论设置无人机统一数据链路的必要性

2019-02-21 13:59:59 by 责任编辑

来源:中国民航报

近年来,随着无人机技术的飞速发展,无人机产业在我国也蓬勃发展起来。由于无人机具有成本较低、无人员伤亡风险、生存能力强、机动性能好、使用方便等特点,越来越多的产业应用不断出现,如空中拍摄、农林植保、电力巡检等领域已经大范围地使用无人机代替传统的通用航空器从事相关作业活动。随着无人机保有量日益增长,普及度的逐渐提升,无人机已经成为继传统通用航空器之后,我国低空空域的主要使用者。但由于其“低慢小”的特点,难以被雷达发现,对于无人机飞行的监视就成为我国低空空域监视的主要难题。为了进一步规范无人机飞行,民航局于2017年下发了《民用航空低空空域监视技术应用指导意见》,以加强对低空空域通用航空活动的监视服务能力。本文主要在对目前各类主体开发的低空监视技术分析的基础上,讨论设置无人机统一数据链路的必要性。

无人机发展现状

1.产业应用前景广阔

2016年出台的国务院《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》中提出要加快发展多用途无人机和工业无人机,大力推动民用无人机的商用化进程。最新数据显示,我国从事无人机整机及其紧密零部件研发和生产的企业超过1200家。2017年,我国民用无人机产量达290万架,同比增长67%。预计未来5年~10年,无人机应用于农林植保的市场份额有望达到400亿元,电力巡检和油气管道的市场份额有望分别达到10亿元、18亿元。可以说,无人机产业应用前景是十分广阔的。

2.“黑飞”频发

随着无人机飞行的大量开展,无人机在民用机场净空保护区内飞行,扰乱正常航班运行的情况经常见诸报端,特别是2016年、2017年,无人机“黑飞”“扰航”事件频频发生,引起了民众的担忧与政府的重视。据统计,2016年北京首都机场发生了6起无人机“扰航”事件;2017年前两个月,深圳宝安机场、四川绵阳机场、浙江萧山机场等先后发生了10多起无人机进入净空区的事件。无人机在没有取得飞行许可的情况下进入限制区内飞行,往往带来严重安全隐患。因为在这种情况下,空中交通管理单位,依靠现有的设施设备不能及时发现其违规飞行,无法对正常运行的航班提前预警。

“黑飞”监管的痛点

1.没有管理规则

对于传统的通航飞行,有明确的管理规则。根据《中华人民共和国飞行基本规则》,对于通航飞行,其首先是要向军方申请飞行空域,然后向空中交通管理部门报送飞行计划,之后才可以组织飞行。在飞行过程中,空中交通管理部门可以通过机载应答机、地面雷达等设备实时监控通用航空器的运行。可以说,传统通航运行一直处于空中交通管理部门的实时监视之下,在与有人机产生冲突的时候可以预警,从而确保运行的安全。对于无人机来讲,目前还没有相应的管理规则明确其飞行活动的受理程序和标准。

2.“看不到”

一是由于无人机体积较小,飞行速度较慢,飞行高度低,空中交通管理部门传统的空中监视设备无法通过主动监视手段侦测到其运行,所以对其运行动态无法掌握。二是无人机不像传统的航空器均配备了应答机,导致空中交通管理部门也无法通过被动监视手段监视其运行。由于缺乏有效的监控手段,目前对于各类“黑飞”事件的查处主要是依靠举报,所以对无人机“黑飞”的管理难度很大。由于缺乏低空监视手段,军民航管制单位包括地方公安部门也将“低慢小”航空器列为管制的难点和重点,制定了相应的管理办法,严格控制其飞行计划、飞行区域和飞行时段。

各类监视手段分析

目前,我国对于运输航空的监视主要依靠雷达、ADS-B达到对机场、进近、终端、航路飞行的监视目的。对于通用航空飞行,特别是300米以下的低空飞行活动,尚无主要监视手段。对于低空监视所遇到的问题,目前社会各类主体开发了多种监视手段以满足军民航管制部门对无人机运行监视的需要,主要包括以下几种。

1.广播式自动相关监视(ADS-B)

