基于北斗的通用航空服务平台项目可行性研究报告.docx

基于北斗的通用航空服务平台北京国泰星云科技有限公司2013年2月目 录一、项目概述1(一)项目研制背景及必要性21.项目研制背景32.项目研制必要性5(二)项目研制意义81.推动自主卫星导航系统的民用和产业化82.为低空开放提供有效空域管理和服务保障手段93.促进通用航空事业发展，带动北斗系统应用推广10二、国内外发展现状11(一)国外发展现状111.通用航空的发展现状112.卫星导航在民航中的应用12(二)国内发展现状131.通用航空的发展现状132.GPS在民航中的应用153.北斗在民航领域应用的探索17三、项目研制内容18(一)主要研制和示范应用内容181.研制目标182.研制思路183.研制内容及功能19(二)主要性能指标及先进性221.通航专用北斗/GPS多模机载终端222.通用航空监视指挥中心服务平台25四、项目研制方案27(一)技术方案271.总体方案设计272.通航专用北斗/GPS多模机载终端技术方案333.通用航空监视指挥中心服务平台技术方案42(二)关键技术及技术途径501.“云计算”技术502.机载终端高度集成技术503.基于北斗的数据压缩和传输格式514.飞行器位置判定、障碍物告警和飞行器危险接近告警算法52(三)项目研制基础及可行性分析541.项目研制基础542.项目可行性分析55(四)项目研制进度及实施周期61五、项目投资预算62(一)项目总投资及预算依据62(二)项目年度投资计划63六、项目组织实施方案64(一)项目组织和分工641.研制单位642.试验单位64(二)项目人员组成64(三)项目实施步骤651.启动阶段652.规划阶段653.实施和监控阶段654.验收阶段66(四)项目管理661.质量管理662.进度管理673.经费管理69七、项目推广应用的社会与经济效益70(一)项目推广的社会效益分析701.拓展北斗卫星导航系统的应用领域702.促进自主卫星导航产品替代进口产品，并将自主产品推向国际市场703.为低空空域管理提供新思路，推动新政策法规的研究与制定714.加强我国通航及相关产业的综合实力71(二)项目推广的经济效益分析721.直接经济效益722.间接经济效益72ii一、 项目概述2010年11月14日,国务院、中央军委下发的关于深化我国低空领域管理改革的意见，明确提出：积极稳妥推进低空空域管理体制改革，最大限度盘活低空空域资源，促进通用航空事业健康有序发展。低空空域是通用航空飞行活动的主要区域，进一步深化低空空域管理改革，是大力发展通用航空、公务航空、私人飞行、航空旅游和繁荣航空业的重要举措。2012年7月8日，国务院正式发布关于促进民航业发展的若干意见（国发201224号），这是建国以来国务院发布的第一部指导民航业发展的重要文件，其突出了民航业的战略性产业定位。其中明确指出：加大低空空域管理改革的力度，大力发展通用航空。国家把通用航空摆上了国家战略发展的地位，这也是国家对通用航空科学正确的定位。这些强烈的政治信号和“破冰政策”改变了我国通用航空的命运，预示着中国通用航空产业革命风暴已经到来，使人们看到了低空空域有序开放后通用航空发展的辉煌前景；同时，也对于通用航空飞行器的低空空域管理和服务的技术体系和相关应用系统提出了新的要求。卫星导航定位系统是国家重要信息基础和战略设施，对于保障国民经济的正常发展和国家安全至关重要。我国政府已经将发展自主卫星导航系统视为涉及国家安全和国计民生的战略国策，并列入“十二五”规划中，各级政府高度重视北斗发展，从政策和资金等方面给以大力扶植。2012年12月27日，北斗卫星导航系统新闻发言人、中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其宣布，北斗系统在继续保留北斗卫星导航试验系统有源定位、双向授时和短报文通信服务基础上，开始向亚太大部分地区正式提供连续无源定位、导航、授时等服务。同时，冉承其公布了北斗系统的服务性能、标志图像、组织管理等详细情况，发布了北斗系统空间信号接口控制文件（ICD）正式版。北斗卫星导航系统区域系统的正式应用，为通用航空采用国产自主知识产权的卫星导航系统提供了必要条件。本项目基于通用航空对于低空空域管理和服务的多种需求，采用北斗卫星导航系统终端设备对通用航空飞行器进行实时定位和远程监控，并结合地面信息提供相关服务，提出了建立基于北斗的通用航空服务平台的系统方案。