北斗”卫星导航系统在中国民航的应用探索

“北斗”卫星导航系统在中国民航的应用探索

(自上世纪90年中期开始，美国和俄罗斯先后建成GPS和GLONASS卫星导航系统，中国民航所引进的民用航空器开始加装卫星导航系统，并逐步实现航路和终端区导航。欧洲从2002年开始建设GALILEO全球卫星导航系统。中国在建成“北斗一号”之后，正加紧建设“北斗二号”（Compass）卫星导航系统。日本和印度也计划建设区域卫星导航系统。

随着国际民航组织（ICAO）对新航行系统（CNS/ATM）概念的推广，包括中国在内的国际民航界开始广泛使用全球卫星导航系统（GNSS）。目前只有GPS 系统能够为国际民航界提供全球正常导航服务。

由于中国民航的快速增长，中东部发达地区空域变得日趋拥挤。由于东西部发展不平衡，在西部地区地面导航台布设不够完善，不能覆盖全部航路和空域。卫星导航具有其独有的特点，为了节约投入成本，在民航落实“科学发展观”实现持续快速发展，中国民航对卫星导航系统的需求，显得比其它国家和地区更为迫切。“北斗”（Compass）系统的建设，将为我国民航的发展带来新的机遇。其独有的系统架构、星座布局和通信功能，将为民航生产运输发挥更为重要的作用。

“北斗”卫星导航系统发展及特点

我国从1983年开始筹划建设自主卫星导航定位系统，1994年正式立项建设“双星”快速定位通信系统，并命名为“北斗一号”。2000年10月31日和12月21日，我国相继发射了两颗北斗导航试验卫星，成功进入东经80°和140°的预定地球静止轨道。2003年5月25日，又成功发射第3颗北斗卫星（备份卫星），进入东经110.5°的地球静止轨道，2004年4月“北斗一号”建成并投入使用。

“北斗一号”双星卫星导航系统，采用卫星无线电定位业务（RDSS）原理工作，通过两颗地球静止轨道卫星，由用户以外的中心控制系统完成经卫星至用户的询问式距离测量，计算出用户的三维坐标再告知用户，同时完成了位置报告和用户位置信息共享。该系统在2008年四川汶川大地震抗震救灾和2008年北京奥运安保中，发挥了重要的积极的作用。

2006我国开始建设“北斗二号”导航卫星系统，2007年4月14日在西昌卫星发射中心成功发射第一颗北斗导航卫星，进入高度为21500公里的中圆轨道。我国将在未来几年陆续发射北斗导航卫星系列，并进行星座组网和实验，计划于2010年将先期建成区域卫星导航系统（二代系统），2015年将建成全球卫星导航系统（三代系统）。“北斗二号”集成了RDSS和RNSS（卫星无线电导航业务）技术，不但具有GPS等流行系统RNSS功能并提供位置、速度和授时（PVT）服务，还具有通信及位置报告服务功能。随着“北斗二号”系统的建成，我国将成为继美国、俄罗斯、欧洲之后第四个拥有全球卫星导航系统的国家。

“北斗二号”区域导航卫星系统（二代系统）计划由5颗GEO卫星、4颗IGSO卫星和3颗MEO卫星共计12颗卫星组成，主要覆盖中国及周边区域，实现区域导航定位服务。“北斗二号”全球导航卫星系统（三代系统）计划由5颗GEO卫星和24～30颗MEO卫星组成，可以覆盖全球并提供导航定位和通信服务，定位精度优于10米。

中国民航对卫星导航的需求

中国民航目前已成为世界第二大航空运输主体。为满足这种快速增长的需要，中国民航正加紧推广新一代航空运输系统的规划和实施工作。推进工作主要体现在两个方面：第一是建立和完善相关标准和法规，第二是加大民用航空器机载设备和地面保障设备升级更新，推广新技术和新设备的装备和使用。

由于中国经济发展的不平衡，目前中国民用航空运输业也存在发展不平衡的局面。在我国中东部区域，特别是北京、上海、广州三角航路区域，民航运输业发达，航路和空域紧张。但是在西部地区，特别是西藏、青海等地区，虽然民用航空需求较大，但存在机场海拔高、地形复杂、气象环境恶劣，而且地面台布设困难等因素，导致这些区域采用传统导航系统飞行运行困难，因此需要新技术和新设备来保障飞行运行安全。

由于全球卫星导航系统具有全球性、全天侯、高精度、连续三维导航能力，所以卫星导航系统目前已在民航各领域得到广泛使用。按照中国“北斗二代”卫星导航系统建设规划，系统将与GPS、GLONASS、Galileo等系统兼容使用，成为民航生产运输中不可或缺的主用导航系统之一。

根据ICAO规划，全球卫星导航系统主要用于CNS/ATM，归纳起来体现在以下几个方面：

通信。民航通信分为航空器之间的空空通信、航空器与地面的空地通信，以及民航各生产及管理部门之间的地地通信三类。导航卫星高精度时钟，可以用于民航通信同步授时。而Compass所特有的短报文通信功能，可用于对民用航空器的监视和生命救援中。

导航。根据对导航性能要求的不同，民用航空器导航可分为航路导航和机场终端区导航。目前我国生产运输大中型飞机上，普遍装有NDB、VOR/DME、INS/IRS、GPS和ILS机载系统，满足不同飞行阶段、不同情况下导航的需要。

在我国西部边远地区，由于地面NDB、VOR/DME地面台布设不足，甚至于在象西藏林芝这样的特殊机场，即使在机场终端区布设有多套地面台，却仍然不能满足航空器终端导航的要求。因此，GPS成为这些机场终端区主用导航系统，实施RNP（所需导航性能）进离场和进近。

监视。对民用航空器的监视分为空中飞行监视和地面滑行监视。目前飞越我国的西部航路（L888），使用ADS-C（协作式自动相关监视）系统进行监控和管理，取得了良好的效果。ADS-C机载系统发送到航空器位置信息来源于GPS 定位结果。正在试验的成都—九寨航路所使用的ADS-B（广播式自动相关监视）系统，其导航信息源也来源于GPS系统。目前在民航飞行学院有近200架教学训练飞机加装ADS-B系统。

空中交通管理。利用基于卫星的通信、导航和监视手段，可以对运行航空器进行实时监视，便于空中交通管制员（ATC）和航空公司运行控制中心（AOC）随时掌握航空器飞行动态，包括在境外飞行的航空器。这有利于合理实施空域管理和流量管理，改善运行经济性，提高航班正点率。

中国民航PBN规划对“北斗”建设的建议

ICAO在2007年9月第36届大会上，正式要求各缔约成员国，2009年底前必须制定完成PBN（Performance Based Navigation）实施规划，2016年完成全部实施工作，以全球协调一致的方式从传统飞行模式过渡到PBN飞行模式。

PBN即“基于性能导航”概念，两个关键要素是区域导航（RNAV）和所需导航性能（RNP）概念。根据ICAO《PERFORMANCE BASED NAVIGATION