_北斗_在我国民用航空的发展和应用_吕小平

可靠， 势必需要在其它系统辅助下才能用 于中国民航。因此，Galileo 作为中国民 航的主用导航系统的选择也前景黯淡。 北 斗卫星导航系统是我国自主研制、 建设和 掌控的卫星导航系统， 性能指标与 GPS 和 Galileo 相当，同时具备短报文通信能力。 因此， 中国民航未来的主用导航系统应该 逐步过渡到以二代为基础， 兼容多导航星 座的卫星导航系统。 这将从根本上解决我 国对国外导航系统的依赖， 对我国民用航 空运输安全与效益具有重大现实意义。 北斗卫星导航系统在我国民用航空 中的潜在应用分为商用航空、通用航空、 机场场面管理和特殊应用等。 （1 ）商用航空 北斗卫星导航系统在商用航空中的 应用包括航路导航、 终端区导航、 非精密 进近导航、 精密进近导航、 航路监视等应 用。 利用卫星导航系统，可以有效地缩 小航路宽度和飞行间隔，提高飞行效率， 减少航班延迟。 利用卫星导航系统进行进 近 / 着陆系统设备简单，进近和着陆线路 灵活， 可以增强机场着陆的灵活性和盲降 能力。 利用导航系统和航空移动通信卫星 的自动相关监视技术， 机载设备通过通信 系统报告导航接收机给出的位置、 速度信 息，可以提高飞行安全，增加 ATM 的灵 活性。 （2 ）通用航空 通用航空包括从事工业、农业、林 业、 渔业和建筑业的作业飞行以及医疗卫 生、抢险救灾、气象探测、海洋监测、科 学实验、教育训练、文化体育等方面的飞 行活动。由于机载卫星导航设备简单、价 格低廉， 利用卫星导航及其增强系统可以
设 计 和 运 行 的 民 用 卫 星 导 航 系 统 。 （SARPs） ，作为 GNSS 民航应用的基本规
三、 “北斗”在我国和国际民用 航空的应用前景和要求
随着卫星导航技术的发展，空中交 通管理系统从现有陆基系统向星基系统过 渡已成为未来发展的必然趋势。1983 年， 国际民航组织（ICAO ）提出了新航行系 统（CNS/ATM ）概念，其核心就是基于 卫星技术、 数据通信技术和网络技术的通 信、导航、监视和空中交通管理。
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卫星导航技术与产业的发展。 （2 ）自主性。中国将自主建设和运行 北斗卫星导航系统， 北斗卫星导航系统可 独立为全球用户提供服务。 （3 ）兼容性。在全球卫星导航系统国 际委员会（ICG ）和国际电联（ITU ）框 架下， 使北斗卫星导航系统与世界各卫星 导航系统实现兼容与互操作， 使所有用户 都能享受到卫星导航发展的成果。 （ 4 ）渐进性。中国将积极稳妥地推 进北斗卫星导航系统的建设与发展，不 断完善服务质量，并实现各阶段的无缝 衔接。 北斗卫星导航系统由空间段、地面 段和用户段 3 部分组成，空间段包括 5 颗 静止轨道卫星和 3 0 颗非静止轨道卫星， 地面段包括主控站、 注入站和监测站等若 干个地面站，用户段包括“北斗”用户终 端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。 北斗卫星导航系统向全球用户提供开放服 务和授权服务两种方式。 开放服务是向全 球免费提供定位、测速和授时服务，定位 精度 1 0 米，测速精度 0 . 2 米 / 秒，授时 精度 10 纳秒。 授权服务是为有高精度、 高 可靠卫星导航需求的用户，提供定位、测 速、授时和通信服务以及系统完好性信 息。根据系统建设总体规划，2012 年左 右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定 位、导航和授时以及短报文通信服务能 力；2020 年左右， 建成覆盖全球的北斗卫 星导航系统。
１． “北斗”在我国民用航空的应 用前景
GPS 和 GLONASS 的军用系统本质 使得中国民航将 GPS 和 GLONASS 作为 主用导航系统存在巨大风险。Galileo 的 收费运行服务模式决定了其在中国民航中 的推广使用将受到极大限制，此外， Galileo 由于没有在中国境内设置参考站， 其系统的生命安全服务在中国境内变得不
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级大国地位，使 GPS 能在世界范围布站； 另一方面， 当初前苏联的政策目标只考虑 到与美国军事对垒，没有把 GLONASS 民 用放到适当的地位， 从而没有考虑到兼用 机成本及与 GPS 兼用。 Galileo 系统是欧盟研制的全球卫星 导航系统，经过数年的准备，于 2001 年 4 月 5 日由欧盟交通部长会议批准而正式 开始建设。按照欧洲委员会的说法， Galileo 将是世界上第一个在公众控制下 Galileo 是新设计的系统，和已有的 GPS 和 GLONASS 相比。Galileo 系统尽量吸 取了它们的经验与教训， 因而具有一定的 后发优势。因此尽管 Galileo 和 GPS 一样， 也是一种卫星导航系统， 也为全球用户提 供位置、导航和时间(PNT) 服务信息，也 由星座、地面支持设施和用户 3 个区段组 成，然而 Galileo 所提供的服务种类、服 务质量和服务保证， 所采用的技术方案都 与 GPS 有一定的差异。
二、国际民航组织全球卫星导 航系统概念与标准
北斗卫星导航系统将与已经建成的 美国 GPS 和俄罗斯的 GLONASS ，以及 正在建设的欧洲 Galileo 系统一起构成未 来四大全球卫星导航星座。
１． 卫星导航系统
