星载ADS-B的新进展

近年来,航空业迅速发展,年均航班次数达到30 亿且仍然在持续增长。由此带来的跟踪和监视问题日益凸显,安全、环境、效率、准确预报、可靠性、搜救等成为热门问题。例如MH370 飞机的失事,暴露了飞机航行中尤其是远洋航行中的安全漏洞,对航空监视技术提出巨大挑战。星基ADS-B利用卫星平台搭载ADS-B接收机,可对全球飞机进行监控,是有效解决此类问题的办法。

依托ADS-B对全球飞机进行监控的概念图(来自Aireon公司)

太平洋标准时间2019年1月11日上午7:31(UTC时间15:31),SpaceX Falcon 9火箭从加州范登堡空军基地发射升空,将最后10颗铱星NEXT卫星送入近地轨道(LEO)。Aireon宣布第八次也是最后一次成功发射和部署irdium-NEXT卫星星座。这次发射使在轨的Aireon有效载荷总数达到75个(66个有效载荷和9个备用)。

二代铱星在轨概念图

二代铱星搭载了Aireon天基自动相关监视广播(ADS-B)有效载荷,从此进入全球空中交通监视和飞机跟踪新时代。Aireon是世界上第一个100%全球覆盖的航空交通监视系统。与现有的飞机监视和跟踪基础设施不同,Aireon系统使用了基于卫星的ADS-B技术,这使得它能够自动和实时地收集飞机位置数据。随着对全世界飞行路径(包括偏远和海洋空域)的全方位覆盖,整个行业将获得显著的直接和间接好处,如安全性提高、飞行路线更高效、到达和起飞预测更准确、应急响应时间更快,减少飞机间隔,减少二氧化碳排放等。

二代铱星搭载的ADS-B实测报文更新间隔达到了6秒

Aireon每月处理超过130亿条ADS-B信息(约656万条/星/天),预计随着全球航空业的发展,这个数字可能还会增长。但受新冠疫情的影响,今年的航空业大受打击,目前还未看到Aireon的最新航空相关的数据分析。

那么国内星基ADS-B当前状况如何?国内最早也是做得最好的是“天拓”系列卫星。2015年发射“天拓三号”卫星,实现国内首次星载ADS-B信号接收,每天可收到约40万条ADS-B报文。2020年8月发射的“天拓五号”卫星,每天可收到约340万条报文。

二代铱星搭载的相控阵ADS-B载荷,可形成7个波束,以避免信号冲突

国内外相比较,可看出还有很大差距。其中主要原因有两条:一是二代铱星采用了相控阵七波束形式,而国内还止步于单机单波束阶段;二是依托铱星迅速完成了全球组网,可谓后来居上。虽然国内这两年有不少消息要构建全球物联网星座,如“行云”、“鸿雁”、“虹云”等工程,但始终停留在发一两颗试验星的阶段。

众所周知,航空监管关系国计民生和国防安全。发展星基ADS-B是必然的趋势,而相控阵和全球组网是必不可少的手段。

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