低空航行通信、导航、监视系统

导航监视系统强调低空飞行中通信、导航、监视功能的一体化融合与协同。低空经济的飞行场景，如无人飞行、低空飞行、超视距运行、空域内多机运行等，与传统民航需求相比，对通导监提出了更高的要求。

低空航行环境面临着气象条件多变、建筑物及障碍物众多、电磁环境复杂等问题，需要更精确和可靠的通信、导航和监视手段来确保飞行安全和效率。通导监一体化旨在提高低空飞行的安全性、效率和管理水平，实现对低空航空器的实时通信、精准导航和全面监视，为空域的合理利用和低空经济的发展提供有力支撑。

低空通信

低空通信需要在城域、城乡结合区、城市之间等不同区域内，覆盖不同距离、不同地形、不同高度航线，为不同大小航空器提供飞行控制、导航监视、信息服务、业务应用等各类信息的安全可靠传输。针对单一通信手段存在通信盲区，难以实现全域无缝覆盖的问题，需要综合利用4G/5G/5G-A/6G运营商网络、卫星通信、光纤通信、专用通信/数据链、机间链等多种通信手段，形成多体制全要素互联的立体全域通信覆盖，连接各类有无人航空器、传感器、起降场、服务保障设施等空地物理实体，连通交通管理、运营服务、安全监管等信息服务系统，综合提供宽带富媒体通信、数据安全共享、业务高效协同等网络通信服务。

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图1 低空通信概念示意图

低空通信技术演进路线规划如图2所示：

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图2 低空通信技术演进路线

第一阶段（近期）：全要素互联

基于我国通信网络的建设现状，综合应用5G、卫星通信、专用数据链等通信手段，为不同空域、不同类型航行器提供信息传输保障。

5G地面网可以实现较低高度空域通信覆盖，满足监管要求不高的低、慢、小航空器通信需求；多体制卫星通信系统综合利用高通量、窄带、移动等手段，实现对信号遮挡的山区、偏远地区等的通信补盲，构建广域覆盖层，确保高安全、高价值、长航时中大型无人机飞行全程在线；专用数据链采用主、副链路传输方式，为中大型无人机或专用特殊作业场景等提供高实时、高可靠、高安全通信；机间自组网可实现多无人机之间协同与信息的快速传递共享，可用于机间位置身份信息的广播、复杂地形/非视距应用以及大范围远距离作业覆盖等场景。(1)

第二阶段（中期）：多体制融合

随着运营商网络由5G向5G-A演进，基于5G-A的通感一体化接入能力，通过连续波加脉冲波组合的方式，实现低空空域（150m以下）精准无盲区的通信和感知覆盖；多体制卫星通信系统向卫星互联网演进，具备更实时、更可靠的通信能力；机间自组网、专用数据链等专用通信手段实现深度融合，向网链一体方向演进。在此基础上，通过软件定义、统一波形等技术，实现5G-A、卫星互联网、专用数据链等多体制通信在终端、接入、业务等层面的融合。通过5G-A+卫星互联网+专用通信等多模机载终端，可在芯片级实现深度融合，确保不同空域通信的连贯性和稳定性；通过基于软件无线电的一体化基站实现5G-A、卫星通信、数据链等综合接入；通过一体化融合服务平台，实现不同体制系统业务融合，满足数据共享、业务协同等应用需求。

第三阶段（远期）：天空地一体

基于6G移动通信网络打造天空地一体、安全内生、AI内生的通信能力，实现全域无缝立体覆盖；依托专用切片技术，为中大型无人机、复杂地形/大范围远距离应用、专用特殊作业场景等提供高实时、高可靠、高安全通信。

低空导航

低空运行采用基于性能的综合定位授时导航。其导航场景分为航路和空域，航路包括按不同高度层区分的双向航道、按照水平间隔划分的飞行速度航道，空域包括机场 / 起降点 / 投放点、作业区域。当前已采用的导航手段包括地基增强系统（GBAS）、星基增强系统（SBAS）等，采用的飞行程序有垂直引导进近（APV）-I、垂直引导定位信标（LPV）-200、盲降（CAT）-I等。

由于低空航空器运行引入垂直或短距起降引导，当前在起降点/投放点、作业区主要采用载波相位差分（RTK）/视觉为主用导航手段，根据任务需要在地面部署RTK基准站、视觉地标等基础设施，可支持航空器的任务起降、投放操作及作业区运行，导航精度达到10cm，需定义精准引导/降落飞行程序。鉴于RTK存在完好性问题，需要引入X等级地基增强系统进近服务（GAST X）导航概念以保障飞行安全。

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图3 低空导航概念示意图

基于性能的综合定位授时导航技术路线如图4所示：

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图4 低空导航技术演进路线

第一阶段（近期）：基本定位授时导航能力

本阶段为混合飞行阶段，低空航空器以空域大间隔的交通管理方式保障基本飞行安全，对导航的需求以高精度和高鲁棒性为主。本阶段的主要工作积极推动北斗系统应用，在航道阶段采用单频全球导航卫星系统/北斗星基增强系统（GNSS/BDSBAS）、全球导航卫星系统/接收机自主完好性监测 (1)（GNSS/RAIM）技术，提供 RNP0.005 导航服务；该类技术还可以为地面设施设备提供 40ns 授时服务。在机场采用 GBAS，单频 GBAS 服务提供水平 3m/ 垂直 4m 的导航精度（95%），2×10-7/ 任意进近完好性保证（在任意进近飞行过程中，发生危险误引导概率小于等于2×10-7，导航系统服务性能不满足用户需求时，及时发出告警能力）。在起降点、投放点、作业区采用RTK/视觉导航，RTK和视觉导航服务均提供水平8cm/垂直10cm的定位精度。