在现有的卫星导航系统中， GPS 是 投入运行最早，一直稳定工作，而且不断 创新和改进的系统，是应用技术发展最 快、用户数最多、军事和民用成效最大的 系统。 已有的其他卫星导航系统在作改进 时，新研制的卫星导航系统在作设计时， 都以 GPS 作为蓝本或参照， 并在尽可能的 条件下与之兼容。 GP S 卫星导航系统于 1995 年 4 月完成全部 24 （21+3 ）颗中高 度圆轨道卫星的布设。 GP S 能为任意地 点、任意数量用户（包括地球表面及近地 空间用户）全天候、实时、连续提供精确 的三维位置、三维速度和时间信息，已深 入到现代军事和国民经济的各个方面， 成 为提供位置、导航和时间（PNT ）基准的 赋能系统。 GLONASS 是由前苏联从 20 世纪 70 年代开始， 差不多与美国 GPS 同时发展的 覆盖全球的卫星导航系统。 在前苏联解体 后，G L O N A S S 在俄罗斯继续发展。 GLONASS 可覆盖全球，能够连续提供高 精度三维定位、测速及时间基准信息。从 系统设计来看， GLO NASS 并不比 GP S 差，但其缺点是，一方面，由于美国的超 39
可用性 ０．９９～０．９９９９９ ０．９９～０．９９９９９ ０．９９～０．９９９９９ ０．９９～０．９９９９９ ０．９９～０．９９９９９ ０．９９～０．９９９９９ ０．９９～０．９９９９９
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为通用航空飞机在起飞、航行、进近 / 着 陆服务。 （3 ）机场场面监视和管理 机场场面监视和管理包括监视和跟踪 管理机场上的车辆 （机场大巴、 出租车、 紧 急情况车辆、燃料配送车辆）和飞机，最 大效率地利用机场，保证飞行安全和效 率。 以 SBAS 和 GBAS 为参考，运用 ADSB 和机舱显示系统(结合场面地图)， 飞行员 可以在低能见度下完成在机场滑行的自主 引导，以支持机场场面调度管理。如果机 场机动车辆可以把其 GNSS 定位的位置信 息广播给 ADS 地面系统，并由 ADS 站传 送到管制席和飞机，管制员和飞行员都可 以跟踪监视场面上的车辆和飞机的实时交 通态势，对场面的交通状况有一个完整的 图像。 （4 ）特殊应用 卫星导航系统还应用在民航飞行校 验和测试中。在新机型、新机载设备的设 计、 定型、 测试和飞行试验中， 基于 DGPS 的飞行状态参数测量系统， 可作为基准或 是可比较的辅助设备，将能使飞行试验、 数据处理和飞行测试变得简单。
国际民航组织（ International Civil Aviation Organization ， ICAO ）根据美 国与俄罗斯促进卫星导航系统没有航空应 用的政策以及他们在国际民航组织作出的 承诺，接纳了 GPS 和 GLONASS，并逐步 建立了全球卫星导航系统（G l o b a l N avigat ion Satellit e Syst em ， GN SS ） 概念，包含一个或多个卫星导航星座、机 载设备和增强系统，并建立了关于 GNSS 在民用航空应用的标准和建议措施 范。各国民航管理部门和工业界围绕 IC AO GNSS SARP s ，结合用户和自身 需求，分别制订了有关 GNSS 地面与机载 设 备 的 技 术 、适航、校 验 和 运 行 标 准 。 GNSS 民用航空应用的基本需求被定义在 GNSS SARPs 中，如附表。
２． 卫星导航的民航应用
1994 年 2 月 17 日，美国联邦航空局 （ Fe d e r a l Av i a t i o n Ad m i n i s t r a t i o n ， FAA ）公布了第一个将 GPS 用于航路到 非精密进近（ N on P recise Approach ， N P A ）飞行阶段的仪表飞行规则 （ In st ru ment Fligh t Ru les ， IFR ）运行 许可。卫星导航系统以其实时、高精度的 特性使飞机在飞行过程中能够连续、 准确 地定位， 可以降低飞机对地面无线电导航 设备的依赖， 使飞行航路不再受地面建台 与否的限制， 从而降低航路侧向和垂向间 隔、减少飞行时间、增加飞行密度、提高 空域利用率， 实现真正意义上的航路设计 任意性。
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文 ／ 吕小平（民用局空中交通管理局）
“北斗” 在我国民用航空的发展和应用
The development and application of " BeiDou" in China' s civil aviation
一、北斗卫星导航系统
2000 年，中国首先建成北斗导航试 验系统，使我国成为继美、俄之后的世界 上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。 该系统已成功应用于测绘、电信、水利、 渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和 公共安全等诸多领域， 产生显著的经济效 益和社会效益。特别是在 2008 年北京奥 运会、汶川抗震救灾中发挥了重要作用。 为更好地服务于国家建设与发展， 满足全 球应用需求， 我国启动实施了北斗卫星导 航系统建设。 北斗卫星导航系统（B e i D o u / C O M P ASS N avigation Satellite System ）是中国正在实施的自主发展、独 立运行的全球卫星导航系统。 系统建设目 标是：建成独立自主、开放兼容、技术先 进、 稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航 系统，促进卫星导航产业链形成，形成完 善的国家卫星导航应用产业支撑、 推广和 保障体系， 推动卫星导航在国民经济社会 各行业的广泛应用。 北斗卫星导航系统的建设与发展， 以应用推广和产业发展为根本目标， 不仅 要建成系统，更要用好系统，强调质量、 安全、应用、效益，遵循以下建设原则： （1 ）开放性。北斗卫星导航系统的建 设、发展和应用将对全世界开放，为全球 用户提供高质量的免费服务， 积极与世界 各国开展广泛而深入的交流与合作， 促进 各卫星导航系统间的兼容与互操作， 推动