该系统充分发挥北斗系统在定位和通讯两个方面功能兼备的优势，切实提升通用航空的低空空域管理能力和服务质量，实现北斗系统在通用航空领域的应用及产业化推广，该项目的需求迫切，应用前景广阔。(一) 项目研制背景及必要性通用航空是民用航空的重要组成部分，是指除军事、警务、海关缉私飞行和公共航空运输飞行以外的航空活动，包括从事工业、农业、林业、渔业和建筑业的作业飞行以及医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋监测、科学实验、教育训练、文化体育等方面的飞行活动。其在民航中的所属分类见如下图所示。图 1 民用航空分类图通用航空飞行活动的主要区域是低空空域。在我国，低空空域是指高度在1000米以下的非管制空域。可以认为，在国际民航组织的空域分类标准中，低空空域对应于除了A类(绝对管制空域)，B、C类(进近管制空域)，D类(机场管制地带)等公共运输航空主要使用的空域，以及特殊用途空域(如军航训练空域、空中禁区、限制区和危险区)之外的所有空域。通用低空空域是国家空域体系的重要组成部分。北斗卫星导航系统BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。系统按照“三步走”的总体规划，“先区域、后全球，先有源、后无源”的总体发展思路分步实施，形成突出区域、面向世界、富有特色的北斗卫星导航系统发展道路。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三大部分组成。空间段由5颗GEO卫星和30颗Non-GEO卫星，地面段由主控站、注入站和监测站等30余个地面站组成，对星座实时业务管理。用户段为用户自行开发的接入设备及应用系统。系统提供授权、公开、广域差分、位置报告等四种服务。1. 项目研制背景1) 我国通用航空快速发展随着我国经济持续快速增长，我国通用航空快速发展。2011年我国通用航空年作业飞行量为502731小时，比2010年增长259.7%。截止2011年底，通用航空器1154架，比2010年增加144架，增长14.3%。登记注册的通用航空公司和公务机公司共有94家，与2010年相比增加了41家。通用航空收入35461万元。在未来十年，通用航空或迎来爆发式增长，并将带动相关产业链的迅猛发展。据通用航空业发展报告预测，到2015年底，通用航空器将净增1124架，达到3000架，其中直升机净增71架，教学校验用飞机将净增518架；到2020年，通用航空器将增加到9000架，比2010年增长8倍。通用航空必将成为我国经济结构调整中的“新兴增长点”。2) 国家不断推进中低空开放改革随着通用航空产业规模的日益扩大，应用领域的不断拓展，飞行种类的日益增多，飞行需求将渐趋旺盛。对低空空域的需求与俱增，将对低空空域管理和服务提出更高的要求，国家不断出台相关政策以推进低空空域的改革。2010年11月14日，国务院、中央军委印发关于深化我国低空空域管理改革的意见，指出未来将推进低空空域向民航客、货运输以外的通用航空活动开放。意见指出，我国低空空域开放将经历试点、推广和深化三个阶段，并提出加强低空空域管理配套设施建设，完善通用航空服务保障体系以及加强低空空域飞行安全监控和管理等主要任务和措施。民航“十二五”规划中也特别强调，要做好低空空域管理改革配套工作，修订通用航空飞行管制条例，构建低空空域法规标准体系，在深化沈阳、广州飞行管制区试点的基础上，2015年前在北京、兰州、济南、南京、成都飞行管制区推广改革试点，并在中南、东北地区进行通用航空综合改革试点工作。民航局承诺在2015年以前，将在全国范围内推进中低空空域改革，初步形成全国一体化的中低空空域运行管理和服务保障体系。2012年7月8日，国务院正式发布关于促进民航业发展的若干意见（国发201224号），这是建国以来国务院发布的第一部指导民航业发展的重要文件，其突出了民航业的战略性产业定位。其中明确指出：加大低空空域管理改革的力度，大力发展通用航空。国家把通用航空摆上了国家战略发展的地位，这也是国家对通用航空科学正确的定位。这些强烈的政治信号和“破冰政策”改变了我国通用航空的命运，预示着中国通用航空产业革命风暴已经到来，使人们看到了低空空域有序开放后通用航空发展的辉煌前景。