民航数据通信公司首席科学家 朱衍波（记者汪洋/摄） 

朱衍波：各位领导、各位专家，我就代表张军院士，把他的简报做一个介绍，我今天报告的题目叫做“空天地一体的民航空事系统发展与展望”，我是朱衍波。 

我报告的内容分三个方面。 

第一，空事系统的概念内涵。 

第二，空事系统的关键技术。 

第三，空事系统的应用展望。 

大家都知道空中航行系统它的国际标准组织的定义是确保飞机在所有飞行阶段安全和效率的空基与地基的综合。主要分为两个部分。 

第一，通信导航监视。是空中航天信息的基础设施。 

第二，ATM，还包括ATS、ATFM、ASM。其中大家接触最多的是ATS，核心是空中管制ADC和飞行情报、气象和告警服务。 

空中航行系统是确保航空器飞行全阶段安全、高效、有序运行的国家重大基础设施，这里面大致列了一下空中航行系统的发展历程，其实这个发展历程也是跟我们的基础设施相匹配的，主要是通讯导航监视，第一阶段空中系统的萌芽状态，因为还没有系统，刚刚张教授说了，主要是信号灯，所以说那时候还没有管制，在发展阶段是1930年开始有了滑行通信和无线电导航和位置报告，那时候出现了城域管制。二战以后出现了仪表轴系统还有二战以后的雷达、监视，出现了雷达管制。 

1988年国际民航组织提出了巡航系统，那时候推出了空地数据链，也就是飞机和地面数据链通信，出现了卫星导航、自动相关监视，所以说出现了数字化管制的概念，中国民航在2020年提出了智慧空管的概念，那时候需要空天地表通用网络监视的平台支持。 

但是目前航天系统面临一些挑战，包括已有的陆基系统覆盖范围有限，运行安全效率面临挑战，那时候的系统因为是比较老的，所以说效率有限，而目前星基系统包括通用卫星，我们的国际民航组织主要用的是海事卫星和铱星系统，监视卫星目前也是基于铱星系统二代的AIR提供的，导航卫星主用的是GPS系统，虽然伽利略、北斗都在往前推进。 

我们提出一个问题就是怎么实现全球化、全过程、高性能的航行安全保障，另外一个出发点关键事件就是2014年3月8日马航370事件，飞机上有227位乘客，其中最重要的是有154名的中国旅客失踪到现在没有发现，针对这个关键事件，国际上IATA成立了全球飞机跟踪工作组，国际民航组织成立了多学科的飞机航班跟踪的临时工作组，对于ITU也成立了基于航空云的全球飞机跟踪的焦点组，到了2016年的3月份，国际民航组织提出了全球航空遇险与安全系统GADSS概念，最关键的是2017年我们的铱星系统提出了基于星基的ADS-B的监视网络，到了2019年实现首个全球空中交通的监控系统。 

目前国际民航组织正在根据系统的性能在制定基于天基星基ADS-B管制简直和管制程序。但是大家看到了通信导航监视卫星第一个都是欧美国家掌控，包括目前的海事卫星，今年6月也是被美国的卫讯收购了，目前海事卫星的标也是Viasat，已经属于美国了，铱星也是美国系统。 

导航的话大家都知道是GPS，我们说的比较多的红色部分，中国的中兴、天通和北斗目前正在发展，但是像天通S波段的不在国际民航组织附件池里面的航空频段里面L波段，同时这个卫星是分离的，通信导航监视都是分开的，功能单一、设施冗余、资源冲突、能力固化，而我们国家的战略需求也非常强烈。 

交通强国的纲要一二三的目标和监测目标和民航强国的行动纲要，2035年到2050年有多领域的民航强国向全方位的民航强国跨越，这也提出了我们觉得空中航行系统是交通强国、民航强国建设的关键领域。 

2021年6月份，民航局与科技部共同发布了《中国新一代智慧民航自主创新联合行动计划纲要》总体目标就是到2025年要围绕智慧民航建设实现一批核心技术的装备自主可控，形成国际一流的国际科技创新能力，为民航强国提供强大的科技支撑。 

智慧民航大家都知道12411，里面最重要的4个智慧，民航智慧运行、智慧空管、智慧航司、智慧监管，我们的行动纲要里面有要建6个重点领域，其中有一个空天地一体化的民航空事系统技术来支撑我们的智慧民航三个体系，四个新局面。 

