基于北斗的通用航空服务平台项目可行性研究报告

ii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TOC\o"1-4"\h\z\u一、 项目概述 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〔2012〕24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。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SEQ图\*ARABIC1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）NavigationSatelliteSystem﹞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。项目研制背景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”。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〔2012〕24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。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。项目研制必要性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。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（AutomaticDependentSurveillance-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。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。项目研制意义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。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。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(FederalAviationAct)》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。国内外发展现状国外发展现状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,FlightServiceStation)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。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,FederalAviationAdministration)公布了第一个将GPS用于航路到非精密进近(NPA,NonPreciseApproach)飞行阶段的仪表飞行规则(IFR,InstrumentFlightRules)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，InternationalCivilAviationOrganization)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,GlobalNavigationSatelliteSystem)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ICAOGNSSSARPs，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GNSSSARPs中，如表1。表1ICAOGNSSSARPs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。国内发展现状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\o"空管"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。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20～12m，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2GNSS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。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“航科院”）在珠海航展上发布了由其自主研制的航行技术新产品RNP运行综合航电设备。该设备是基于北斗/GPS兼容型的机载卫星导航设备，将多功能显示控制组件（MCDU）、导航显示器（ND）、主飞行显示器（PFD）高度集成，使国产通用飞机具备RNP运行能力。该设备由航科院的航行新技术研究所研发，能够实现飞行计划制定、实际导航性能（ANP）计算、增强型近地警告（EGPWS）和横纵向导航显示等功能，可为飞行提供精确、可靠的定位和导航服务。自主研制的机载导航数据库，符合ARINC424规范，支持全部23种编码方式，具备全国所有机场的进场、离场、进近和航路的数据编码，可按飞行计划检索、组合；可显示飞机当前位置周围的导航台、航路点和机场信息。发布会现场，航行技术研究所所长何运成还展示了由航科院自主研发的RNP运行地面支持平台，该平台可为国产通用飞机的RNP运行提供导航数据库校验和RAIM可用性预测等服务。2012年，在榆林机场中国民用航空西北地区管理局、西安直升机有限公司和榆林机场共同进行了北斗卫星通用航空监视系统试飞，并取得圆满成功。2012年，由民航电信开发有限责任公司研发的通用航空定位监视设备在华彬天星公司的密云机场进行了直升机加载稳定性测试。设备加载在直升机上的飞行近1小时的测试结果令人满意。项目研制内容主要研制和示范应用内容研制目标本项目主要研制目标是通过采用北斗卫星导航技术、GIS技术、北斗短报文通信技术、数字多媒体技术和云计算等先进技术，研制多款适用于通用航空服务的机载终端设备，建设基于北斗的通用航空服务平台及其运行环境，在民航电信开发有限责任公司（以下简称民航电信）建立应用示范平台，可为军航航管部门、民航空管部门提供有效的监视手段,为各通用航空公司等提供相应的监视和管理手段。研制思路在分析当前国内通用航空存在的主要问题及其原因的基础上，充分考虑现有建设条件和我国北斗卫星导航系统的基础和技术优势，确定基于北斗卫星导航的通用航空服务平台的总体研制思路为：结合北斗卫星导航系统自身研制建设规划，通过自身力量组织团队研究和制定基于北斗短报文通用航空数据链协议规范，研制适用于通用航空监管的基于北斗系统的北斗/GPS多模定位和导航的三种终端型号产品；建立通用航空监视指挥中心服务平台；充分考虑未来通航领域的用户数量和运营服务快速发展，尝试采用先进的“云计算”和“云服务”的平台架构模式，构建通航数据中心，支持未来的三类“云服务”，即IaaS、PaaS、SaaS。进一步拓展北斗卫星导航技术的应用范围，规范和推动我国通用航空飞行器的统一管理和控制，实现通用航空飞行器信息资源的整合和交换，构建先进的通用航空公共管理服务体系和平台。研制内容及功能本项目主要研制的内容包括：研制三种适用于通用航空飞行器上使用的北斗/GPS多模终端及通用航空机载综合电子监控系统平台；开发适用于通用航空机载终端与服务平台之间的数据链协议，可适应远期我国通用航空网络系统的规划与建设，推动通航服务的规范化、产业化发展。研制一个适用于我国通用航空飞行器管理、监视、指挥，可提供增值服务，并能满足远期商业运营的统一的通用航空监视指挥中心服务平台。在民航电信搭建应用示范平台。研制通航专用的北斗/GPS多模机载终端研制成北斗/GPS、电子地图、多媒体等于一体的通航专用北斗/GPS多模终端机载终端，实时获取飞行器的位置、速度、状态等信息，实现自主导航，并将该类信息实时下传到地面监管中心；同时接收监管中心播发的飞行路径和目的地的气象信息、飞行情报信息、障碍物信息和一定距离之内其他飞行器信息，并将相关信息以图形或文字方式展示出来，实现安全导航。根据通航的需求，终端分为三个型号并在相应的终端设备上嵌入集成通用航空机载综合电子监控系统平台：型号I为便携式，实现位置监控，不具备显示屏，适合于后装市场一般监控管理用户，如航校、航空公司等；型号II为导航型，在满足监管要求的基础上，为飞行员提供的地图导航、气象、情报等信息，适合于后装市场高端用户，如航空公司、航空俱乐部、飞行器拥有者等；型号III为根据通航飞行器特殊型号或类型的定制产品，需符合飞行器仪表盘的各类接口要求和设计风格，并争取取得试航证，适合于前装市场，如飞行器制造商和飞机改装厂；通用航空机载综合电子监控系统平台，实现与飞行驾驶人员对飞行技术参数、导航信息、通讯数据、地理信息、飞行姿态、交通咨询、飞行计划任务、异常操作处理等的交互，而正确完成对应的安全飞行任务。系统平台嵌入于北斗/GPS的多模机载II、III型终端（PFD/MFD）。