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一

低空智聯(lián)網(wǎng)概述

01

低空飛行活動(dòng)對(duì)低空智聯(lián)網(wǎng)的需求

通信需求

低空智聯(lián)網(wǎng)需要為各種低空應(yīng)用業(yè)務(wù)提供高帶寬、低時(shí)延、高可靠的通信能力，以滿足飛行控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)刃枨?。由于低空飛行器可以在不同區(qū)域飛行，低空智聯(lián)網(wǎng)需要實(shí)現(xiàn)全域連續(xù)覆蓋，確保飛行過(guò)程中的通信暢通無(wú)阻。

感知需求

低空智聯(lián)網(wǎng)需要具備高精度感知能力，能夠?qū)Φ涂诊w行器進(jìn)行精準(zhǔn)定位和跟蹤，同時(shí)感知周邊環(huán)境的變化。低空智聯(lián)網(wǎng)需要支持飛行器自主感知周邊環(huán)境，避免與其他飛行器、建筑物或其他障礙物發(fā)生碰撞。

導(dǎo)航需求

在復(fù)雜多變的低空環(huán)境中，低空智聯(lián)網(wǎng)需要為低空飛行器提供導(dǎo)航和定位服務(wù)，以確保飛行器的飛行軌跡準(zhǔn)確無(wú)誤。在部分低空飛行器作業(yè)過(guò)程中還需要低空智聯(lián)網(wǎng)提供厘米及高精度導(dǎo)航，以保證任務(wù)順利完成。

管理需求

面對(duì)數(shù)量龐大的無(wú)人飛行器，低空智聯(lián)網(wǎng)需要建立高效、安全、統(tǒng)一的空中交通管理體系，以實(shí)現(xiàn)對(duì)低空飛行器的有效調(diào)度和監(jiān)控，確保飛行安全和秩序。通過(guò)低空智聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)管部門可以實(shí)時(shí)監(jiān)控低空飛行器的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并預(yù)警潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。

02

低空智聯(lián)網(wǎng)定義

低空智聯(lián)網(wǎng)是低空基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，低空智聯(lián)網(wǎng)是以地面網(wǎng)為主、衛(wèi)星網(wǎng)和民航網(wǎng)為輔的，通感一體，空天地一體的網(wǎng)絡(luò)體系，主要解決低空活動(dòng)中通信、感知、導(dǎo)航、管理等方面的需求。低空智聯(lián)網(wǎng)利用5G-A、低軌衛(wèi)星等通信和感知技術(shù)，加強(qiáng)相關(guān)覆蓋區(qū)域內(nèi)的低空網(wǎng)絡(luò)信號(hào)以及低空感知監(jiān)視能力，從而保障飛行過(guò)程中的穩(wěn)定通信與監(jiān)視服務(wù)。同時(shí)，通過(guò)融合運(yùn)用大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)，低空智聯(lián)網(wǎng)將成為智能化的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

03

低空智聯(lián)網(wǎng)全景

圖1：低空智聯(lián)網(wǎng)全景圖

網(wǎng)絡(luò)組成

地面網(wǎng)：作為低空智聯(lián)網(wǎng)的主體網(wǎng)絡(luò)部分，通過(guò)5G-A通感一體技術(shù)建設(shè)1000米以下的信號(hào)全覆蓋區(qū)域，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)低空飛行目標(biāo)的測(cè)距、測(cè)角、測(cè)速、定位及追蹤等任務(wù)，在通信和感知的同時(shí)收集來(lái)自低空領(lǐng)域的信息，并傳輸?shù)降涂罩锹?lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心。

衛(wèi)星網(wǎng)：由同步軌道（GEO）衛(wèi)星和低軌道（LEO）衛(wèi)星星座組網(wǎng)建設(shè)，利用其覆蓋廣的特點(diǎn)，在偏遠(yuǎn)地區(qū)、海洋、沙漠等地面網(wǎng)絡(luò)難以覆蓋的區(qū)域提供通信和感知相關(guān)服務(wù)。衛(wèi)星網(wǎng)可以與地面網(wǎng)、民航網(wǎng)等其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)空天地一體化的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

民航網(wǎng)：則以ADS-B和ATG技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)民航飛機(jī)的感知和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，在低空領(lǐng)域可以和地面網(wǎng)和衛(wèi)星網(wǎng)相互協(xié)同，為低空飛行器、通航飛機(jī)、民航飛機(jī)提供統(tǒng)一的空域調(diào)度、航線管理的服務(wù)，確保低空飛行活動(dòng)和民航活動(dòng)的安全和高效。

二

地面網(wǎng)

