计算机行业深度报告：低空经济腾飞，基础设施先行

基础设施建设是发展低空经济的首要前提 低空经济正成为各地聚焦的产业发展“新赛道”，我们认为2024年是低空经济发展元年，而基础设施建设是发展低空经济的首要前提。参考深圳低空基础设施框架的定义，低空经济基础设施框架包括四张“网”，分别为“设施网”、“空联网”、“航路网”和“服务网”。一是“设施网”，主要指物理基础设施，包括低空飞行起降站、接驳设施、能源站、紧急备降、停机设施、检修设施、保障站、飞行测试等。二是“空联网”，主要指低空通、导、监等信息基础设施，包括通信设施、导航设施、监视设施、气象设施等。三是“航路网”，主要指低空数字空域图，包括空域表示、数字孪生、3D地图、知识库、规则库等。四是“服务网”，主要指数字化管服系统，包括低空监控系统、低空飞行服务系统、低空飞行管控系统等。 支撑低空经济的高质量发展，亟需构建新型信息基础设施 （1）通导一体化：即为通信基站和终端叠加“Buff”，在原有的蜂窝移动通信能力上加上类似雷达的感知功能，可以很好地解决低空经济的通信和感知问题。（2）北斗+GPS：根据《中国民航北斗卫星导航系统应用实施路线图》，提出到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。（3）低空服务与管控平台：提供与其他空域管理相关系统的对接服务，实现空域管理机构对飞行器“看得见”、“叫得到”、“管得住”，让管理机构能够随时随地掌握空中动态。 在顶层政策的推动下，深圳、安徽等地加速推进低空基础设施建设落地 从政策上看，《国务院办公厅关于促进通用航空业发展的指导意见》、《“十四五”通用航空发展专项规划》、《低空飞行服务保障体系建设总体方案》、《通用航空装备创新应用实施方案（2024-2030年）》等政策文件相继出台，均提出加强飞行服务保证及基础设施建设，推广应用北斗、ADS-B等新技术，研发适用我国低空空域通信、导航、监视、气象与空中交通服务需求的核心装备。目前来看，深圳、安徽等地在低空基础设施建设方面走在全国前列，逐渐从政策阶段走向产业落地阶段。 投资建议： 国家级及地方性政策密集出台，中央经济工作会议也将低空经济提升到战略性新兴产业的高度，低空经济产业迎来高速发展期，基础设施建设是发展低空经济的首要前提。我们重点推荐中科星图、航天宏图、普天科技，受益标的包括莱斯信息、深城交、恒拓开源、四川九洲、新晨科技等。 风险提示：低空政策落地不及预期；下游需求不及预期；政府财政紧张。 1、基础设施建设是发展低空经济的首要前提 低空经济是以低空空域为依托，以包括各种直升机、固定翼飞行器、载人电动垂直起降（eVTOL）、工业无人机、消费无人机、城市治理无人机等有人驾驶和无人驾驶飞行器的低空飞行活动为牵引，辐射带动相关领域融合发展的综合性经济形态，广泛体现于以城市空中交通、无人机配送与物流、城市无人机应用、消费级无人机应用、工业级无人机应用等行业为主体的各类产业形态之中，在促进经济发展、加强社会保障、服务国防事业等方面发挥着日益重要的作用。2023年12月，中央经济工作会议提出，要打造低空经济等战略性新兴产业。2024年3月，《政府工作报告》提出，要积极打造低空经济等新增长引擎。低空经济正成为各地聚焦的产业发展“新赛道”，我们认为2024年是低空经济发展元年。 参考深圳低空基础设施框架定义，低空经济基础设施框架包括四张“网”，分别为“设施网”、“空联网”、“航路网”和“服务网”。 一是“设施网”，主要指物理基础设施，包括低空飞行起降站、接驳设施、能源站、紧急备降、停机设施、检修设施、保障站、飞行测试等。 二是“空联网”，主要指低空通、导、监等信息基础设施，包括通信设施、导航设施、监视设施、气象设施等。 三是“航路网”，主要指低空数字空域图，包括空域表示、数字孪生、3D地图、知识库、规则库等。 