据相关统计，截止到2012年1月，开放的中低空空域试点地区面积已占全国陆地空域面积的31.6%。但是，低空空域管制是导致我国通用航空发展滞后的重要原因之一。过去，由于我国低空空域受军方管制，飞行管理体系严格，加之通用航空器制造落后、机场建设落后、飞行员短缺、运营配套服务落后等问题，我国通用航空业一直裹足不前。因此，国家要求要做好推进低空空域管理改革的配套工作，在低空空域管理领域建立起科学的基础理论、法规标准、运行管理和服务保障体系，逐步形成一整套既有中国特色又符合低空空域管理改革发展特点的组织模式、制度安排和运行方式。3) 北斗系统已正式向亚太区域提供服务卫星导航定位系统是国家信息化建设的重要基础设施，是直接关系到国家安全和经济发展的关键技术支撑系统。我国高度重视卫星导航应用产业的发展，并将其作为促进产业结构优化升级的重要途径和手段。北斗卫星系统是我国自主研制建设的卫星导航定位系统，具有快速定位、双向简短报文通信和授时三大功能。系统具有网络覆盖范围广、数据传输稳定可靠、用户终端建设周期短等优势，可有效解决偏远地区、海上和空中等特殊应用的远程数据传输、位置监测等难题。系统除了军事应用外，同时也具有广阔的民用领域应用价值。如可广泛应用于物流（公路运输、船舶运输、铁路运输、化学危品监管）、海上作业、空中监管、水文测报、森林防火、环境监测等众多行业。2012年12月27日，北斗卫星导航系统新闻发言人、中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其宣布，北斗系统在继续保留北斗卫星导航试验系统有源定位、双向授时和短报文通信服务基础上，开始向亚太大部分地区正式提供连续无源定位、导航、授时等服务。同时，冉承其公布了北斗系统的服务性能、标志图像、组织管理等详细情况，发布了北斗系统空间信号接口控制文件（ICD）正式版。随着北斗系统的研制和建设，北斗系统在民用领域应用的大规模产业化条件日益成熟，迫切需要与之配套的民用产业化发展措施和行业应用做支撑，以保证我国自主卫星导航应用产业的持续发展。为此，迫切需要开辟行业应用市场，建设面向民用服务领域的专业化示范应用系统已成为社会各界的共识，这也必将对我国卫星导航的总体发展起到重要的推动作用。 2. 项目研制必要性1) 低空开放需要有效空域管理和良好服务保障目前，国家正在进行的“低空空域管理改革”是逐步进行低空领域的开放。但是，不等于低空放开。低空空域被分为管制空域、监视空域和报告空域三类。特别是管制空域，其通常划设在飞行比较繁忙的地区，如机场起降地带、空中禁区、空中危险区、空中限制区、地面重要目标、国（边）境地带等区域的上空。在这个空域内的一切空域使用活动，必须经过飞行管制部门批准并接受飞行管制。因此，国家在低空空域管理方面，将进一步采取的完善相关管理法规、不断加强监控手段和评估监督体系建设。同时，通用航空器飞行高度相对比较低、体积小、飞行速度相对较慢，探测、识别以及防御起来比较困难。如果管理不当，低空航空器或不明飞行物就很难控制，甚至可能导致低空飞行杂乱无章、事故频发。如1987年5月13日，西德青年鲁斯特，驾塞斯纳单发飞机，从芬兰赫尔辛基起飞，低空飞入前苏联领空，直飞首都莫斯科并降落在红场上。又如2000年年初，一名美国人，驾租用的塞斯纳-172飞机，超低空飞行145千米，躲过古巴雷达探测，闯入首都哈瓦那，并撒下传单。还如2010年2月18日，一名美国软件工程师，驾单引擎4座小飞机撞击得克萨斯州国税所，致使大楼损坏严重。我国也有类似事件发生，1999年，华联航空俱乐部的一架滑翔机从昌平莽山起飞，中途改变方向，最终降落在天安门广场。这些事例，都充分说明低空空域管理不当，可直接危及重要目标安全和国家主权的问题。低空飞行的防相撞任务也十分艰巨。据统计，2002年至2005年，在我国主要航路附近，失控气球影响民航飞行事件高达70余起。其中，严重影响飞行安全的近20起。如2003年6月5日，温州机场附近突然出现不明气球，导致部分航班备降其它机场，十余个飞往温州的航班被迫取消。又如2004年3月10日，武汉管制区航路上出现一个巨型气球，致使4架航班改变航线绕飞。还如 2010年5月19日，在河北保定，某通用航空公司未经申请，擅自执行防虫作业，闯入空军某机场空域，致空军军事训练飞行被迫停止。