通信：低空经济专题之四：低空经济航空监视方案研判

监视系统是实现空域管理、流量管理等功能的基础，为空管运行单位及其他相关单位和部门提供目标（包括空中航空器及机场场面动目标）的实时动态信息。国际民航组织（ICAO）将监视技术分为独立非协同式监视、独立协同式监视和非独立协同式监视，主要监视技术包括一次监视雷达、二次监视雷达、广播式自动相关监视（ADS-B）等。 对比国内外监视技术应用政策情况，美国雷达地面基础设施完善，其本土空域已经完全实现雷达的多重覆盖；欧洲雷达地面基础监视设施完善，实现了高空空域的覆盖，空管操作流程和体制规范健全。 与美国和欧洲相比，澳大利亚本土实现部分雷达覆盖。经过改革开放三十多年监视基础设施建设，我国传统监视基础设施（雷达）已初具规模,实现了东部地区主要航路、航线的双重覆盖和西部地区主要航路、航线的连续覆盖。 我们认为，城市空中交通类似于缩小版的民航，起降点类似于民航机场，起降点之间将有固定航线，考虑到城市安全，城市空中交通难以实现自由飞行。城市空中交通与民航相比，在航线密度、起降频次、飞行器间隔等方面都与民航有显著差异，对航空监视的精度、数据率提出了更高要求。城市空中交通类似于民航，或有通信/上网需求，且相较于民航，或更易实现。城市中存在一些敏感区域应禁止飞行，如地标性高楼、军事管理区、体育场等人员密集场所以及其他重点区域，需对远离航线、进入敏感空域的eVTOL等飞行器具备驱离、击落等处置措施。 我们认为，在航线/航路方面，ADS-B是成熟的低空经济航空监视解决方案；卫星定位+移动通信网络（通感一体）既可以提供航空监视（类似于ADS-B与二次雷达的结合）又可以提供通信服务，或是未来需重点发展的技术手段。在起降点，或需要一次监视雷达进行辅助； 在敏感空域，需要一次监视雷达进行主动探测。 相关上市公司：1）机载ADS-B设备：四川九洲等；2）卫星定位+移动通信网络（通感一体）：中兴通讯、信科移动、灿勤科技、中瓷电子、国博电子等；3）一次监视雷达（低空监视雷达）：国睿科技、航天南湖、四创电子等。 风险提示 低空经济相关支持政策不及预期；UAM相关基建配套不及预期； eVTOL研发、取证、量产进展不及预期。 1几种航空监视方案对比 1.1航空监视及分类 随着航空事业的快速发展，我国的空中交通流量呈指数级增长，空中交通管理系统安全和效率压力迅速增加。因此依靠新的技术手段提高通信、导航、监视和自动化系统的能力来提高空管运行的安全性和效率是一种切实可行的、重要的方法。其中监视技术是系统的主要信息来源，是实现空域管理、流量管理等功能的基础，为空管运行单位及其他相关单位和部门提供目标（包括空中航空器及机场场面动目标）的实时动态信息。 空管运行单位等利用监视信息判断、跟踪空中航空器和机场场面动目标位置，获取监视目标识别信息，掌握航空器飞行轨迹和意图、航空器间隔及监视机场场面运行态势，并支持空-空安全预警、飞行高度监视等相关应用，整体提高空中交通安全保障能力，提升空中交通运行效率，提高航空飞行安全水平以及运行效率。按照监视技术的工作原理，国际民航组织（ICAO）将监视技术分为独立非协同式监视、独立协同式监视和非独立协同式监视。 图表1：监视技术的分类 1.2一次监视雷达 最早出现的一次雷达（PSR）是独立监视（不需要被监视者配合，完全由监视者独立完成对被监视者测量定位的监视方式）设备的典型代表。它依靠空中目标对其地面天线发射的无线电信号的反射，确定目标的存在和相对距离，通过天线的波束指向判定目标的方位，实现对目标的探测和定位，具有其他监视手段不可替代的对非合作目标的监视能力，目前仍广泛应用于航路和终端区的交通监视。 但一次雷达仍然存在着无法识别监视目标身份，易受到杂波干扰，信号处理复杂，成本高等缺点。 一次监视雷达主要应用于：①终端（进近）管制区；②空域结构复杂且各类空域用户运行密集的区域；③国际航路、航线的国境地带。 