ADS-B全称是AutomaticDepen?dentSurveillance-Broadcast,即无须人工操作或者询问,可以自动地从机载GPS或者惯导等设备上获取参数,通过机载应答机向其他飞机或地面站广播飞机的位置、高度、速度、航向等信息,以供管制员对飞机状态进行监控。根据《民用航空低空空域监视技术应用指导意见》要求,其采用1090兆赫扩展电文(1090ES)为唯一数据链,系我国对低空空域监视应用的主要技术手段。其具有建设成本低、精度高等特点,可以降低航空器的间隔标准,优化航路设置,增加空域容量,提高航空安全水平。但ADS-B设备体积较大、重量较重,安装在传统航空器上没有大的影响,但不适合安装在无人机这类轻型航空器上。

2.GPS卫星定位+移动通信网络(无人机云)

民航局2015年出台的《轻小无人机运行规定》对无人机云有明确定义,指出其负责对民用无人机运行数据(包括运营信息、位置、高度和速度等)进行实时监测。要求具有有效的空地C2(CommandandControldata6link,指令与控制数据链路,是指无人机和控制站之间为飞行管理之目的的数据链接)链路,确保接入云系统的无人机能实时上传飞行数据。这是目前大多数无人机运行企业采取的监视手段,无人机自动从机载GPS获取相关参数,通过移动公网即手机网络向地面站发送无人机的位置、高度、速度、航向等信息,以供地面站监视人员对飞机状态进行监控。这一手段成本较低,只需要在无人机上加装一个SIM卡或类似装置即可。但是如果无人机飞到没有移动信号覆盖的区域,就无法对其进行监视。在我国的国土面积中,沙漠占27%,森林占18.21%,再加上一些乡村、海岛,仍有大量地区存在手机信号盲区。此外,如果无人机在地震灾害过后通信基站遭到破坏的地区飞行,也无法实施监视。

3.GPS卫星定位+移动通信网络+民用无线电

针对无人机云的缺点,有的厂商开发了“GPS卫星定位+移动通信网络+民用无线电”模式,这种模式的信息发送与无人机云相同,只是将民用无线电频率作为地空数据链路的补充,采用民用无线电作为信息传递载体。具体来讲,即在移动信号覆盖不到的地方建设基站,形成基站网络,无人机在此区域运行时通过民用无线电将无人机位置、高度、速度、航向等信息发送到最近的基站,基站再通过无线电将信息逐步传回基地控制站,从而达到基地控制站对无人机运行的监视目的。这种模式弥补了无人机云的缺陷,但是由于使用的是民用无线电频率,容易受到干扰,特别是在城市内运行,电磁环境复杂,干扰源较多,监视不够稳定。此外,民用无线电频率传输距离有限,如果采用这种方式的话,需要建设大量的基站,建设成本较高。

4.卫星定位+北斗短报文(GNSS+RDSS)

这种模式是构建以北斗短报文数据为基础的低空监视系统,采用“GPS+北斗卫星”进行定位,通过北斗短报文进行相关信息传输。北斗短报文优势明显,能够定位,也能显示发布者的位置。其主要依靠北斗卫星进行数据传输,可以在普通移动通信信号不能覆盖的情况下,比如地震灾害过后通信基站遭到破坏或者无人区、海洋等没有移动信号覆盖的地区进行通信。但是北斗短报文每次只能发布140个字的信息,发布的信息量有限,且发布频率为60秒一次,无法满足《轻小无人机运行规定》中“Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ和Ⅶ类的民用无人机在人口稠密区报告频率最少每秒一次;在非人口稠密区报告频率最少每30秒一次”的要求,不适用于无人机监视。

设置统一数据链路的必要性

民航局2017年发布的《无人机适航管理路线图》明确指出,“要制定无人机指令控制链路审定标准,确定无人机指令控制控制链路(飞控)的性能和安全性治标”。可以看出,数据链路的安全性对无人机的安全运行和低空监视是至关重要的。

经过上面的分析,我们可以看出,首先,军民航管制单位对于无人机运行的监视需求是巨大的,有必要建立一个低空监视网络以确保低空飞行的安全。其次,各种监视手段目前均无法完全满足对无人机监视的需求,应制订一个完整的解决方案。再其次,各种监视手段的差异主要在于数据链路差异,为无人机设置统一的数据链路是必要的。

综上所述,为无人机设置统一的数据链路是满足我国低空监视网络建设的必然需求,也是确保我国无人机产业更快更好发展的必然要求。