类似这样的很多事例，都是在空域管理部门严密管控下出现的安全问题。如果“低空放开”，实现“海阔凭鱼跃、天高任鸟飞”的梦想，那么低空飞行必将杂乱无章，事故频发。对国家来说，空防安全、重要目标安全也就无从谈起。同时，通用航空的应用也需要良好的公共服务体系，以提高低空资源的利用效率。以美国的飞行服务站为例，飞行服务站属于空管设施，负责全美飞行总量75%以上的通用航空飞行，并提供飞行情报等服务，有效减轻了空中交通管制系统负荷，为通用航空发展做出了巨大贡献。目前，其飞行服务站的服务范围覆盖全美所有空域，主要功能是实现了飞行计划、气象等数据的自动处理和传输。而我国这样的服务机构尚属空缺，飞行计划、气象等数据自动化处理和传输的能力还不完善，无法向航空飞行器提供及时、有效的服务信息。2) 现有监视手段难以满足通用航空飞行器的监管要求现阶段，我国航空管制部门常用的监视手段多为针对高空空域飞行的运输航空飞行器进行开发研制的，缺乏对低空空域的通用航空飞行器的跟踪监视手段。通用航空器机载设各简单，飞行高度低，现行航空管制保障手段无法对其进行实时跟踪监视，雷达“看不到”，无线电“联不上”的问题突出。这种现状不仅严重影响了国土防空和飞行安全，还严重制约着低空空域的开放和通用航空的发展。运输航空飞行器的常用监视手段多为一/二次雷达。一次雷达监视利用无线电脉冲反射，由雷达收回加以处理和显示，在显示器上只能显示一个亮点而无其他数据。二次监视雷达由地面询问机和机载应答机配合而成，采用的是问答方式，能够在显示器上显示出标牌、航班号、高度和运行轨迹以及其他一些特殊编号。雷达监视能够比较精确的监视飞行器，缩小了飞行间隔，提高了空域利用率。但是由于我国幅员辽阔、地形复杂，而通用航空飞行器飞行高度低，在低空空域经常出现“雷达覆盖不到”现象，管制部门难以准确掌握其飞行动态，容易出现“失控”现象。同时，对于造价相对低廉的通用航空飞行器而言，二次雷达应答机造价高昂，用户难以承受。而且，一/二次雷达需要布设地面雷达站，投资巨大，建设周期较长，维护困难。ADS-B是广播式自动相关监视的英文缩写（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）,是无线电技术在航空监视上的新应用,即利用空对地、空对空数据通信完成信息传递的一种新技术。其是在自动相关监视(ADS)、防撞系统(TCAS)和场面监视的基础上，综合其三者的特点提出的一种监视技术，作为未来主要的航空监视手段之一，已成为ICAO新航行系统方案中一个重要组成部分。近几年来，国内一些机场及地区进行了的通用航空ADS-B监视技术的尝试和探索。2011年10月16日，中国民航大学朝阳飞行学院完成了第一架训练飞机的相应改装工作；2011年10月18日，由中国民航自主研发的ADS-B（1090ES）监视设备在朝阳机场完成了安装调试工作；2011年10月26日进行了验证飞行。目前，成都双流机场、丽江机场以及成都九寨、成都拉萨航路上已经相继完成了ADS-B系统建设，并投入实际生产运行。但是，采用ADS-B技术，关键在于选择新的空-空、地-空数据链系统。因此，通用航空飞行器上的通讯设备难以满足要求。在其他地空通讯和监控技术方面，国内一些高校及企业研究了基于GPRS/商业卫星通信的和GPS定位监视系统。试验发现GPRS通信受高度限制，大约在600m以上高空信号中断，出现了“通信够不着”的盲区，不能与地面监控中心通讯。管制部门也难以准确掌握其飞行动态，亦容易出现“失控”现象。采用商业卫星通信，机载设备需要增加卫星MODEM等设备，设备本身的成本就很高，而且运营成本也很高，难以满足通用航空飞行器的要求。可见，低空开放急需研发新的应用系统和平台，在满足合理成本的前提下，适应低空应用地形复杂等需求，实施有效的管制和提供良好的服务。3) 中国民航自主通航服务平台需要采用自主的北斗系统随着北斗正式提供区域服务，我国自主研发的北斗卫星导航系统的应用技术逐渐成熟，其应用领域已十分广阔。除了传统的大地测量、车辆和船舶等交通应用外，也开始渗透到许多崭新的应用行业，并显示出勃勃的生机。通用航空飞行器作为一个新兴的快速发展的领域，必将成为北斗民用产业化的重要领域和突破口。特别是北斗卫星导航系统具备短报文通信功能，其基于卫星的通信，不存在“通讯够不着”的问题，可作为可靠的数据传输链路，而且成本低，适合通航定位和通讯功能兼备的需求。