表3通航机载终端型号列表型号北斗/GPS模块北斗/GPS天线供电显示屏市场用户I有集成集成锂电池无后装航校、航空公司II有分体飞行器、蓄电池有后装航空公司、航空俱乐部、飞行器拥有者III有分体飞行器、蓄电池有前装飞行器制造商、飞机改装厂 开发适用于通用航空机载终端与服务平台之间的数据链协议通航数据链协议规范：基于北斗短报文的数据压缩与编解码算法的实现；基于北斗短报文的数据链协议规范、接口。研制通用航空监视指挥中心服务平台研制集通用航空飞行器动态位置信息采集、处理、监控、告警服务、展示，气象信息、飞行情报信息发布的一体化监视、服务平台，平台还能实现多种预警提示、偏航提示、情景回放和统计分析等功能。同时，平台面向各级管理机构和通航企业的统一的接口。主要建设内容包括：平台门户：用户登录；各服务入口；通航服务热点信息展示。计划管理：飞行计划申请、审批；飞行路线规划；人员及飞行器指派。监视指挥：在二维和三维地图上电子航图显示、浏览；高动态多目标位置信息数据采集、处理与存储；实时监视飞行器的位置、速度；机载设备状态跟踪与报警功能；实时飞行器偏航报警、区域报警；飞行器告警处理。增值服务：飞行器飞行路径和目的地气象信息和飞行情报信息发布；飞行器飞行路径气象预警计算；飞行器飞行路径障碍物预警计算；飞行器之间防碰撞预警计算；飞行路径设计与调整功能；统计与分析：飞行器和驾驶员的相关统计分析功能；通信量统计；费用统计管理。历史回放：飞行器飞行路径回放与情景再现功能。系统管理：用户管理（包括：军航航管部门、民航空管部门、航空公司等）系统权限管理；飞行器管理；驾驶员管理；系统设备管理。示范及推广应用模式该平台研制完成后将在民航电信搭建示范平台，并在华北地区以及东北林场和新疆生产建设兵团等地区开展飞行试验（华北地区及相关单位，在通用航空相关单位展开飞行试验），验证关键技术，优化产品和系统设计，完善系统功能，并进行市场推广方面的有益探索。通过基于北斗导航系统的通用航空服务平台的使用，进一步拓展北斗卫星导航技术的应用领域和服务模式，推动并促进通用航空在试验区域内的发展，规范通用航空企业的管理，强化对通用航空飞行器的导航和监视手段，保障通用航空飞行器的安全使用，促进通航产业的发展，带动北斗系统的应用推广。主要性能指标及先进性通航专用北斗/GPS多模机载终端北斗/GPS性能指标BDRDSS接收性能接收信号频率：2491.75±4.08MHz；接收灵敏度：-157.6dBW；捕获时间：首次捕获时间：≤2S；失锁再捕获时间：≤1S；任意两通道时差测量误差：不大于10ns（1σ）；接收通道数：10。BDRDSS发射性能发射信号频率：1615.68MHz±4.08MHz；发射信号频率准确度：优于5×10-7；发射信号EIRP值：方位角0°～360°，仰角20°～90°时，发射信号EIRP值5dBW；BPSK载波相位调制偏差：≤±3°；功耗：15W（北斗发射最大功耗）；待机功耗：0.5W。BDRNSS/GPS性能定位精度：水平≤5m，高程≤8m；测速精度：速度≤1m/s；首次定位时间：冷启动≤35s；热启动≤2s；重捕获≤2s。灵敏度：捕获-144dBm；跟踪-159dBm。串口输出波特率：48009600115200bps默认9600bps；数据更新率：1Hz。其他性能指标型号I：对外接口：USB、网口、蓝牙；指示灯：电源、数据收发、工作状态、电池容量；存储容量：2G；电源性能：内置5Ah以上锂电池，满足2小时以上飞行；物理指标尺寸：优于160x90x70mm；重量:优于1000g。型号II：对外接口：ARINC429、AFDX、RS232、RS422、RS485、HSDB、USB、SD、USB、网口、蓝牙；指示灯：电源、数据收发、工作状态；显示屏：1280x800；存储容量：2G；电源性能：18-36VDC；物理指标尺寸：优于180x120x50mm；重量:优于900g。型号III：对外接口：ARINC429、AFDX、RS232、RS422、RS485、HSDB、USB、SD、网口、蓝牙；指示灯：电源、数据收发、工作状态；显示屏：1280x800；存储容量：2G；电源性能：18-36VDC；物理指标尺寸：符合仪表盘安装；重量:优于900g。环境适应性工作温度：-40℃~+75℃；存储温度：-40℃~+85℃；相对湿度：95%（+25℃）。主要成果指标主要成果为：基于北斗/GPS的多模便携式I型终端；基于北斗/GPS的多模机载II型终端；基于北斗/GPS的多模机载III型终端；通用航空机载综合电子监控系统平台通用航空监视指挥中心服务平台服务平台性能指标系统存储能力系统具备存储12000个飞行器静态信息的能力。动态信息存储量应为15000个，保存期一年。系统处理能力系统应能实时处理500个飞行器，1分钟传输一次的飞行器动态信息的交换和存储。用户接入处理能力系统支持最大1000个访问用户，包括军航航管（军队部门不进行描述和细化）、民航空管（包括：空管局、各地区空管局、各运行保障单位等）、各通航航空公司、飞机租赁公司等，未来可扩展用户容量。