位及监视应用,完成北斗系统运输航空器追踪监控及授时应用典型示范,推动民航业高质量发展。

中期目标是,到2025年底,全面实现北斗系统通用航空定位、导航与监视应用,基本完成北斗星基增强系统运输航空定位导航应用,全面推动北斗系统运输航空导航及监视应用,实现大型无人机混合空域运行典型场景应用,积极支持“一带一路”国家民航应用北斗。

远期目标是,到2035年底,构建以北斗系统为核心的,与GPS等其他星座兼容互操作的双频多星座GNSS技术应用体系,逐步实现北斗系统民航行业应用“全覆盖、可替代”,为运输、通用航空及无人驾驶航空器飞行提供精确完好、安全可靠的导航服务,为空中交通提供全空域监视服务,全面提升民航安全水平、空域容量、运行效率和服务能力,为新时代民航强国发展提供强大技术支撑,进一步推动北斗全球民航应用。

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北斗的那些事

(1) 为何要建设北斗系统

1996年台海危机一触即发,据传美国当年关闭了我国拟发射飞弹目标区域GPS,大家习惯了GPS便捷性,却忽略了任何构建在别人地基上的高楼大厦都是那么不堪一击,于是乎,欧洲、日本、俄罗斯、中国都开始搞起了自己的导航系统,特别是涉及到国家安全的军事等领域,因此北斗系统也开始呱呱坠地了。

(2) 北斗一代、北斗二代、北斗三代

北斗一代,从有源定位起步,两颗地球同步轨道卫星,除了导航功能外,兼具通信功能实现信息交互,2003年开始建设,2004年投入使用,实现中国区域的粗精度定位。正是由于我国卫星通信系统的弱势,反而成就了北斗导航和短报文的独有特征,这点与GPS系统仅有导航功能有明显区别。目前北斗一代系统已经退出服务,但短报文功能在后续北斗系统得到延续。

北斗二代,实现亚太及一带一路区域无源定位。北斗二代导航系统的建设于2004年启动,2011年开始对中国和周边提供测试服务,2012年正式提供卫星导航服务,服务范围涵盖亚太大部分地区,南纬55度到北纬55度、东经55度到东经180度为一般服务范围。原子钟作为卫星导航系统的核心心脏,北斗二代采用了铷原子钟。

北斗三代,才是真正意义的全球卫星导航系统,为全球用户提供定位、导航、授时服务,中国将发射大量中地球轨道卫星,同时因为现有系统的卫星寿命也会到期,也将会在2020年前完成替换,北斗三代采用全国产的氢原子钟。

北斗三代系统,包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星。5颗静止轨道卫星定点位置为东经58.75°、80°、110.5°、140°、160°,中地球轨道卫星运行在3个轨道平面上,轨道平面之间为相隔120°均匀分布。

(3) 北斗系统为什么这么牛

北斗系统,相比于欧洲伽利略系统,起步要晚,但国家的高度重视和科研人员的不懈奋斗,北斗系统实现了发射和轨道的占位,将原来进度领先的欧洲伽利略导航系统远远甩在身后,原计划于2020年底投入使用的北斗三代导航系统,将提前半年投入使用,北斗导航系统将成为第二个全球导航系统,你说牛不牛。

北斗系统,特有的短报文功能,也使得北斗在应用层面,相比于GPS系统优势明显,特别是一些应急救援场景,GPS导航系统必须借助通信系统才能实现,而北斗系统可以借助短报文功能独立实现导航定位和信息双向交互。

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关于北斗在民航应用的观点

北斗在民航的应用可以分为两个层面,一个层面是监视,一个层面是导航,从需求迫切性角度看,监视功能在航空的应用,反而更加迫切。

众所周知,马航MH370飞机至今杳无音信,虽然飞机有定位功能,但这些定位信息必须通过通信手段回传回来地面才会知道,而飞机的地空通信手段在地面上依靠地空数据链,在海洋上依靠卫星数据链。一般的情况,宽体飞机基本都加装了地空数据链和卫星数据链,窄体机一般仅有地空数据链,并没有加装卫星数据链。同时由于卫星数据链高昂的数据带宽费用,许多航空公司在卫星数据链使用方面也顾虑较多。马航MH370飞机之所以找不着,核心的原因就是当时飞机上的卫星链路关闭了,飞机的信息没有回传到地面。