这里面要讲到什么叫空天地一体空事系统，它是我们中国自主可控的空中航行系统的专用基础设施，它是由机载终端、卫星系统、地面应用系统构成，为航空器提供全球运行、高效安全运行，提供通信、导航、监视等综合服务，它是基于我们国家的低轨星座，就是由星网系统提供。 

我们通过这个系统，使原来的通信、导航、监视、多功能集成、一体化设计、资源高效利用，业务自适应。这也是我们中国觉得空中航行的未来发展方向，为此中国民航专门成立了民航空天地一体的空事系统技术重点实验室，2021年成立，这里面实验室的共建单位包括民航数据通信公司、北京航空航天大学、中国卫星网络集团有限公司、中国商飞、成都航，都是国字号的，星网提供基础设施，商飞做飞行试验和飞行测试以及相关机械设备的推广。成都航是运营商，北航是国内唯一的一个空天地一体新航行系统全国重点实验室，民航数据通信公司是中国空地数据链的运营单位，全球排第3，国家队来共同打造空事系统国家战略支撑力量。 

下面介绍第二个内容，就是空事系统关键技术，为了支持我们全球的空中航行系统，需要构建一个全球化、全过程、高性能的智慧民航空事系统，它里面面临的技术挑战包括体系空白、星地多维资源受限、空天地动态链路脆弱还有目前通导监的功能分立。 

我们怎么办？需要构建一个创新的控制系统的体系构架，星地资源的高效调度，还有可靠的接入，飞机上不能中断，多重覆盖，通导监的一体化，这里面面临两个技术挑战，一个是空天地立体网络动态组网与高效接入传输，第二个是跨波段多制式的通导监一体化融合。 

里面有三个关键技术，首先是总体设计，我们的民航空事系统体系欠缺，怎么构建一个智慧民航空事系统的总体构架，怎么进行载荷的多功能一体化设计，怎么进行多维的卫星资源动态调度，包括星座多颗卫星，怎么实现星地网络路由优化设计。 

我们研究思路是基于模型的系统工程设计，还有面向民航需求的QoS的资源调度和星地一体的路由设计，还有通信导航监视载荷多功能一体化研制。 

这是我们的技术路线，从需求分析、总体构架设计、技术体系设计到仿真验证原型研制，来解决星地系统资源分配，星地一体化的路由优化和通导监多功能的载荷研制。 

这是我们的系统组成，可以看到这里面最核心的在中间的是我们的卫星互联网星座，其实我们这个星座是利用了中国星网的低轨星座系统，满足民航的需求，加了民航的通用导航监视的载荷，这里面我们星网的星座也是创新了，就跟我们的北斗系统一样，北斗系统跟我们的伽利略、GLONASS和GPS不同的地方是我们的星座是一个混合星座，它是24+3+3，3颗GEO静止轨道卫星，3颗IGSO倾斜轨道的，24颗MEO，像GPS等等都是MEO的。 

我们星网的星座也是，它是高低轨混合的，跟我们的Starlink一星不一样，一星是一个轨道高度层的。这个卫星互联网，我们星网在2025年基本星座是包括3颗的高轨卫星，108颗的低轨倾斜轨道卫星，还有60颗的低轨静极轨卫星，到2027年包括3颗高轨，432颗低轨倾斜轨道和60颗的静极轨道卫星。 

载荷包括Ka链路和L波段链路，我们加入民航载荷以后，可以支持L波段的导航增强，ADS-B信息监视，加入民航的控制系统综合验证平台、综合运行平台，来支持我们智慧民航的系统。 

关键技术二是通导监一体化的机载空事终端技术，也就是我们的卫星打上去以后，星座布完以后，飞机上机载设备怎么办，这是我们提出来一个要怎么保证设计终端、机载终端、通用导航监视机载LV1Nex，终端可靠接入，第二个是多体制通信怎么终端集成，还有高性能通信导航监视怎么进行航行服务。 

这里面要研究空天环境的感知、随机接入与切换，宽扫描多波束相控阵天线和多波形的板卡设计，还有低轨增强导航与机载态势增强，这是我们的技术路线，包括刚才说了怎么做到高可靠的两步授权随机接入，双连接的无缝切换等等，还有多波束，还有高低轨相控阵天线的一体化设计，还有低轨怎么增强，还有广域的ACB怎么做到态势增强监视等等。 

这是我们的系统组成，其实可以看到我们的通信导航监视设备作为飞机上的关键通用导航监视航天设备，包括跨波段的高低轨融合的多模通信设备，还有机载导航增强设备以及机载增强监视设备。 