第二阶段（中期）：增强定位授时导航能力

本阶段为融合运行阶段，低空飞行区域和航路逐渐联网成线、成片，各类航空器实现共享航路飞行，对导航的需求以同时保证高精度和高安全性为主。第一阶段的导航服务仍然保持，在航道阶段引入双频 GNSS/BDSBAS、双频全球导航卫星系统/先进接收机自主完好性监测 （GNSS/ARAIM），提供RNP0.002的导航服务；该技术还可以为地面设施设备提供 20ns授时服务。在机场引入双频BDSBAS、双频GBAS，BDSBAS双频服务提供水平3m/垂直4m的定位精度（95%），

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/任意进近完好性保证；GBAS双频服务提供水平1.5m/垂直2m的定位精度（95%），

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/任意进近完好性保证。在起降点、投放点、作业区引入双频RTK/视觉导航，提供10厘米级的定位精度服务。

第三阶段（远期）：融合定位授时导航能力

本阶段为自主运行智能协同阶段，低空场景规模进一步扩大，航空器种类数量众多，低空经济繁荣壮大的阶段，航空器采用弹性导航方式飞行，对导航的需求为同时保证高精度、高安全性和高可用性为主。保持已有定位授时导航服务的同时，在航道阶段引入低轨卫星一体化导航，低轨卫星可以增强卫星导航信号，作为GNSS的增强与补充；也可以通过通信系统和导航系统融合，播发独立测距信号，形成备份的定位授时导航能力。在机场引入视觉着陆系统，在起降点、投放点、作业区引入GAST X/视觉，GAST X服务提供水平8cm/垂直10cm的定位精度（95%），

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/任意进近完好性保证。

低空监视

低空监视采用多源主被动体制利用光电监视设备、主被动低空监视雷达、多谱系协同组网定位设备及城市大量的基础观测设施，搭建涵盖雷达、光电和频谱探测的多源监视设备网，形成低空飞行的主被动探测能力，可根据120米以下低空空域、120米 -300米中低空空域、300米 -1000米中高空空域不同航空器类型以及飞行特点，灵活搭配多源主被动监视设备，构建分层适度的低空低成本监视网络，实现全面覆盖合作与非合作航空器的有效监视能力，将传统的城市地基监控网升级到低空立体监视网。

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图5 低空监视概念示意图

多源主被动监视技术演进路线规划如图6所示：

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图6 多源主被动监视网络技术演进路线

第一阶段（近期）：通感一体监视网络

针对低空开放初级阶段，航空器数量有限，飞行区域较为固定等现状，建设以飞行区域为中心的基本监视能力。通过视频智能监控、ADS-B、5G、WIFI、蓝牙、数据链或北斗短报文等方式构建低空监视网，采用数据预处理、特征提取、关联匹配和航迹融合等系列步骤，实现数据的初步融合，采用区域AI视频智能监控，结合固定/移动光电设备与AI技术，实现重点区域内高清晰度实时监控与紧急状况临机调配监控，为监管中心提供低空飞行的基础信息。但由于缺少对不同航空器数据标准的统一管理、航空器组网管理存在阻碍、需建立传统监视网络与低空监视网络数据协同机制。

第二阶段（中期）：声光电增强监视网络

技术深度融合与智能决策支持的监视网络结合了云计算、边缘计算、物联网、人工智能等多种先进技术，实现了对监视数据的深度挖掘和智能分析，为决策提供了强有力的支持，以应对低空飞行日趋频繁，尤其是城市低空飞行海量业务增长的需要。该阶段监视网络的建设，重点加强城市区域监视能力，支撑精细网格化空域划设，充分发掘空域资源，利用好城市内海量的铁塔、灯杆及其网电系统，搭建涵盖雷达、光电和频谱探测的多源监视节点，形成低空1000米以下的主被动探测能力，将传统的城市“地面雪亮”升级到“低空雪亮”，全面覆盖合作非合作航空器的有效监视，提升主动监视精度到米级。

本阶段需要推动空地一体立体交通网络架构、标准的建立；建立城市频谱资源分配与管理能力；建立城市级主被动监视网络能力。

第三阶段（远期）：多源融合监视网络

随着新技术、新装备的不断涌现，地面端主动监视、协同监视、自相关监视、频谱监视、视频监视等系列化设备与机载监视、球载监视、星载监视设备共同构建空天地一体的监视网络，并不断加强信息交互和深度融合的能力。监视与被监视之间关系更为模糊，双方的监视信息互动和能力互补将取得突破性发展，监视信息将极大丰富，准确性也将大幅提高，监视能力的强弱将很大程度取决于海量数据的规模和城市超算能力，监视信息将可能成为一种基础资源进行共享，以提升航空器的安全智慧飞行能力。需关注空地监视网络体系和信息传输标准的建立、无人机自主监视能力的提升、基于AI的监视大模型和大数据的应用。

来源：中国电科2024年低空航行系统白皮书

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