本文将以低空经济的核心——“空中交通管理系统”(简称空管系统)为焦点,深入探讨其组成要素、相关的产业链布局以及未来可能的发展趋势。
一、低空经济与空管系统
二、 空管系统的定义与核心
空管系统,作为维护航空交通秩序、保障飞行安全与效率的关键体系,是低空经济发展的坚实基石。这一系统融合了先进的技术与严谨的程序,共同构成了民航空中交通管理的中枢。具体而言,空管系统由2部分组成:CNS系统(包括通信、导航、监视)以及空中交通管理(ATM))的全面功能。
三、 CNS系统的定义与核心
CNS(Communication, Navigation, Surveillance)系统解析:
通信系统:作为信息交流的桥梁,现代通信系统依托航空电信网(ATN)构建,利用卫星通信、高频数据链(VHF&HF)及S模式二次雷达数据链等先进手段,实现地空、地地及空空间数据的实时、高效传输,确保信息的无缝对接与即时共享。
导航系统:扮演着飞行器“引路人”的角色,通过整合全球定位系统(GPS)、惯性导航系统、仪表着陆系统、甚高频导航及距离测量设备等尖端技术,为飞行器提供精确的位置信息和航向指引,确保其在复杂的空中环境中安全、准确地航行。
监视系统:作为空中交通的“眼睛”,监视系统通过雷达、自动相关监视(ADS-B)、多雷达跟踪等先进技术,持续追踪飞行器的状态与运动轨迹,收集并处理海量数据,为空中交通管制员和飞行员提供决策支持,确保飞行过程的可控与高效。
这三大子系统紧密相连,协同工作,共同构成了CNS空管系统的强大核心,确保了航空交通信息的精准采集、高效传输与智能处理,为低空经济的蓬勃发展提供了坚实的技术支撑。
四、空中交通管理系统(ATM)
空中交通管理系统(ATM)是一个高度集成的信息处理中枢,由空管工作人员操作,旨在精确管理和调控飞行交通。它建立在CNS系统(通信、导航、监视系统)提供的全面数据之上,构建了一个强大的信息综合处理平台。该平台不仅能够为飞行中的航空器提供整合后的实时信息,还负责制定高效的流量控制措施,以及规划合理的空域分配方案。
完整的ATM系统由三大核心模块构成:
空中交通服务:负责直接与飞行中的航空器保持联系,提供飞行指导、咨询服务以及必要的交通避让建议,确保飞行安全顺畅。
空中交通流量管理:通过预测、监控和调整空中交通流量,优化飞行路径和高度层分配,以减少拥堵、提高整体运行效率,并在必要时实施流量限制措施。
空域管理:对空域进行合理规划和使用,确保不同飞行阶段、不同性质的航空活动能够在有序、安全的环境中进行,同时最大限度地利用空域资源。
这三大模块相互协作,共同承担起空中交通的全面管理和调控职责,不仅有效维护了空中交通的秩序与安全,还保障了航空运输的高效与畅通,为低空经济的蓬勃发展奠定了坚实的基础。
五、 低空经济下空管系统发展新要求
空管系统逐步现代化、数据化、智慧化是低空空管系统发展的必然路径,即依托包括4G/5G通信、卫星互联网、北斗系统、雷达等监视系统的天空地基础设施,协调各级空管部门、安全应急部门和基建保障部门关系,建立数字化的低空运行环境,实现智能化的空域设计和航路规划,是未来低空空管系统发展的必然路径。具体来看:
1. 通信方面,5G-A通感一体及卫星互联网提供低空数据传输新方案