飞行器动态信息处理能力系统能够并发处理大于等于500条/秒的飞行器动态信息，飞行器动态信息数据包丢失率不大于0.1%。系统响应时间系统响应时间应小于2秒（从本地操作指令发出到系统产生相应的反馈或结果时间定义为系统响应时间）。系统可靠性系统平均无故障时间：10000小时。其他性能指标指挥机性能指标北斗参数接收信号最低功率：-127.6dBm；误码率：天线输入端卫星信号电平为-154.6dBW时，接收信号误码率：1x10-5；接收通道数：6通道；天线波束宽度：水平方向0°~360°、垂直方向10°~70°；发射EIPR：12dBW≤EIPR≤19dBW；终端数目：≤1000个；电源性能：220VAC；环境适应性工作温度：-40℃~+65℃；存储温度：-45℃~+70℃；相对湿度：95%（+25℃）。主要成果指标研制的主要成果包括：通用航空监视指挥中心服务平台和通用航空服务平台数据链协议规范，具体成果如下：通用航空服务平台主门户；通航飞行计划管理子系统；通航监控指挥子系统；通航增值服务子系统；通航飞行统计与分析子系统通航历史回放子系统；系统管理子系统；通用航空服务平台数据链协议规范。项目研制方案技术方案总体方案设计总体建设思路基于北斗卫星导航的通用航空服务平台的总体建设思路为：依托我国自主研发的北斗卫星导航系统及其可靠的卫星通信网络，关注通航对于安全、容量、效率的要求，制订适合于通用航空的数据链协议规范，构建适合通用航空管理和监控的专用服务网络；基于通用航空数据链协议，研制可运行于通用航空网络系统，提供导航和监视功能的三种不同型号机载终端；以通航网络为中心，采用面向服务的系统架构思想和面向对象的、组件化的设计方法以及开放式的系统架构，构建一个适合我国通用航空管理、计划、审批、调度、监视、指挥、预警、气象服务等多种服务于一体的通用航空监视指挥中心服务平台；同时，可向企业用户提供基于Web的飞行数据服务，与企业其它的应用系统集成，拓宽通航应用领域；平台的研制充分考虑未来通用航空领域业务的飞速发展，采用“云计算”和“云服务”等先进平台设计理念，数据处理中心的软硬件可扩展，能满足今后用户数和终端数的快速增长，适应未来“基础设施即服务、平台即服务、软件即服务”等服务和商业运营模式。建设原则规划先行，统一标准和平台坚持“统一规划，统一标准，统一建设，信息共享，面向服务”的指导方针，平台的设计和采用的产品应遵循统一规范的业务流程、数据标准和接口协议，推进平台规范化、标准化建设以及通航服务网络系统的建设，为远期的通用航空服务产业化发展打下良好的基础。促进北斗的规模化和产业化应用集成北斗RDSS、北斗RNSS和GPS三种定位模式，在通用航空市场的规模化应用，有利于推动和促进北斗导航系统的应用。充分考虑先进行、开放性和扩展性建设通航公共服务平台通用航空服务平台是一个为通用航空行业提供公共服务的平台，提供公共服务的前提是构建服务信息的完备、开放与互操作的服务体系和服务环境，为企业和用户服务，并能创造更大价值。通航服务平台的建设不仅仅是定位在飞行安全报警、定位等初级应用阶段，还考虑实现与通航搜救、医疗救助、旅游、航空摄影、农林喷药等其它应用系统的信息共享，能够提供基于互联网、移动互联网的公共服务。因此本项目建设应从技术架构、数据标准、软硬件基础设施等多方面充分考虑系统的开放性、扩展性，为后续服务扩充奠定良好基础。本项目首先确保通用航空行业的特殊安全和管理需求，同时要服务于公众、服务于行业利益相关者、服务于政府宏观决策；基于互联网架构，融合云计算、云服务等先进技术，确保跨行业、跨系统、跨平台的数据共享。为远期提供智能化的通航公共云服务以及商业运营打下基础。尽量运用成熟产品与技术，保证系统的安全性、可靠性、可扩充性、易维护性和开放性，降低风险为了降低项目技术上的风险，要尽量使用经过市场检验的相对成熟的产品和技术。尤其是终端等硬件产品，不能像软件那样进行远程升级，产品的质量缺陷不能像软件那样通过远程下载的方式自动修复。本项目涉及北斗二代终端的设计、开发、生产和部署。在进行终端的开发过程中，需要对设计方案进行限制，使用成熟的技术、使用经过市场检验的芯片和板卡，确保终端的可靠性和稳定性。总体技术架构结合通用航空服务平台的总体建设思路和建设原则，该平台系统架构由基础设施支撑层、数据获取与接入层、数据处理层、基于SOA和云计算架构的平台支撑层和平台应用层构成。以系统基础硬件设备和操作系统软件为主体构成基础设施支撑层；以基于北斗的各型终端为主体构成数据获取与接入层；以系统管理、数据库管理和数据链通讯网关等子系统为主题构成数据处理层；以WebGIS服务、Web服务和各类基础组件为主体构成平台的基础服务支撑层；以通用航空计划、审批、调度指挥、监视、以及增值服务等应用子系统为主体构成平台应用层；以平台主门户为主体构成平台门户层；以信息安全体系、数据链协议规范和系统备份、恢复体系为主体构成平台支撑体系。