北斗系统将通过定位信息采集、飞行监视和安全预警为低空域开放提供有效的监视手段，促进低空域深化改革，推动相关政策法规的出台，从而提高空管部门的管理和服务水平。因此，利用我国自主研发北斗系统，建立一个低成本的定位+通信监视服务平台，为通用航空器提供有效的管理，与民航气象中心、数据中心结合为通用航空提供优质的飞行服务。该系统将推动北斗在我国通用航空领域中的深入应用，既符合行业发展的趋势，也必将有效扩大北斗系统的应用范围，提高其市场知名度，为促进我国北斗的民用产业化发展奠定市场基础、发展提供契机。综合上述现状分析，本项目的研制和实施非常必要。(二) 项目研制意义1. 推动自主卫星导航系统的民用和产业化卫星导航应用产业已成为21世纪全球信息产业中发展最快的产业之一，在西方发达国家已产生了巨大的经济效益。近年来，我国卫星导航技术的应用得到快速发展，卫星导航应用产业显示了勃勃生机。第一代北斗导航系统作为我国自主研发的区域卫星导航系统，为我国国防建设做出了突出的贡献。同时，北斗系统在民用领域也有着广阔的应用空间。随着北斗系统在亚太地区的正式提供服务，其大规模产业化的条件将日益成熟。美国、加拿大、澳大利亚和巴西的成功经验表明，通用航空产业是卫星导航的重要应用领域。本项目以通用航空服务平台为突破口，为空管部门和通航企业用户提供实时有效的飞行器监视、跟踪、气象信息采集与发布和管理信息化支持，必将促进北斗系统应用与现代空管服务的快速融合，从而实现北斗卫星导航定位技术在我国通用航空领域的深入应用，为北斗系统民用市场的开发创造条件、积累经验，促进我国自主卫星导航应用的产业化发展。国家相关部门也可以通过本项目的典型示范来引导行业发展，通过进一步的深化应用来促使北斗系统在行业应用的普及，从而推进我国卫星导航应用的产业化。2. 为低空开放提供有效空域管理和服务保障手段目前，对于通航飞行器的监视手段多为二次雷达，部分地区采用了ADS-B技术作为试点，而通用飞行器飞行高度相对比较低、体积小、飞行速度相对较慢，对于低、慢、小的飞行目标探测、识别以及防御，对于现行的监视工具而言都是比较棘手的问题。我国通用航空的迅猛发展，空域使用与空域管制之间的矛盾更加突出。血的教训警示我们，维护空中秩序、确保安全飞行是必不可少的工作。当下，我国通用航空飞行还存在不少薄弱环节，如飞行范围广、高度低，飞行区域地理条件差异大等问题，大多数通用航空器机载设备差，不能及时、准确通报本机位置。另外，协同查证处置环节多，空管部门没有对低、慢、小航空器强制管理权限等问题也比较突出。因此，从促进通用航空发展的角度来看，低空空域监管极其重要。关于深化我国低空空域管理改革的意见中指出：深化低空空域管理改革的基本原则之一是加强科技创新，完善技术保障；坚持从国情军情出发，借鉴国际相关标准规范和先进理念，加大技术攻关力度，加强技术引进和消化吸收再创新，努力提高技术保障能力和自主可控水平。基于北斗的通用航空服务平台正式依据这一原则建设的，本平台采用我国自主研发的北斗系统，可为通用航空器提供导航和监视技术、气象服务、飞行情报服务、安全预警服务。本系统提供低成本的监管设备，飞行器上无需加装昂贵的二次雷达应答机，地面上也无需提前搭建雷达台站或ADS-B地面基站。系统可以实现对低空飞行的飞行器进行全天候、不受地形影响的监视。同时，系统还可以为飞行器提供防碰撞预警，从而实现对低空活动的监视，确保低空开放的秩序和安全。本系统使用北斗卫星导航系统中的短报文通信功能，在系统的覆盖区域内进行双向短报文通信，这是其他系统所没有的创新性功能。通过卫星通信的北斗短报文服务，可以很好地解决超低空飞行器位置和飞行情报信息的传输，解决ADS-B系统中数据链覆盖不全的问题，从而成为ADS-B数据链的有益补充。同时本系统的机载终端预留与ADS-B系统的接口，为未来ADS-B系统应用提供了硬件支撑，减少了ADS-B系统的投资。3. 促进通用航空事业发展，带动北斗系统应用推广低空空域导航监管体制是影响低空空域开放速度和应用效率的关键因素，所以亟需建立一个实用的通用航空服务平台系统，为低空空域深化改革保驾护航。在空域通用航空监督管理方面，美国国家级法律联邦航空法(Federal Aviation Act)明确规定“公民享有空域使用的自由权利和接受空域导航服务的权利”。