地面網(wǎng)主要以地面蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)為主體，隨著技術(shù)的發(fā)展，5G-A已經(jīng)實(shí)現(xiàn)通感一體技術(shù)，其是低空智聯(lián)網(wǎng)的主要組成部分。3GPP對(duì)5G-A的定義是5G網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)和增強(qiáng)版本，5G-A是基于5G網(wǎng)絡(luò)在功能上和覆蓋上的進(jìn)一步發(fā)展，旨在支撐互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的3D化、云化、萬(wàn)物互聯(lián)智能化、通信感知一體化、智能制造柔性化等產(chǎn)業(yè)數(shù)字化升級(jí)的關(guān)鍵信息化技術(shù)?。5G-A在原有5G技術(shù)的基礎(chǔ)上，大大優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)速度和時(shí)延、用戶容量、覆蓋范圍等性能指標(biāo)，還增加了?通感算一體化等新技術(shù)性能。在低空領(lǐng)域應(yīng)用的具體差別見(jiàn)下表。

表1：地面網(wǎng)絡(luò)技術(shù)差別

三

衛(wèi)星網(wǎng)

01

衛(wèi)星網(wǎng)架構(gòu)

空間段

主要由衛(wèi)星組成，包括地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星、非地球靜止軌道（Non-GEO）衛(wèi)星等。衛(wèi)星上配備了通信、導(dǎo)航、遙感等有效載荷，負(fù)責(zé)接收、處理和轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)。GEO衛(wèi)星相對(duì)地球靜止，可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定區(qū)域的穩(wěn)定覆蓋；Non-GEO衛(wèi)星則可通過(guò)星座組網(wǎng)等方式，提供全球覆蓋或特定區(qū)域的增強(qiáng)覆蓋。

地面段

包含地面控制中心、地面站等設(shè)施。地面控制中心負(fù)責(zé)衛(wèi)星的軌道控制、姿態(tài)調(diào)整、故障監(jiān)測(cè)與管理等；地面站則承擔(dān)與衛(wèi)星的通信鏈路建立、數(shù)據(jù)傳輸與接收等任務(wù)，是衛(wèi)星網(wǎng)與地面網(wǎng)絡(luò)及用戶設(shè)備連接的重要節(jié)點(diǎn)。

用戶段

主要是各種低空飛行器以及其他用戶終端設(shè)備，如無(wú)人機(jī)、eVTOL、直升機(jī)、衛(wèi)星電話、衛(wèi)星通信模塊、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)等，用戶通過(guò)這些終端設(shè)備接入衛(wèi)星網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)通信、定位、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

通信鏈路

饋線鏈路：連接衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)與衛(wèi)星之間的無(wú)線鏈路，用于傳輸控制指令、數(shù)據(jù)等信息，一般具有較高的帶寬和穩(wěn)定性，以保證衛(wèi)星與地面網(wǎng)絡(luò)之間的有效通信。

服務(wù)鏈路：位于用戶設(shè)備與衛(wèi)星之間，是用戶終端接入衛(wèi)星網(wǎng)的關(guān)鍵鏈路，為用戶提供通信、定位等服務(wù)。

衛(wèi)星間鏈路：在衛(wèi)星星座中，衛(wèi)星間鏈路用于衛(wèi)星之間的直接通信，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳輸和交換，提高衛(wèi)星網(wǎng)的整體性能和靈活性，但該鏈路通常是可選的，且需要衛(wèi)星上安裝再生有效載荷，并可在射頻頻段或光頻段運(yùn)行。

02

衛(wèi)星網(wǎng)在低空智聯(lián)網(wǎng)中的主要作用

衛(wèi)星網(wǎng)是低空智聯(lián)網(wǎng)空間維度最高覆蓋范圍最廣的部分，其在低空活動(dòng)中的主要作用包括提供廣域覆蓋的通信服務(wù)、提供導(dǎo)航定位服務(wù)、支撐低空作業(yè)三個(gè)方向。首先，提供廣域覆蓋的通信服務(wù)，彌補(bǔ)地面通信盲區(qū)，在自然災(zāi)害或緊急情況導(dǎo)致地面通信設(shè)施損壞時(shí)，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)可以快速建立應(yīng)急通信鏈路。其次，提供導(dǎo)航定位服務(wù)，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以為低空飛行器提供精確的位置、速度和時(shí)間信息。對(duì)于多架低空飛行器同時(shí)作業(yè)的場(chǎng)景，衛(wèi)星導(dǎo)航可以為它們提供統(tǒng)一的時(shí)空基準(zhǔn)，便于實(shí)現(xiàn)集群飛行和協(xié)同作業(yè)。最后，衛(wèi)星網(wǎng)對(duì)低空作業(yè)的支撐為低空經(jīng)濟(jì)帶來(lái)更多創(chuàng)新應(yīng)用機(jī)會(huì)，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)可以利用衛(wèi)星網(wǎng)進(jìn)行作物監(jiān)測(cè)、病蟲(chóng)害防治等作業(yè)；在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)可以利用衛(wèi)星網(wǎng)進(jìn)行森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)、海洋污染跟蹤等任務(wù)等，衛(wèi)星網(wǎng)還可以為低空物流、空中交通管理等領(lǐng)域提供新的解決方案和服務(wù)模式。