四是“服务网”，主要指数字化管服系统，包括低空监控系统、低空飞行服务系统、低空飞行管控系统等。 图1：低空基础设施框架包括四张“网”，分别为“设施网”、“空联网”、“航路网”和“服务网” 2、支撑低空经济的高质量发展，亟需构建新型信息基础设施 未来低空管理的核心挑战是如何支撑以“异构、高密度、高频次、高复杂性”为特征的大容量融合低空活动，低空通信、导航、监视等保障范围受限，低空运行环境复杂等因素，对低空通导监体系，省市、站三级服务管理体系等软硬件协同布局带来新挑战。因此，在安全可控的前提下，要实现低空经济规模化、可持续、高质量的快速发展，建设完善的低空信息基础设施就显得尤为重要。 图2：低空经济具有“异构、高密度、高频次、高复杂性”的特征 2.1、通感一体化：为低空经济提供精准、高质量的通信、感知服务 传统的通信和监控技术无法满足低空经济的需求。首先，传统无线网络以地面覆盖为主要目标，而低空信息网络则需实现对空立体覆盖。随着低空经济的快速发展，飞行器对于低空网络的广域连续覆盖提出了更高的要求。大量的试验结果表明，尽管当前对地覆盖的无线网络利用天线旁瓣对空中有一定的信号覆盖，但是由于天线旁瓣较多且杂乱、信噪比普遍较差且起伏不定、天线辐射存在零陷无信号区域等因素，较难保障飞行器全路程连续业务服务和不中断飞行操控。因此，构建一张低空立体连续覆盖的无线网络是低空经济高质量发展的基础，也是亟需攻克的关键技术挑战。 其次，为了实现低空经济规模化、高质量、安全可控的发展，需要凭借高效、完备、科学的低空飞行监管技术对大密度、高频次、多类型的低空飞行活动进行监控，及时识别与管控不合理和不合法的飞行行为。然而，对于传统的雷达技术而言，其单站监控方式能力有限，难以发现和应对在雷达显示器上时隐时现、忽明忽暗的“低慢小”目标；而多站组网费用高昂，难以满足规模化的低空飞行活动监控需求。 而对于摄像监控技术而言，其监控范围有限，且受光照条件影响，难以满足远距离、全天候的监控需求。 通感一体化技术，即为通信基站和终端叠加“Buff”，在原有的蜂窝移动通信能力上加上类似雷达的感知功能，可以很好地解决低空经济的通信和感知问题。5G-A以及6G移动通信网络将革命性地扩充系统功能，即在提供高速通信功能的前提下（eMBB、mMTC、URLLC三大场景），增加感知能力，以支撑全方位的智能化应用，实现万物互联。通感一体化是5G-A新提出的技术之一，其原理是结合高频波束与多天线原理使能基站实现“雷达”功能，识别车辆和低空飞行物的位置、速度与方向等；相比雷达，通感一体基站在覆盖、距离分辨率、测角精度等方面优势明显。通感一体基站需要基站在时域和空域将少量的频谱配置为专用的感知资源，并且需要基站具有支持感知探测和处理感知数据的功能，以满足海量连接和超低时延需求，从而提供实时的环境感知，构建现实世界与虚拟世界交互的桥梁。 图3：通感一体化是5G-A的重要创新方向之一，在通信系统上融合感知能力 通感一体化能够支撑远程操控、精准识别和轨迹跟踪。（1）远程交互与操控。 5G为飞行器提供低空连续覆盖，满足飞行器随时随地的通信需求，实现高清4K数据图像同步实时传送；（2）精准识别距离、方位和速度。实现基于回波时间检测距离，基于波束扫描区分角度，基于多普勒频偏识别速度；（3）精细轨迹跟踪。实现10米级无人机入侵检测，1-10米飞行路线跟踪，米级飞行轨迹跟踪与防碰撞。 通感一体化的核心技术包括：（1）通感一体的信道模型。为了与5G信道模型保持更好的连续性，通感一体化的信道模型可以在3GPP的统计性信道模型基础上进行增强。例如，通过引入确定性信道多径分量，提出一种基于混合方法的通感一体化信道模型。这种模型将感知信道分为目标信道和背景信道两部分，其中目标信道为传播环境中与目标相关联的多径信道,可通过确定性方法建模；而背景信道为传播环境中与目标非相关联的多径信道,可通过统计性方法建模。 