图表2：一次监视雷达技术指标 图表3：民航局使用许可目录中的一次监视雷达 图表4：SCR-23 L波段远程空管一次监视雷达 1.3二次监视雷达 目前空管普遍使用的二次雷达属于协同监视（需要被监视者与监视者协同工作，才能完成监视者对被监视者测量定位的监视方式）的典型代表。它根据雷达天线的旋转，周期性的向监视空域发射无线电询问信号，通过检测空中目标的应答信号，确定目标相对雷达天线的方位和距离，完成对目标的测量定位。二次雷达应答机在应答时还报告当前的自测高度，从而地面监视系统对其进行三维监视。 协同监视阶段最初使用的是单脉冲二次雷达，该种雷达由于采用固定的询问和应答频率，存在同步串扰和非同步串扰方面的频率问题，还有传输数据量有限的缺点。后来提出了S模式的二次雷达，最大进步是赋予每个航空器一个指定的惟一的地址码，地面系统能实现点名问答。S模式还具有空地数据传输的扩展能力，可以与机载S模式应答机构成S模式空地数据链。 二次监视雷达作为雷达管制的主要监视技术，应用于航路、航线和终端（进近）管制区。 图表5：二次监视雷达技术指标 图表6：民航局使用许可目录中的二次监视雷达 图表7：空管二次监视雷达 图表8：S模式空管二次监视雷达 1.4广播式自动相关监视（ADS-B） ADS-B（Automatic Dependent Surveillance Broadcast广播式自动相关监视），是指无须人工操作或者询问，可以自动（1秒1次）从相关机载设备获取参数并向其他飞机或地面站报告飞机的位置、高度、速度、航向、识别号等信息，从而使管制员对飞机状态进行监控。 按照飞机广播信息传递方向划分，ADS-B可划分为发送（ADS-B OUT）和接收（ADS-B IN）两类。ADS-B OUT是指机载ADS-B发射机以一定的周期向其他飞机或者地面空中交通管制员发送飞机的位置信息和其他附加信息。ADS-B IN是指飞机ADS-B接收机接收来自其他飞机ADS-B发射机发送的OUT信息或ADS-B地面站设备发送的信息。 自动相关监视与雷达监视相比，具有定位精度高、可不受地域限制、成本低等优势，但也存在着明显的局限性：如监视的效果完全依赖于被监视者的主动报告，监视精度取决于目标自主定位的精度。 全国ADS-B地面站可覆盖航路、航线和运输机场。在通用航空活动区域，作为低空空域监视应用主要技术手段提供广播式自动相关监视服务，实现管制空域和监视空域广播式自动相关监视的全面覆盖。 图表9：民航局使用许可目录中的ADS-B 图表10：通用航空器改装ADS-B系统的可选产品 图表11：ADS-B地面接收系统 1.5其他 星基ADS-B：应用于洋区、极地、偏远地区等无法建设地基监视设施的区域，通过卫星搭载ADS-B载荷，为航空器提供包含位置数据在内的ADS-B信息，实现对全球航空器的无缝连续追踪监控。 广域多点定位系统：广域多点定位系统应用于以下条件之一的区域，实现广播式自动相关监视的定位验证、备份和雷达补盲，混合使用以实现对航路、航线和终端（进近）管制区的监视： （一）具有近距平行跑道的终端（进近）管制区（跑道间距不足1310米）； （二）空域结构复杂的终端（进近）管制区； （三）地形复杂、雷达建设成本高或不宜建设雷达的地区。 非空中交通管理监视：卫星定位+北斗短报文/移动通信网络：用于不适合建设或受限于成本不能建设ADS-B的区域，为通用航空器和无人驾驶航空器提供监视信息，实现对低空空域航空器运行的实时监视； 遥控无人驾驶航空器通信链路位置信息自动广播监视系统：通过无人驾驶航空器通信链路广播监视信息，建设专门的地面系统接收其监视信息，实现无人驾驶航空器实时监视。 1.6对比 图表12：监视技术的分类 2国内外发展现状 2.1美国 雷达地面基础设施完善，其本土空域已经完全实现雷达的多重覆盖。空管操作流程和体制规范健全，管制员能够充分利用雷达实现大流量交通状况下的管制任务。 