国外的先进经验是在完善的空域分类划设和管理基础上，建立综合有效的通用航空运行管理和保障服务体系，搭建起通用航空活动发展的良好空域环境和运行管理服务机制。我国已于2010年颁布了关于深化我国低空空域管理改革的意见，加快深化低空空域管理，以促进通航产业的发展繁荣。本系统可以为通用航空提供导航和监视，同时也为通用航空飞行提供管理和保障平台。随着系统逐步搭建和成熟，可以促进通用航空产业的发展，推动通用航空空域环境和服务保障体系的完善。本系统将直接带动卫星导航定位产业链上各环节的规范化和产业化，形成从运营商到地图制造商、信息提供商、终端制造商以及软件企业的完整体系，凝聚和整合行业优势资源，培育良性发展的北斗卫星导航应用环境，带动自主卫星导航服务产业的发展，进而推动中国现代通用航空服务业的快速发展。二、 国内外发展现状(一) 国外发展现状1. 通用航空的发展现状通用航空相对发达的国家包括美国、加拿大、澳大利亚、巴西等。以美国为例，现有通用航空飞机22万多架，占全球通用航空飞机的近70%，每年飞行时间超过2800万小时，运载超过1660万乘客。有供通用航空器使用的机场、直升机起降机场17500个。通用航空每年给美国经济带来超过1500亿美元的收益，超过GDP的1%，同时提供超过126.5万个就业机会。全境内有将近4000个完善的通用航空机场对外运营，相比之下的定期航线仅在不到500个机场内运营。其中公务飞行占美国通用飞机飞行总小时2/3。同时，通用航空飞行也是成为商业航班飞行员的最主要训练途径，美国已把通用航空运输作为民航新的运输发展战略，并认为是高速交通的第四次革命。通用航空发达国家的经验显示，通用航空产业的人员、航空器、机场数量以及飞行时间等远高于运输航空。还是以美国为例，美国的通用航空器占民航航空器的97%，通用航空机场占全国各类机场的96%，飞行员占全国飞行员的60%，飞行时间占民航总飞行小时的80%。除了航空器、机场数量以及飞行时间外，通用航空服务也很成熟。通用航空服务保障体系是指为通用飞机飞行和通用航空运营提供加油、维修、气象、航线申报等服务保障机构的总称，由通用航空机场、固定运营基地、飞行服务站和维修站等组成。通用航空的飞行服务站(FSS, Flight Service Station)类似运输航空公司的“运控中心”，为通用航空提供最广泛的飞行服务，包括气象、飞行计划、飞行支援等。美国目前约有180个飞行服务站（FSS）和58个自动飞行服务站（AFSS）。通用航空的经营者通常通过计算机网络预先输入申请的方式，向FSS申报飞行计划，私人飞行可到FSS当面申报，或以电话、空中传递、空地对讲等方式申请。在美国任何地方拨打1-800-WXBRIEF，都可以全天24小时获得自动化飞行服务站的飞行前天气简报。FSS向公众提供的航空气象讲解服务比任何其他相关政府服务机构提供的都要多，包括飞行前和飞行中天气讲解、对空天气广播、定时和不定时气象广播以及天气咨询等。2. 卫星导航在民航中的应用1994年2月17日，美国联邦航空局(FAA, Federal Aviation Administration)公布了第一个将GPS用于航路到非精密进近(NPA, Non Precise Approach)飞行阶段的仪表飞行规则(IFR, Instrument Flight Rules)运行许可。卫星导航系统具有的实时性和高精度特性，使飞机在飞行过程中能够进行连续和准确地定位，可以降低飞机对地面无线电导航设备的依赖，使飞行航路不再受地面建台与否的限制，从而降低航路侧向和垂向间隔、减少飞行时间、增加飞行密度、提高空域利用率，实现真正意义上的航路设计任意性。在GPS和GLONASS系统搭建初期，美国和前苏联并没有制定卫星导航系统在航空中的应用。随着系统功能不断完善和扩展，两国相继出台了相关政策，以促进卫星导航系统在航空中的应用，并向国际民航组织(ICAO，International Civil Aviation Organization)做出了承诺。在这种情况下，ICAO接纳了GPS和GLONASS，并逐步建立了全球卫星导航系统(GNSS, Global Navigation Satellite System)概念和关于GNSS在民用航空应用的标准和建议措施（SARPs）。这些标准和建议措施成为GNSS民航应用的基本规范。