5G-A通感一体化成为低空通信发展方向,已在厦门成功试点。5G频谱从Sub 6GHz向毫米波发展,感知能力进一步提升,在此背景下通信感知一体化,即基于软硬件资源/信息共享,实现感知与通信功能协同的技术成为新发展方向。通信感知一体化技术融合通信和感知功能,既可以通过通信链路获取合作航空器的位置、速度、姿态等关键信息,又可以通过感知技术获取非合作航空器的位置、速度及其周围环境信息,同时依托毫米波高分辨率、高定位精度的优势,在低空飞行器体积小、数量多的背景下应用空间广阔。2023年12月,全球首个“5G-A通感一体低空协同组网”在厦门成功试点,实现多目标监测、无人机航迹跟踪等场景验证;2024年3月,云南保山云瑞机场建成开通全球首个5G-A智慧机场通感一体基站。
卫星互联网具有立体覆盖优势,有望在低空通信远期形态中发挥关键作用。在1000m以上空域,5G信号覆盖能力存在局限性,最终低空通信解决方案可能会融合当前4G/5G网络与专用通信链路/网络、通感一体化网络和低轨卫星互联网。其中卫星互联网能够满足航空对于全地域稳定网络服务的要求,《通用航空装备创新应用实施方案》强调加速5G、卫星互联网等融合应用。我们认为,伴随星地融合演进,具有立体覆盖优势的卫星互联网有望在低空通信远期形态中发挥重要作用。
2. 导航方面,北斗天地协同数字化底座是低空空管体系的重要基础
高精度定位技术是低空经济发展的必要基础。在低空飞行器密度高、飞行障碍物多的背景下,高精度定位技术成为必要基础,北斗导航融入低空空管成为必然趋势。1)授时方面:北斗可为低空飞行器提供高精度授时服务。2)导航监视方面:目前典型的ADS-B(广播式自动相关监视)发射机利用高频数据链进行通信,位置信息基本以GPS数据为主,而北斗融入ADS-B作为信息源或将成为发展趋势;3)“北斗+低轨卫星”通导一体网络具备高可靠位置及通信服务能力,先进技术融合提供高性能解决方案。
基于北斗的低空高精度立体交通图建设是解决低空航空器有序飞行的关键。未来低空空域千万级乃至更大规模无人机和有人机的融合飞行需求对导航体系提出较高要求,解决这一难题的核心是建设统一的低空高精度立体交通图网络,目前在浙江、安徽、上海、广东等地已经开始试点。安徽合肥骆岗公园无人体系城市级应用示范项目采用北斗伏羲全球领先的GeoSOT地球网格剖分理论体系。未来北斗天地协同综合时空网络将为低空空管体系提供数字化底座,为低空空管无人化、精准化和智能化的发展提供助力。
3. 监视领域,ADS-B成为先进空管技术发展方向
多种空管监视方式融合成为保障飞行安全的必然趋势。空管监视主要指针对空中飞行航空器的监视,以此提高空中交通运行的安全性和效率。按照监视技术和实现方式的不同可以分为一次雷达、二次雷达、ADS-B(广播式自动相关监视)和多点相关定位等,目前多种监视技术的综合应用成为保证飞行安全、管理空域流量的必然趋势。
4.气象方面:高性能相控阵雷达提升气象监测精度,气象服务为低空经济护航
高精度气象情报服务保障低空飞行安全,低空气象基础建设和数据服务有望加速。低空飞行活动中气象信息服务需要达到米级、小时级/分钟级高精度,地面端气象站信息向低空端飞行器传输需要高效数据传输方法协同,如深圳市在统一数据共享平台的城市底图中接入气象数据。从产业链发展角度来看,深圳市气象局提出气象三张网,包括用于提升低空气象监测能力的“气象监测网”、用于提升低空气象服务保障能力的“气象数字网”和赋能相关技术服务业的“气象赋能网”。气象服务高精度的趋势有望带动气象雷达及气象数据服务的发展。
六、上市公司一览
七、结语
为了确保低空飞行活动的安全性与效率,构建低空三维数字化空域地理信息系统,整合北斗卫星导航、低轨卫星通信、5G-A(第五代移动通信技术用于航空)、自主飞行技术、以及通信感知一体化等前沿科技于一体的空管系统是未来的趋势。
性质:转载 来源:低空产业圈 作者:低空经济产业网
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