淺談導航技術在低空空域航空器管理上的應用

陶禹州

摘要：近些年，隨著我國經(jīng)濟快速增長，科學技術不斷提升，綜合國力迅速增強，我國通航業(yè)務和無人機產(chǎn)業(yè)進入了快速發(fā)展階段。無人機在各行各業(yè)的廣泛應用，以及通用航空產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，對空域的需求與日俱增，與此同時，民航飛行流量和軍航飛行訓練用空范圍的不斷擴大，空域使用對象日趨多元，難以做到在雷達環(huán)境下完全監(jiān)控、管制，尤其對低空空域的使用管理帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。

關鍵詞：導航技術;管理;應用

目前，現(xiàn)有的低空空域管理機制和手段已經(jīng)很難適應航空事業(yè)發(fā)展對低空空域的使用要求，除進行必要的空域結構調整、管理機制的改革外，充分利用新技術、新裝備解決低空空域管理面臨的問題，是提高低空空域的管理和使用水平的主要方法手段，其中先進導航技術的應用是航空器管理的重要技術手段，也是確保低空空域航空器飛行安全，防止航空器之間，航空器與地面障礙物相撞的關鍵要素。

一、傳統(tǒng)導航技術概況

現(xiàn)階段的導航方式多是以無線電導航為主，它具有全時段、全天候、定位精度高，位置信息更新快等特點，基本可以滿足用戶在復雜氣象條件下導航定位需求。因此，無線電導航是當前復雜氣象條件下和地面情況不明、高空遠航條件下一種不可或缺的導航方法，是目前保證飛機在復雜氣象條件下按儀表飛行規(guī)則（IFR）飛行的主要手段。但無線電導航也存在明顯弊端。

（一）無線電抗干擾性差。無線電導航系統(tǒng)的信道是無線電波，這就決定了無論是用戶還是導航臺必須以輻射無線電波的方式才能獲得相應的數(shù)據(jù)和信息，而隨著頻譜管控，電子對抗領域的快速發(fā)展，各頻段的無線電波都能夠輕松的被截獲和干擾，在軍事領域就會帶來極大的安全隱患，我方的無人機信號就存在被敵人截獲偵破的風險，這樣的情況是真實存在的，在2011年的時候，伊朗就在跟阿富汗接壤的地區(qū)，捕獲了美軍的RQ170隱身無人偵察機，2018年時，伊朗再次侵入無人機的控制系統(tǒng)，捕獲美軍一架死神無人機。盡管不能確定伊朗是否通過截獲導航信號誘捕美軍無人機，但可以肯定的是，一旦無人機等無人裝備接收到欺騙的導航信號，就存在無人飛機或是無人裝備叛變投敵的風險。

（二）無線電使用局限性大。只要是非自主導航系統(tǒng)，無論是以路基為基礎，還是?；?，空基、甚至星基為基礎，都需要導航臺站處理提供導航信息來給予用戶支持，這就限制了導航的服務范圍，首先如果用戶不在“服務區(qū)”內，導航服務就難以進行，當需要擴大服務范圍時，就必須相應的增加導航臺站的數(shù)量。增加導航臺站，一方面要面臨增加成本、人工的問題，另一方面還會帶來安全上的風險，導航臺站多是固定輻射源，且信號強度輻射范圍多能達到200-300公里，極易暴露目標，成為對方反輻射導彈打擊的重點對象。并且隨著城市面積的擴大，電信業(yè)務的快速發(fā)展，目前導航臺站還存在選址困難的問題，導航頻段易受干擾，導航信號受到城市高樓，山脈丘陵的限制，服務范圍受限。另外，導航臺站一旦失效，機載導航設備便無法使用，這在戰(zhàn)時都是極其致命的，且依賴程度極高;地面站多數(shù)雖可以遙控，但仍需要定期進行維護，無形中增加了人工成本與風險。例如俄制近程導航系統(tǒng)由于工作頻段與手機信號頻段相互重疊，作用范圍便嚴重縮水;國內也經(jīng)常報道高大建筑阻礙導航信號影響飛行安全被迫拆除的新聞。

二、新型導航技術在航空器管理上的應用

目前通航產(chǎn)業(yè)和無人機的發(fā)展對航空器的管理帶來了極大的挑戰(zhàn)，尤其在低空空域，航空器飛行沖突越發(fā)凸顯，主要表現(xiàn)在高大建筑影響無人機信號傳輸，造成無人機失聯(lián)亂飛;山谷丘陵等地形干擾無法及時為小型飛機提供情報服務，黑飛問題層出不窮，這種“看不到、叫不到”的情況嚴重影響飛行安全，同時也極大的限制了低空空域的開放與使用，甚至嚴重威脅國家空防安全。

造成這些問題的主要原因，一方面是制度監(jiān)管上存在漏洞，而另一方面更多的是技術層面的不足，有方向性天線輻射電波與地面存在夾角，限制了服務的區(qū)域與范圍，無方向性天線又無法提供準確的距離位置信息。隨著導航技術的發(fā)展，慣性導航，GPS（全球定位系統(tǒng)），SLAM（同時定位與地圖構建），北斗導航等技術的日趨成熟與完善，新的導航技術為傳統(tǒng)導航技術難以覆蓋的地區(qū)和空域，能夠全面提供導航監(jiān)視，同時對低空空域的管理上提供了新的思路和方法。

（一）慣性導航和SLAM等自主導航方式的應用。裝有多傳感器融合的無人機，可以實時采集無人機周圍環(huán)境信息、自身姿態(tài)信息，然后通過這些信息深度融合，構建出周圍障礙物、航空器等飛行環(huán)境深度地圖，從而規(guī)劃飛行路徑，自主避讓，自主導航，實現(xiàn)無人機管理的自主智能化。而自主導航雖然存在長時間使用會出現(xiàn)精度漂移的問題，但在短時間內可以有效滿足復雜條件下的導航需求，如果能與非自主導航方式有效結合，形成以自主導航為主，非自住導航方式為輔，多種位置信息修正精度漂移的導航方式，就可以極大提高導航精度。

（二）自主導航與GPS、北斗等定位導航融合的應用。能夠自主導航的航空器，再通過精確的定位導航規(guī)劃處理飛行路徑，實現(xiàn)各個航空器之間動態(tài)飛行路徑和周圍環(huán)境實時共享，有效的防止了航空器之間，以及與障礙物的相撞，擺脫了地面導航臺，信號站的束縛。目前大疆、億航等品牌就已經(jīng)完成在失去人為干預條件下自主完成避障，根據(jù)前期空域的柵格劃分，始終保持在安全空域，利用視覺智能識別有效防止相撞。同時在軍事領域，可以極大降低成本，有效減少對導航臺站、衛(wèi)星的依賴，削減了建設臺站、衛(wèi)星發(fā)射的費用;減少因電磁信號暴露帶來的風險，有效擺脫對美國GPS信號的依賴。而配合我國自己的北斗導航技術，就可以實現(xiàn)在山谷、低空、敵后復雜環(huán)境和條件下的設備導航和地圖信息的采集構建，為低空空域航空器管理提供非常安全可靠的管理手段，確保了航空器的飛行安全。