各国民航管理部门和工业界围绕ICAO GNSS SARPs，结合用户和自身需求，分别制订了有关GNSS地面与机载设备的技术、适航、校验和运行标准。GNSS民用航空应用的基本需求被定义在GNSS SARPs中，如表1。表1 ICAO GNSS SARPs中规定的GNSS性能需求1983年，ICAO提出了新航行系统（CNS/ATM）概念，其核心之一就是基于全球卫星定位系统的卫星导航。随着新航行系统的实施，一系列基于卫星导航的新技术，如RNP/RNAV、ADS等相继出现并得到应用，大大推进了现代航空运输系统的发展和变革，为新一代空中交通管理系统的出现奠定了技术基础。自2005年以来，为应对当前航空运输快速发展的形势和满足未来航空运输业的需求，ICAO、美国和欧盟等提出并加紧推进新一代航空运输系统的规划和实施工作。美国提出了下一代空中交通运输系统（NGATS），欧洲提出了欧洲单一天空计划（SESAR），美国的GPS卫星导航系统和欧洲的伽利略卫星导航系统是其核心基础之一。卫星导航定位系统能够为航空器提供全球性的、实时的、高精度的导航定位信息和精确的授时服务，摆脱了对地面导航设施的依赖，彻底解决了荒漠地区、地理条件恶劣地区和洋区航空飞行的导航定位问题，使装备卫星导航机载设备的航空器具备了全时域、全地域的连续的自主导航定位能力。使用卫星导航和适当的增强技术手段，可以非常经济地实现全飞行阶段的精确导航；可以使航路规划摆脱地面导航设施因素的束缚而得以优化；与航空数据通信技术而衍生出的自动相关监视(ADS)技术相结合，可以实现飞机与地面、飞机与飞机的协同监视，在提高管制员对空监视能力的同时，实现飞行员对空中交通态势的掌握，为实现以飞行员自主保持安全间隔、主动选择飞行航迹的“自由飞行”奠定了技术基础，构成了新一代空管系统的特征。由此可见，卫星导航定位在目前航空导航领域中得到了广泛应用，并成为新一代航空运输系统（新一代空管系统）的核心技术基础。(二) 国内发展现状1. 通用航空的发展现状近年来，我国通用航空快速发展，飞行总量年均增长达10以上，随着经济持续快速发展和人民生活水平的不断提高，预计今后10年间我国通用航空年均增长将达到15以上。行业规模日益扩大，应用领域不断拓展，飞行种类日益增多，飞行需求渐趋旺盛。2011年我国通用航空年作业飞行量为502731小时，比2010年增长259.7%。截止2011年底，通用航空器共1124架，其中通用航空飞机、直升机总数为801架（飞机677架，直升机124架），比2010年净增加94架；热气球及飞艇6具。通用航空机场68个，通用航空临时机场（起降点）329个，总数为397个。通用航空收入35461万元。截止2012年3月，民航全行业持有效飞行驾驶员执照的飞行人员共16126人。其中，通用航空飞行人员2237人。截止到2012年7月底，全国持有通用航空经营许可证的企业为140家，排队待批筹建的企业超过100家。已批准开展筹建工作的单位32家。已办理非营业性通用航空活动登记的单位14家，自然人2人。低空空域是通用航空活动的主要区域，中央、国务院、中央军委十分重视发展航空业和做好空管工作，在军地双方的共同努力下，我国空域管理不断改进，空域资源逐步得到有效利用，在经济会发展和国防建设中发挥了重要作用。我国空域的主管部门是国务院、中央军委空中交通管制委员会（简称国家空管委），负责领导全国的空中交通管制工作。民航管制部门负责航路上的空中交通管制指挥，以及航线上的空中交通管制服务。航路以外的空中交通管制工作由军航管制部门负责。中国民航空管系统现行管理体制为民航局空管局、地区管理局空管局、空管中心（站）三级管理。民航总局空中交通局主管民航航路内的运输航空管制，军航运输航空在航路上飞行也接受民航管制；全国划设飞行情报区九个：北京、上海、广州、武汉、兰州、沈阳、昆明、乌鲁木齐和台北。在大陆地区设高空管制区28个，中低空管制区37个。军航在全国分为七大区域管制中心：北京、沈阳、兰州、济南、广州、成都、南京。各区域管制中心分别领导若干分区管制中心，分区管制中心分别领导若干机场管制中心目前，民航的通用航空管理在业务上接受注册归属地的民航地区管理局的行政管理，包括飞机引进、维修、飞行员注册、执照审验等，社会化管理主要接受当地行政主管部门管理，如工商注册与审验、人员的社会化保障、安监、消防、税务等。