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一

低空智聯(lián)網(wǎng)概述

01

低空飛行活動對低空智聯(lián)網(wǎng)的需求

通信需求

低空智聯(lián)網(wǎng)需要為各種低空應用業(yè)務提供高帶寬、低時延、高可靠的通信能力，以滿足飛行控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)刃枨蟆Ｓ捎诘涂诊w行器可以在不同區(qū)域飛行，低空智聯(lián)網(wǎng)需要實現(xiàn)全域連續(xù)覆蓋，確保飛行過程中的通信暢通無阻。

感知需求

低空智聯(lián)網(wǎng)需要具備高精度感知能力，能夠對低空飛行器進行精準定位和跟蹤，同時感知周邊環(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。

導航需求

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

管理需求

面對數(shù)量龐大的無人飛行器，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，以實現(xiàn)對低空飛行器的有效調度和監(jiān)控，確保飛行安全和秩序。通過低空智聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)管部門可以實時監(jiān)控低空飛行器的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并預警潛在的安全風險。

02

低空智聯(lián)網(wǎng)定義

低空智聯(lián)網(wǎng)是低空基礎設施的重要組成部分，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)絡體系，主要解決低空活動中通信、感知、導航、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，加強相關覆蓋區(qū)域內的低空網(wǎng)絡信號以及低空感知監(jiān)視能力，從而保障飛行過程中的穩(wěn)定通信與監(jiān)視服務。同時，通過融合運用大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術，低空智聯(lián)網(wǎng)將成為智能化的服務網(wǎng)絡。

03

低空智聯(lián)網(wǎng)全景

圖1：低空智聯(lián)網(wǎng)全景圖

網(wǎng)絡組成

地面網(wǎng)：作為低空智聯(lián)網(wǎng)的主體網(wǎng)絡部分，通過5G-A通感一體技術建設1000米以下的信號全覆蓋區(qū)域，可以實現(xiàn)對低空飛行目標的測距、測角、測速、定位及追蹤等任務，在通信和感知的同時收集來自低空領域的信息，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，利用其覆蓋廣的特點，在偏遠地區(qū)、海洋、沙漠等地面網(wǎng)絡難以覆蓋的區(qū)域提供通信和感知相關服務。衛(wèi)星網(wǎng)可以與地面網(wǎng)、民航網(wǎng)等其他網(wǎng)絡進行融合組網(wǎng)，實現(xiàn)空天地一體化的網(wǎng)絡覆蓋。

民航網(wǎng)：則以ADS-B和ATG技術實現(xiàn)對民航飛機的感知和網(wǎng)絡服務，在低空領域可以和地面網(wǎng)和衛(wèi)星網(wǎng)相互協(xié)同，為低空飛行器、通航飛機、民航飛機提供統(tǒng)一的空域調度、航線管理的服務，確保低空飛行活動和民航活動的安全和高效。

二

地面網(wǎng)

地面網(wǎng)主要以地面蜂窩通信網(wǎng)絡為主體，隨著技術的發(fā)展，5G-A已經(jīng)實現(xiàn)通感一體技術，其是低空智聯(lián)網(wǎng)的主要組成部分。3GPP對5G-A的定義是5G網(wǎng)絡的演進和增強版本，5G-A是基于5G網(wǎng)絡在功能上和覆蓋上的進一步發(fā)展，旨在支撐互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的3D化、云化、萬物互聯(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)字化升級的關鍵信息化技術?。5G-A在原有5G技術的基礎上，大大優(yōu)化了網(wǎng)絡速度和時延、用戶容量、覆蓋范圍等性能指標，還增加了?通感算一體化等新技術性能。在低空領域應用的具體差別見下表。

表1：地面網(wǎng)絡技術差別

三

衛(wèi)星網(wǎng)

01

衛(wèi)星網(wǎng)架構

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、導航、遙感等有效載荷，負責接收、處理和轉發(fā)信號。GEO衛(wèi)星相對地球靜止，可實現(xiàn)對特定區(qū)域的穩(wěn)定覆蓋；Non-GEO衛(wèi)星則可通過星座組網(wǎng)等方式，提供全球覆蓋或特定區(qū)域的增強覆蓋。

地面段

包含地面控制中心、地面站等設施。地面控制中心負責衛(wèi)星的軌道控制、姿態(tài)調整、故障監(jiān)測與管理等；地面站則承擔與衛(wèi)星的通信鏈路建立、數(shù)據(jù)傳輸與接收等任務，是衛(wèi)星網(wǎng)與地面網(wǎng)絡及用戶設備連接的重要節(jié)點。