图4：通感一体化的信道模型可以在3GPP的统计性信道模型基础上进行增强 （2）通感一体波形和帧结构设计。通感波形的设计需要同时考虑通信性能和感知性能,合适的波形设计能够提高感知的精度和通信的效率。一种简单的通感波形发送方式是采取时分、频分、空分等方式实现通信和感知波形的分集发送。但这种方式资源利用效率较低。为了提高资源利用率,可以将通信和感知功能集成到同一种波形中，大致包括两类设计思路，分别是基于现有波形的通感一体化波形改进和新型通感一体化波形设计。 基于现有波形的一体化波形设计思路是通过分析现有通信和感知波形的性能,形成单一波形或复合波形。这一设计可进一步细分为以通信性能为主和以感知性能为主的两类波形设计。以通信性能为主的波形设计一般采用正交频分复用波形(OFDM)，OFDM作为4G/5G的通信波形，具有抗衰落能力强、频谱利用率高、抗码间干扰能力强等优势，可保证良好的通信速率传输。同时，作为感知波形，OFDM可实现测距、测速、测角等基本感知能力。以感知性能为主的波形设计一般采用线性调频波形(LFM)，LFM是雷达中常用的脉冲压缩波形，通过在雷达波形中嵌入通信信息来实现通信能力。此时，基于该机制的可达通信速率与感知性能的折中关系需要进一步研究。 新型通感一体化波形设计需要综合考虑通信和感知性能，即需要根据通信与感知的基础理论形成通感一体化设计准则，并设计相应的新型波形。基于这种方式，新型波形可以达到通信和感知性能的折中。但是，这种波形设计优化的复杂度高、与现有硬件适配难度大，在实际应用时仍面临较大挑战。此外，通信感知一体化需要对现有通信帧结构进行重新设计。 图5：通感波形包括两类设计思路，分别是基于现有波形的通感一体化波形改进和新型通感一体化波形设计 （3）低空感知模式。低空感知模式可分为单站感知模式、双站感知模式和端网协作感知模式。一是单站自发自收全双工感知模式，在这种自发自收的模式下,发射的信号会直接泄漏到感知接收机,形成自干扰，导致射频前端饱和而无法检测到远距离微弱信号。因此，在单站感知模式下，基站需要克服自干扰问题。二是双站感知模式，即基站A发基站B收的感知模式。这种感知模式的优势在于无需基站实现全双工功能，避免了基站自干扰处理的复杂性，但需要基站A和基站B之间实现严格的时间同步和频率同步。三是端网感知模式。基于基站发终端收感知信号或者终端发基站收感知信号的端网感知可以复用现有帧结构和现有信号，通过选择合适的终端(例如距离感知目标较近的终端)参与感知来提升感知覆盖性能。将UE作为辅助感知节点接收感知信号时，感知UE无需与基站存在视距连接，仅与被感知物体保持视距即可。当基站间或基站与感知物体间无直射径时，端网感知可拓展感知距离和覆盖范围，而无需建设新的通感一体化基站。但它带来的挑战在于需要精心挑选与感知物体接近的UE，或者设计新型UE，使它更偏重感知性能，并且感知UE和被感知物体的相对位置和信道变化也会给端网感知引入额外的感知误差。 图6：端网感知可拓展感知距离和覆盖范围，而无需建设新的通感一体化基站 此外，其他的核心技术包括组网的感知干扰分析、组网下高可靠目标检测、精准目标识别、空地网络协同、低空网络的通信保障、空联网技术等。 华为与移动联合持续探索低空天路的基础技术。2023年5月23日，基于5G-A通感一体“低慢小”无人机感知技术在深圳华为坂田5.5G ParK测试成功，首次实现了5G-A立体感知网在低空场景下的无人机航迹精准追踪、非法入侵探测、电子围栏等多场景验证，实测目标识别率达到100%。2023年12月，全球首个“5G-A通感一体低空协同组网”于厦门成功试点，用于城市低空的目标探测与预警，为各种低空应用提供了强大的网络支持。2024年3月，云南移动完成全球首个低空通感网络智慧机场建设。 图7：中国移动联合华为已首次实现5G-A低空无人机感知技术 图8：全球首个“5G-A通感一体低空协同组网”于厦门成功试点 2.2、北斗+GPS