为了解决飞机与地面AOC(运控中心)联系不中断,中国民航局为彻底解决飞机与航空公司运行控制中心之间语音通信联系和实时监控问题,民航局制定了《航空公司运行控制卫星通信实施政策》,要求实现民航飞机与运行控制中心AOC在4分钟内建立语音通信联系的目标。国际民航组织ICAO也发布新规,新规要求民航飞机需要至少每15分钟发出一次报告自己所处位置的信号。

这些要求说的容易,但实施起来,涉及大量的飞机加改装成本,因为大多数飞机,特别是窄体飞机原来并没有加装卫星通信系统,同时高昂的卫星流量费用也让航空公司犹豫不决。北斗的导航+短报文功能,正好可以有效的解决位置信息回传问题,如果当年的马航MH370安装了北斗安全监视系统,除非它离开地球否则它永远都无处遁形。

当然导航功能也十分重要,今年5月份起,中南、华东、东北等地区陆续反映了上百架航班因GPS信号异常导致航班延误或取消。为解决GPS单星座的脆弱性带来的安全隐患,弥补传统导航方式的不足,需要将北斗系统纳入体系,实现多个星座互补。当然这条路由于涉及到北斗系统得到国际民航组织ICAO认可,同时也要实现导航的多模式接收机MMR的国产化,当然相比于监视功能并不参与飞机飞行,安全等级要求更高,因此也会更难走些。

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一点想法

北斗是中国的北斗,也是世界的北斗,作为全球第二个卫星导航定位系统,北斗真正的成功必须依靠各行各业的北斗应用。中国民用航空局《中国民航北斗卫星导航系统应用实施路线图》的发布,无异为北斗在航空的应用起到极大的促进作用。虽然笔者聚焦航空互联网应用创业,并不参与北斗相关应用在航空的落地,但强烈的责任感和自豪感驱使笔者在此祝愿北斗在民航的应用能实现民航强国和北斗应用的双促进!!!

附:民航局发布《中国民航北斗卫星导航系统应用实施路线图》

民航局日前正式发布《中国民航北斗卫星导航系统应用实施路线图》(以下简称《路线图》),提出要大力推进北斗系统应用,积极构建以北斗为核心的全球卫星导航系统(GNSS)技术应用体系,推动以星基定位、导航与授时技术为核心的新一代空中航行系统建设与运行,按照“从易到难,从便携到机载,从监视到导航,通用运输统筹推进”的总体实施路径,促进民航高质量发展。这是北斗系统在中国民航应用的首个系统性实施路径。

北斗卫星导航系统是全球卫星导航系统的核心星座之一。全面加强北斗系统在民航领域的实践应用,是落实党和国家领导人对航空安全体系建设重要批示的关键措施,是推动空管体制改革进程的重要举措,是推动北斗系统全球应用的重要环节,是民航行业高质量发展的有力保障和民航强国建设的重要技术支撑。在广泛征求意见的基础上,民航局依据中国民航总体发展战略与规划,根据空中航行服务需要,立足中国民航导航技术现状与发展需求,按照《北斗卫星导航系统交通运输行业应用专项规划》要求,参照北斗系统建设与发展计划,结合国际民航组织相关要求编制,制定出台了《路线图》。

《路线图》提出,要坚持“服务国家战略,全面开放合作”“坚持以人为本,保证安全第一”“明确目标任务,兼顾稳健创新”三个基本原则,同时明确了国际标准、民航法规标准体系建设、基础能力建设、航空器运营人北斗运行能力建设、航空运营人空中航行服务能力建设、航空器定位信息共享、协同合作工作机制建设、宣传与培训等八项主要任务。

《路线图》明确,要以“从易到难,从便携到机载,从监视到导航,通用运输统筹推进”为总体实施路径,分步实施中国民航北斗卫星导航系统应用。根据实施计划,中国民航北斗卫星导航系统应用实施分为近期(2019年~2021年)、中期(2022年~2025年)和远期(2026年~2035年)三个阶段,每个阶段均提出了本阶段要完成的主要任务、实现本阶段目标需要具备的条件。

《路线图》要求,北斗卫星导航系统建设和运营管理部门、北斗资源调配主管单位、民航局、工业界、国产商用飞机制造商、航空运营人、机场和空管各方要明确职责和分工,积极构建多元主体参与、分工协同、合作协商的体制和机制,为北斗导航系统在民航实践应用提供坚实的保障。