关键技术三是飞行测试技术，大家知道我们的机载设备出来要进行测试，进行试航认证，发信号许可，这里面我们说的思路一个是实验室测试，第二个是降低成本，采用无人机的系统测试，最终使用商飞的大飞机进行的系统测试，最终装机运行。这里面技术路线跟我刚才说的一致，实验室、无人机、大飞机终端的地面测试，然后到航路验证测试。 

这个是我们团队里面的测试平台，一个是我们的全国重点实验室，有无人机的飞行测试平台可以进行前期的测试，我们计划是用商飞919大飞机进行航路验证取证测试。 

下面我汇报一下空中系统的应用展望，刚才说了空中系统是作为航行系统的空间基础设施，2021年民航局发布了《中国民航新一代航空宽带通信技术路线图》，讲到了空地宽带通信系统，我们的空事系统可以作为我们宽带路线图里面G5GLMACS、G5GL-DACS，陆基通信范围外，比如好的无人区等等，这时候飞机的通信可以使用我们的L波段还有Ka波段的宽带通信链路，从而提供一个星地融合的航空宽带通信系统。 

应用二是网络化的导航服务，今年的北斗附件10卷1已经正式发布了，第93次修订，北斗卫星导航系统正式纳入国际民航组织的标准，下面我们在民航局的带领下正在做工业标准推进，有了这个星基导航和陆基导航，以后要以星基、陆基导航为基础，形成一个立体的导航网络。 

这里面我们基于低轨的星座LOEO的卫星增强大有可为，用它可以做几个方面的事情。 

第一，本身可以产生导航电文，本身就可以定位，包括北斗、GPS因为轨道比较高，信号比较弱，低轨的倾斜轨道卫星是1150公里，信号强度比较高，低轨的机轨是1175公里，所以说信号强度比较大，这样的话可以产生更好的抗干扰性能。 

第二，用它的通用频段转发地面公用检测网的增强电文。 

第三，可以转发民航专用监测网的增强电文，从而产生更好的RIMS系统，同时可以做一个空中的监测站来提供对电离层电子干扰进行监测，从而提高我们的卫星导航，增强完整性。 

应用3就是全球飞行的监测追踪服务，也就是如果我们的控制系统成功了就可以取代我们基于铱星的AIR的新机ADS-B系统，实现中国飞机全球航班追踪服务。 

这个是我们一个应用前期测试，我们在2020年北航与天仪研究院合作，发射了空射卫星一号，在轨每小时可以接收100万条的信息，最远的探测距离到2000公里，满足空管运行需求，这是我们的先导性。 

有了前面的通讯导航监视，我们就可以支持智慧空管运行，也就是支持空管全阶段数字化管制，或者是增强语音管制，原来取代飞行员管职员之间的语音通信，通过人脑与人脑之间的对话，有了这个之后，宽带、数据链可以做到飞机设备FMS、飞行管理计算机和自动化系统的电脑进行互联，这样的话做到更精确的态势共享、计划共享和指令传输，防止人为差错、防止错忘漏，同时效率增高，传输信息更大，做到更精确的到达，这个就是我们最终的目标就是基于航迹运行、TBU运行，4维航迹+1维性能，做到全局无冲突，全阶段高性能调控，可控定时到达，全方位的态势环境感知，同时支持未来的有人无人的混合运行。 

当然有了这个系统对于航司的智慧运行也是有帮助的，包括电子飞行包作为一个算力平台，它的算力要超过FMS的，通过跟我们的总线连接，可以通过宽带线路和地面LC部门相连，不仅仅做到电子飞行包，可以做到飞行性能计算、实时线上更新等等，发动机状态监视，这样的话大大的优化航司的运行服务能力，对行业智慧监管，对空地链路实时采集航空大数据，平台融合互通等等，为智慧监管提供好的帮助。 

第七个是低空服务运用控制系统，可以面向低空有人无人通航，构建智能化的数字网络服务体系，实现农、林、物、娱、物流、公共安全等应用。 

第八个就是坚持先进的空中交通服务AAM，前几天中国民航发了全球第一张的无人驾驶载人无人机的生产合格证，也是希望我们的系统为这个先进的AAM做出更多的贡献。 

最后总结一句，我们就希望空天地一体的控制系统能够赋能智慧民航的创新发展，空天地一体的控制系统这个项目也得到了科技部、民航局的联合支持，这个项目我们的团队从明年开始，经过4年时间大概在2027年完成，希望这个系统能作为一个完全自主可控的系统，为我们的智慧民航做出新的贡献，谢谢！