用戶段

主要是各種低空飛行器以及其他用戶終端設備，如無人機、eVTOL、直升機、衛(wèi)星電話、衛(wèi)星通信模塊、衛(wèi)星導航接收機等，用戶通過這些終端設備接入衛(wèi)星網(wǎng)，實現(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)關與衛(wèi)星之間的無線鏈路，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)絡之間的有效通信。

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

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，其在低空活動中的主要作用包括提供廣域覆蓋的通信服務、提供導航定位服務、支撐低空作業(yè)三個方向。首先，提供廣域覆蓋的通信服務，彌補地面通信盲區(qū)，在自然災害或緊急情況導致地面通信設施損壞時，衛(wèi)星網(wǎng)絡可以快速建立應急通信鏈路。其次，提供導航定位服務，衛(wèi)星導航系統(tǒng)可以為低空飛行器提供精確的位置、速度和時間信息。對于多架低空飛行器同時作業(yè)的場景，衛(wèi)星導航可以為它們提供統(tǒng)一的時空基準，便于實現(xiàn)集群飛行和協(xié)同作業(yè)。最后，衛(wèi)星網(wǎng)對低空作業(yè)的支撐為低空經(jīng)濟帶來更多創(chuàng)新應用機會，在農業(yè)領域，無人機可以利用衛(wèi)星網(wǎng)進行作物監(jiān)測、病蟲害防治等作業(yè)；在環(huán)境監(jiān)測領域，無人機可以利用衛(wèi)星網(wǎng)進行森林火災監(jiān)測、海洋污染跟蹤等任務等，衛(wèi)星網(wǎng)還可以為低空物流、空中交通管理等領域提供新的解決方案和服務模式。

四

民航網(wǎng)

01

民航網(wǎng)架構

相較于衛(wèi)星?網(wǎng)，民航網(wǎng)的技術發(fā)展歷史較長，技術相對成熟，應用范圍也更家廣泛。民航網(wǎng)包括監(jiān)管網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)通信、指揮調度三個主要方向，其中ADS-B、VHF兩個技術已經(jīng)在民航領域發(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協(xié)同調度效率，民航網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)驗也能為低空智聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供參考。

監(jiān)管網(wǎng)絡ADS-B

基本概念：ADS-B中文為廣播式自動相關監(jiān)視，是一種自動獨立監(jiān)視廣播技術，被廣泛應用于航空交通管理系統(tǒng)中，用于飛機的航跡監(jiān)視、非合作目標的探測等。

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

數(shù)據(jù)通信ATG

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

?工作原理：ATG網(wǎng)絡是基于地面蜂窩通信技術改進而來，沿著飛機的航線，設置大量的地面基站。基站天線朝向天空，為飛機提供移動通信信號，以此實現(xiàn)飛機的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務連接。ATG技術的發(fā)展經(jīng)歷了多個階段，從3G到4G再到5G的應用，技術不斷進步，目前中國移動等多家企業(yè)已經(jīng)開展5G-ATG試點應用。

指揮調度VHF

基本概念：目前全球機場的塔臺與民航飛機之間的通信技術主要依賴于無線電通信技術，甚高頻（VHF）無線電是塔臺與飛機通信中最常用的技術。VHF無線電設備具有較好的抗干擾能力和較遠的通信距離，能夠滿足塔臺與飛機之間的通信需求。

工作原理：在飛機起飛、降落或滑行過程中，飛行員會與地面塔臺進行無線電通信。通信的初始建立通常包括雙方呼號的確認和通信意圖的告知。塔臺操作員會通過無線電設備向駕駛員發(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、氣象條件的通報等。駕駛員在接收到指令后會進行回應，以確保指令的準確接收和執(zhí)行。

五

低空智聯(lián)網(wǎng)感知技術對比

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)測飛行器位置的技術路徑，其中5G-A通感一體化技術是目前的主要應用技術，其同時具備了感知/探測目標的功能與高可靠通信功能，在功能上實現(xiàn)了一網(wǎng)多能，在成本上能夠充分復用廣域部署的通信基站并降低感知系統(tǒng)的部署成本，相對于傳統(tǒng)的感知技術具有多方面優(yōu)勢，具體差別見下表。

表2：低空智聯(lián)網(wǎng)感知技術對比

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