按照中华人民共和国飞行基本规则、通用航空飞行管制条例的规定：通用航空飞行活动均应履行飞行管制的申报、审核、批准程序。2003年施行的通用航空飞行管制条例提出了一次申请、可长期使用的“临时空域”概念。可见，对通用航空的飞行管理相当负责，涉及军民航多个部门，若需要跨区调机或作业，甚至需要分别与四五个军民航管制、机场、气象等部门协调，周期长、手续杂。2. GPS在民航中的应用目前，我国民航客机已经基本装备了全球卫星定位系统GPS卫星导航设备，将GPS用于中国民航，在东部地区作为辅助导航系统，可提高导航精度，避免再对陆基导航系统进行投资；在西部地区可作为主用导航系统，提高导航精度、航行安全和飞行效率，克服在西部边远地区建台困难和依靠惯性导航系统误差大的难题。民用航空是对安全性要求极高的部门，无论将GPS作为辅助航空导航系统还是作为主用航空导航系统，除了导航精度外，还必须满足完好性要求。对于GPS作为辅助航空导航系统，美国联邦航空局对GPS精度和完好性提出明确要求，如表1所示。表2 作为辅助航空导航系统时对GPS精度和完好性要求由表2可知，GPS水平定位精度在有SA条件为100m（2drms），取消SA后为2012m，能满足所规定的要求。但是，GPS系统远不能满足表2所规定的完好性要求。航空导航系统完好性是定义为系统因故障或超差导致不能用作导航系统时，系统应向用户及时发出告警的能力。GPS系统卫星发出的导航电文中向用户提供了完好性信息，但有些系统故障主控站要经过半小时甚至几个小时才能发现，这对于民用航空应用是不允许的。为保证GPS系统完好性满足民用航空导航系统要求，美国FAA、欧洲及其它发达国家研究了多种增强GPS系统完好性的方法和技术途径，以保证GPS系统完好性满足作为航空导航系统要求。为了满足民用航空对导航系统的要求，我国民航于2005建立了完好性增强系统，即GNSS完好性监测系统。GNSS完好性监测系统主要由三部分组成：地面监测部分，地空数据通信链路和机载GPS卫星完好性信息接收单元。GNSS完好性监测系统初步建立了GPS卫星完好性地面监测试验系统，系统设立了7个监测站和一个主控站，监测站分别建立在北京、哈尔滨、上海、三亚、昆明、拉萨和乌鲁木齐，主控站也设立在北京，地面通信链路采用民航帧中继网，监测系统可以覆盖全国空域的90%。目前GNSS完好性监测系统正在正常运行中。图2 GNSS完好性监测系统组成框图GNSS完好性监测系统为我国北斗卫星导航系统完好性监测积累的很多宝贵经验，为今后北斗应用于民航进行了技术储备。3. 北斗在民航领域应用的探索卫星导航系统是重要的空间信息基础设施。我国高度重视卫星导航系统的建设，一直努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航系统。2000年，首先建成北斗导航试验系统，使我国成为继美、俄之后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。该系统具备定位和短报文通信功能，已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域，产生了显著的经济效益和社会效益。特别是在2008年北京奥运会、汶川抗震救灾中发挥了重要作用。为更好地服务于国家建设与发展，满足全球应用需求，我国启动实施了北斗卫星导航系统建设。目前，我国正在实施北斗卫星导航系统建设。2012年9月11日，北斗（上海）位置综合服务平台和上海北斗导航及位置服务产品检测中心（筹）启动建设；2012年12月27日，北斗卫星导航系统正式提供区域服务，已具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力；2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务，包括开放服务和授权服务两种方式。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户，提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。随着北斗系统的快速建设，民航领域也不断开发基于北斗的应用系统。2012年11月14日，中国民航科学技术研究院（简称“航