“北斗”在我國民用航空的發展和應用

溫莉

摘? 要：“北斗”是我國自主研發的衛星導航系統，該技術對于民用航空發展有著重要意義，或成為未來航空系統的重要構成部分。但我國目前有關“北斗”在民用航空中的研究較少，缺少足夠的理論數據支撐。基于此，筆者通過查閱文獻，結合自身經驗，在下文中對“北斗”在我國民用航空的應用進行了詳盡論述。

關鍵詞：北斗衛星導航系統;衛星導航技術;民用航空

中圖分類號：V249.32? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）25-0167-02

Abstract： "Beidou" is a satellite navigation system independently developed in China. This technology is of great significance to the development of civil aviation， or becomes an important part of the future aviation system. However， at present， there are few studies on "Beidou" in civil aviation in China， and there is a lack of sufficient theoretical data to support it. Based on this， the author makes a detailed discussion on the application of "Beidou" in China's civil aviation by consulting the literature and referring to his own experience.

Keywords： Beidou Satellite Navigation System; Satellite Navigation Technology; Civil Aviation

時代的發展、技術的變革帶動了民用航空的發展，目前全球衛星導航系統在民航界的應用廣泛，是為支撐民航發展的核心要素。起源于美國軍方的GPS技術，憑借其成熟的優勢，對民航界造成了深遠的影響。而探究我國自主研發的北斗衛星導航系統，不僅僅是技術獨立的需要，同時也是進一步提高我國民航安全性、靈活性的現實需求。

1 北斗衛星導航系統概述

北斗衛星導航系統（BDS）是我國獨立自主研發的系統，自上世紀八十年代起，北斗衛星導航系統經過三代研發，截止2018年年底，北斗衛星導航系統已經實現了全球性的導航服務，在軌工作的衛星共計33顆，服務定位精度可達10m，測速精度最快為0.2m/s，在亞太地區的應用優勢較為明顯。

1.1 北斗衛星導航系統的構成

北斗衛星導航系統大致可分為空間、地面、用戶三個構成部分，空間段主要由衛星構成，截至2018年12月，北斗衛星導航系統空間段包含地球靜止軌道衛星5顆、中圓地球軌道衛星21顆、傾斜地球同步軌道衛星7顆;地面段主要由地面監測、地面控制、注入站構成，地面監測負責收集數據，地面控制則負責協調地面控制工作，負責處理監測站所搜集的數據，注入站負責通訊、天線，實現衛星間的數據傳輸;用戶端主要是指北斗衛星信號接收終端，本文主要涉及到航天導航接收終端[1]。

1.2 北斗衛星導航系統的原理

北斗衛星導航系統是繼GPS、GLONASS、GALILEO之后又一成熟的衛星導航系統，北斗衛星導航系統可實現無源定位、有源定位、測距三維導航、三球交匯定位。舉個例子，北斗衛星導航系統可在三點位置坐標確定的情況下，根據三點到第四點的距離，判斷出第四點的空間位置（技術原理可見圖1）[2]。

地面用戶端可向兩個導航衛星發出定位申請，然后地面控制站發出距離測量質量，根據無線電傳輸時間特性，得出衛星、用戶端之間的距離，地面控制站結合地球球心到地面各點的距離數據，結合信號判斷用戶端所處位置，利用上述“三球交匯”原理實現有源定位;和有源定位不同，無源定位技術需要同時通過四個衛星所發出的信號來實現，結合距離數據、時間數據，根據“三球交匯”原理，用戶終端就可獲取空間位置信息[3]。

2 民航界應用北斗衛星導航系統的迫切需求——以ADS-B為例

ADS-B是一種基于北斗衛星定位技術的新型航空監視技術，ADS-B呈現出全時性、自動化等特征，結合北斗衛星定位技術高精度的特點，可提供航空位置、飛行高度、飛行速度等等數據信息。在2010年民航局發布的《中國民航監視技術應用政策》中，強調了ADS-B在民用航空中的重要性[4]。近幾年，民航界對北斗衛星導航系統的關注越來越廣泛、深入，其主要原因就是因為ADS-B過于依賴GPS技術，安全性、可靠性、穩定性均存在一定的問題，北斗衛星導航系統作為我國獨立自主研發的技術，在國家安全、可靠性方面有著卓著的優勢。從目前我國民航界ADS-B的情況出發，結合北斗衛星導航系統發展態勢，可考慮構建以北斗衛星導航系統為基礎，以民航公司、ADS-B地面站、飛行服務站為輔助的新型ADS-B系統[5]。

考慮到我國民航事業起步時間相對比較晚，缺少可靠的技術支撐，尤其是航空管理設備，國外進口占比較大，技術發展模式、管理模式仍舊以國際標準來構建，許多地方需要結合我國民航實際情況進行優化[6]。而“北斗”科技項目的推進、發展，以及其在“一帶一路”中的應用成效，就為民航界發展指出了新的道路，在這樣的背景下需要審時度勢、統籌協調才能開創出我國民航界發展新態勢。另外，我國民航在發展初始，受當時技術條件、經濟條件的顯著，民航主要依托于航空地圖來實現導航，后隨著經濟的發展，技術的引進，民航導航系統才逐步趨于完善。但是我國地域遼闊，許多趨于機場存在地形復雜、海拔高等情況，為應對當下航空運輸快速發展的需求，解決GPS技術存在的安全隱性問題，北斗航空技術的應用就顯得更為迫切[7]。