四

民航網(wǎng)

01

民航網(wǎng)架構(gòu)

相較于衛(wèi)星?網(wǎng)，民航網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展歷史較長(zhǎng)，技術(shù)相對(duì)成熟，應(yīng)用范圍也更家廣泛。民航網(wǎng)包括監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)通信、指揮調(diào)度三個(gè)主要方向，其中ADS-B、VHF兩個(gè)技術(shù)已經(jīng)在民航領(lǐng)域發(fā)展多年，基本覆蓋了全球的民航系統(tǒng)，其作為低空智聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，能有效提高低空飛行器和民航飛機(jī)協(xié)同調(diào)度效率，民航網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)也能為低空智聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供參考。

監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)ADS-B

基本概念：ADS-B中文為廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視，是一種自動(dòng)獨(dú)立監(jiān)視廣播技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于航空交通管理系統(tǒng)中，用于飛機(jī)的航跡監(jiān)視、非合作目標(biāo)的探測(cè)等。

工作原理：ADS-B技術(shù)利用衛(wèi)星定位獲取飛機(jī)的準(zhǔn)確位置信息，并通過(guò)頻繁廣播的方式將這些數(shù)據(jù)傳輸給其他飛機(jī)、地面站和航空交通管理機(jī)構(gòu)。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括飛機(jī)的位置、速度、航向、高度等。

數(shù)據(jù)通信ATG

基本概念：ATG網(wǎng)絡(luò)（Air to Ground Network）是一種利用陸地移動(dòng)通信技術(shù)，為空中飛行器提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

?工作原理：ATG網(wǎng)絡(luò)是基于地面蜂窩通信技術(shù)改進(jìn)而來(lái)，沿著飛機(jī)的航線，設(shè)置大量的地面基站?；咎炀€朝向天空，為飛機(jī)提供移動(dòng)通信信號(hào)，以此實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)連接。ATG技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了多個(gè)階段，從3G到4G再到5G的應(yīng)用，技術(shù)不斷進(jìn)步，目前中國(guó)移動(dòng)等多家企業(yè)已經(jīng)開(kāi)展5G-ATG試點(diǎn)應(yīng)用。

指揮調(diào)度VHF

基本概念：目前全球機(jī)場(chǎng)的塔臺(tái)與民航飛機(jī)之間的通信技術(shù)主要依賴于無(wú)線電通信技術(shù)，甚高頻（VHF）無(wú)線電是塔臺(tái)與飛機(jī)通信中最常用的技術(shù)。VHF無(wú)線電設(shè)備具有較好的抗干擾能力和較遠(yuǎn)的通信距離，能夠滿足塔臺(tái)與飛機(jī)之間的通信需求。

工作原理：在飛機(jī)起飛、降落或滑行過(guò)程中，飛行員會(huì)與地面塔臺(tái)進(jìn)行無(wú)線電通信。通信的初始建立通常包括雙方呼號(hào)的確認(rèn)和通信意圖的告知。塔臺(tái)操作員會(huì)通過(guò)無(wú)線電設(shè)備向駕駛員發(fā)出指令，如起飛和著陸的指示、滑行路徑和停車位置的指示、氣象條件的通報(bào)等。駕駛員在接收到指令后會(huì)進(jìn)行回應(yīng)，以確保指令的準(zhǔn)確接收和執(zhí)行。

五

低空智聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)對(duì)比

感知功能是低空智聯(lián)網(wǎng)的核心功能之一，目前地面網(wǎng)、民航網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)都有感知監(jiān)測(cè)飛行器位置的技術(shù)路徑，其中5G-A通感一體化技術(shù)是目前的主要應(yīng)用技術(shù)，其同時(shí)具備了感知/探測(cè)目標(biāo)的功能與高可靠通信功能，在功能上實(shí)現(xiàn)了一網(wǎng)多能，在成本上能夠充分復(fù)用廣域部署的通信基站并降低感知系統(tǒng)的部署成本，相對(duì)于傳統(tǒng)的感知技術(shù)具有多方面優(yōu)勢(shì)，具體差別見(jiàn)下表。

表2：低空智聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)對(duì)比