随着航空运输需求的不断增长及经济环境的发展变化，2004年，美国发布了《下一代空中运输系统运行概念（NextGen）》。根据计划，下一代空中运输系统的监视手段以协同式监视手段为主。为防止GNSS或机载电子设备失效，在繁忙终端区，一次监视雷达作为备份监视手段，仍将继续存在。为防止GNSS失效，二次监视雷达也予以继续保留。 在阿拉斯加、墨西哥湾和夏威夷等地区推广应用以广播式自动相关监视技术为核心的监视系统，在美国本土，侧重于广播式自动相关监视与二次监视雷达结合，实现广播式自动相关监视覆盖，逐步过渡到广播式自动相关监视系统。 根据航空公司的需求，安装广播式自动相关监视机载电子设备。2020年以后，所有航空器都具备ADS-B OUT功能，在此基础上逐步推进ADS-B IN功能的实现。在此期间，广播式自动相关监视逐步取代二次监视雷达，二次监视雷达保留一定的规模，满足监视的基本需求。 2.2欧洲 欧洲雷达地面基础监视设施完善，实现了高空空域的覆盖，空管操作流程和体制规范健全。但空中交通量持续增长，越来越拥挤的空域制约了欧洲的经济增长和航空运输的国际竞争力，为此，2004年欧洲空管（EUROCONTROL）发布了欧洲新航行技术应用政策，制定了“欧洲民航委员会通过新通信和监视技术应用推进空管一体化”实施项目，欧洲监视应用政策为：以实际需求为基础，发展雷达、自动相关监视、广域多点定位（WAM）以及相关的综合监视系统，完善欧洲天空安全管理立法，推进空管技术革新，重组空中交通管制结构，在欧洲范围内建立起一体化的空管系统，满足未来安全和容量需要。 2008年，欧洲结合自身实际情况及新旧监视技术的特点，制定了未来15年空中交通监视策略：为防止GNSS以及机载电子设备失效，维持一次监视雷达的规模，逐步减少二次监视雷达规模；广播式自动相关监视先期在无雷达覆盖区域部署，逐步推广到雷达覆盖区域，取代二次监视雷达。 按照计划，2015-2020年及以远，航路和终端区：在未出现可替代一次监视雷达的独立监视技术的条件下，一次监视雷达继续用于进近和终端区域。广域多点定位或S模式二次监视雷达继续用于监视协同目标。广播式自动相关监视完成建设并用于进近和终端区域的监视。契约式自动相关监视用于洋区或偏远地区。 2.3澳大利亚 与美国和欧洲相比，澳大利亚本土实现部分雷达覆盖。2004年以前的澳洲全境只有23处航管雷达设施，除西部珀斯和北部的达尔文两个终端区各装备两套雷达以外，其余19处雷达集中分布在东部昆士兰、新南威尔士和维多利亚地区，覆盖区域不到全国空域的1/3。澳洲中部广袤的无雷达区域都是程序管制，管制效率十分低下。 这并不妨碍澳大利亚采取跳跃式的低成本发展策略。2003年9月澳大利亚运输部宣布高空空域计划，放弃以航管雷达覆盖澳洲大陆的思路，采取跨跃式、低成本发展策略。在无雷达区域直接部署ADS-B实现高空空域的ADS-B覆盖。 为确保高空空域计划的完成，澳大利亚制定了一系列的政策和规章，提出支持ADS-B实施的具体要求，支持ADS-B项目的开展。2014年2月6日，所有仪表飞行的飞机必须装备ADS-BOUT；2017年1月6日，所有的仪表飞行具备ADS-B（OUT和IN）。 2.4中国 经过改革开放三十多年监视基础设施建设，传统监视基础设施（雷达）已初具规模。截至2018年底，我国境内共部署一次监视雷达24套；二次监视雷达123套，其中S模式二次监视雷达74套；场面监视雷达28套。实现了东部地区主要航路、航线的双重覆盖和西部地区主要航路、航线的连续覆盖，同时在年旅客吞吐量1000万人次以上的机场，绝大多数已实现或将实现场面监视雷达覆盖。 中国民航局于2012年颁布了《中国民用航空ADS-B实施规划》，并于2015年进行了修订。截至2018年，中国民航已完成308个ADS-B地面站的建设，并构建了以数据处理中心为依托、以民航数据通信网为骨干的广播式自动相关监视信息网，实现广播式自动相关监视数据的处理与发布，计划从2019年7月起全面实施ADS-B运