3 北斗衛星導航系統在民航界中的應用

3.1 陸基區域導航的變革

區域導航在民航界，最初被定義為“在地面導航設施的覆蓋范圍內，在機載自主導航系統的有效范圍內或者在兩個因素的有機結合下，飛機根據所需航線所采用的一種經濟、靈活的導航方法”。在這一定義下，制定了我國民航界現階段的RNAV，但是有關地面導航臺的建設仍舊存在一定的問題，受到基礎建設所制約。而北斗衛星導航系統的應用，就在根本上解決了該問題，讓航空器導航方式呈現出較強的靈活性。在區域導航階段，航空器可依托于飛行管理計算機以及北斗衛星導航系統，通過二者的有機結合，實現兩點間的最短距離飛行。

3.2 飛機進離場的精密導航

結合北斗衛星導航技術，采用高新飛行計算機以及新型計算程序，航空器能夠根據機載導航終端的引導，進入正確的航線（在民航界目前使用的航空系統中，該航線被稱之為“內外隧道”，外隧道是指安全飛行的界限，內隧道是指正常的航行范圍）。相較于傳統的導航技術，結合北斗衛星導航技術的精密導航RNP，飛機不再受制于地面導航設施，便能夠實現精細化的進場、離場，且在雨天等能見度較差的天氣，可實現精確、安全的著陸，對于飛行安全性、精確性的提升有著至關重要的意義。即便是在地形復雜、氣候復雜的機場，北斗衛星導航結合精密導航RNP仍舊呈現出較高的安全性，這對于我國西部、西南部、西北部地區機場的正常進場、離場意義重大，航班延誤、返航等等問題的發生概率可得到有效降低。

3.3 進近著陸系統的優化

進近著陸系統是目前我國民用機場飛機接近、著陸所依靠的重要技術，隨著民航事業的逐步發展，民航飛行次數、載客量的逐步提升，進近著陸系統存在的問題越發突出，而以北斗衛星導航技術為技術的精密化進近著陸系統，能夠有效解決該現實問題。精密化進近著陸系統包含飛行引導、著陸引導、精密導航定位三個方面的功能，在北斗衛星系統精密化定位信息的支持下，精密進近著陸系統能夠滿足民航一系列的精密航行、進近需求，并提供垂直偏差、水平偏差等輔助數據。而對于傳統的進近著陸系統來說，同一等級的進近程序只能對應同一個跑道，而精密進近著陸系統，多個同等級的進近程序皆能夠對應同一個儀表跑道，這對于大多數的民航機場來說，精密進近著陸系統能夠帶來更高的導航效率，提供更為全面的導航技術服務[8]。

另外，相較于傳統的ILS，以北斗衛星導航技術為基礎的精密進近著陸系統以及地基增強系統優勢更為明顯，一方面是精密進近著陸系統提供的進近數據更為精準，進近數據能夠根據實際需求，靈活的定義航行軌跡;另一方面，其靈活性、實用性更強，在部分傳統進近系統應用較為困難的機場，精密進近著陸系統因支持曲線化進近，所以可根據不同的情況來調整進近程序。

4 國際全球衛星導航系統對于北斗衛星導航系統應用發展的啟示

隨著航空事業的不斷發展以及各行業對于定位技術需求量的上升，國際空間軌道、空間頻率呈現出“趨緊”的態勢，因為電波在大氣層中傳播存在一定的“損耗”現象，而GLONASS、GPS、GALILEO已經占用了空間軌道中的“優良資源”，但是由于歐洲經濟體的劣化發展以及歐盟內部政治體制的影響，導致其衛星導航系統的進一步構建、完善逐步推遲。在這樣的背景下，我國亟需加快北斗衛星導航系統建設的步伐，根據民航事業發展的實際需求，參考美國GPS技術發展的前車之鑒，加強對技術完好性的設計，通過進一步加強基礎建設來強化衛星導航系統的適用性、實用性。

5 結束語

綜上所述，北斗衛星導航系統在民航界的應用并非是一個一蹴而就的過程，盡管目前已經有了一定的成果，但是仍舊需要不斷的探究、完善。相關技術工作者、學者亟需加強對北斗衛星導航系統的探究，為民航界的進一步發展提供可靠的技術支撐。

參考文獻：

[1]謝鷹.淺談北斗短報文功能與銥星的頻率之爭——民航局下發《民用航空低空空域監視技術應用指導意見》有感[J].衛星與網絡，2017（5）：30-32.

[2]何來.北斗衛星導航定位在通用航空領域的應用與發展[J].中國戰略新興產業，2018（40）：22.

[3]王嫣然，郭婧，薛廣月.北斗衛星導航系統在我國多地區通航應用測試驗證[C]//第九屆中國衛星導航學術年會，2018.

[4]任遠.2016中國北斗應用創新發展論壇舉辦[J].資源導刊，2017（2）：17-17.

[5]盤貽峰.北斗定位導航技術的應用及展望分析[J].中國高新技術企業，2017（10）.

[6]于泠潔.基于北斗的機載多源數據融合算法研究[D].沈陽航空航天大學，2018.

[7]趙磊.ILS與RNPAPCH進近運行差異研究[J].數字技術與應用，2017（8）：37-39.

[8]2018年第七屆中國衛星導航與位置服務年會暨北斗應用大會[J].導航定位學報，2018（02）：23.