它们相互联系，形成一个有机整体。通用航空服务平台的总体技术结构如图3所示。图3通用航空服务平台技术架构图基础设施支撑层基础设施支撑层是通用航空服务平台的基础保障，主要由机房、网络设备、存储设备、主机系统、安全保密系统、备份系统等硬件以及操作系统、数据库、应用服务中间件等支撑软件组成。机房及网络设备的建设要考虑后期的云计算的要求。网络：充分利用已有的网络资源，与已有网络相互兼容；网络系统安全可靠、可控制和可扩展，具有服务分类和服务质量保障能力；网络使用的IP地址分配遵循统一的地址规划。存储设备：应满足通用航空服务平台数据和资源存储要求。备份设备：应满足通用航空服务平台数据和资源备份要求。主机系统：应满足通用航空服务平台访问量及业务处理要求。支撑软件：应满足通用航空服务平台数据和资源应用系统开发要求，包括GIS服务器、数据库服务器、Web服务器以及虚拟化服务器等。数据接入支撑层数据接入支撑层是系统的信息资源产生者，主要体现为基于北斗终端系统的信息接收、信息处理、信息发送等功能设计。本层的物理设备为各类指挥机和通讯网络设备及其系统：大容量指挥机，实现大容量下属用户机的数据接收和发送外部网络数据接入，实现网络数据接入，如气象、情报等数据处理层平台的数据处理层包括：数据库管理、数据查询统计服务、数据链通讯网关等几个子系统组成。平台的所有数据信息通过数据中心的数据库管理系统统一存储、管理和维护；从数据链系统进入平台的网络数据需经过通讯网关的安全检查和核对才允许进入系统；平台的用户、终端、飞行器、指挥机等系统信息统一由系统管理子系统来管理和维护。基于SOA和云计算架构设计的基础服务支撑层基础服务支撑层主要包括：WebGIS平台、Web服务、消息发布与订阅服务、应用接口支撑服务等，共同构建起基于SOA和云计算架构的平台基础技术支撑体系。平台支撑层主要包括通用航空服务平台各子系统所涉及的相关基础组件、专业组件、实时消息的订阅和发布服务、Web服务和推送服务，是整个系统的应用技术骨架和技术基础，它为平台应用层中的各个子系统、模块及子模块提供应用功能支撑。基于北斗的通用航空服务平台应用层通用航空服务平台应用层主要包括通用航空计划、审批、调度指挥、监视、以及增值服务等全部应用系统，是平台的核心所在，主要包含在通用航空监视指挥中心服务平台中。本层也是对外服务层和展示层，为各级管理部门、通航企业、租赁公司以及个人用户等相关涉及通用航空服务应用的用户群体提供应用服务。基于北斗的通用航空服务平台门户通用航空服务平台的门户，支持单点登录和用户身份和权限认证，采用可扩展的框架，支持与通航服务、内容、人员及流程的交互，将多个应用系统和资源集中到唯一的入口来访问和管理，避免信息遗漏和松散分布问题，空管、军管人员，通航企业用户和合作伙伴、租赁公司或个人等可以以不同的角色，通过门户访问和管理相关信息和使用服务，能极大提高通航管理的效率。。通用航空服务平台的门户主要包括管理门户网站和服务门户网站：管理门户网站为管理人员提供系统管理、监控、分析、统计等功能。服务门户网站提供空管、军管、企业及个人用户等服务入口，各应用子系统的入口，通用航空服务信息综合查询、数据下载等功能。基于北斗的通用航空服务平台支撑体系平台支撑体系包含信息安全防护体系、平台数据链协议规范、容灾备份体系等，为通用航空服务平台的企业应用集成（EAI）提供行业规范和运行保障。平台数据链协议规范建设是通用航空服务规范化、产业化推广和建设的基础性工作，是各分系统、各终端设备以及通用航空服务网络之间实现互联互通、数据共享、业务协同和安全可靠运行的前提条件。安全保障体系侧重于平台系统和数据的立体安全防护，重点建设系统统一安全认证和授权管理体系，完善日志、审计等安全机制，建立健全用户审核与责任制度。容灾备份体系专注于数据、模型资源的备份和恢复。通航专用北斗/GPS多模机载终端该终端主要安装在飞行器上，实现数据采集和信息交互。本层的物理设备为各类终端及其系统：便携式I型终端，服务于后装市场一般用户，可通过蓝牙等通讯装置与移动设备的应用软件集成。机载II型终端，提供地图导航、气象、情报等信息，服务于后装市场高端用户。机载III型终端，服务于前装市场，如飞行器制造商。基于北斗卫星导航的通用航空服务平台的系统总体部署如下所示：图3系统总体框图在飞行器上安装北斗机载终端，通过内置的高精度北斗/GPS模块实现高精度定位，同时根据设定将位置、速度等信息发送到通用航空平台，实现空中数据的地面接收。在通用航空服务平台内，系统根据不同用户的监管要求，将实时数据发送到军管部门、民管部门、相关关联机构和个人，实现航空器的监管。同时，系统结合民航气象中心、数据中心等提供的信息，生成通用航空飞行服务数据，并通过指挥机发送到航空器上。通航专用北斗/GPS多模机载终端技术方案北斗/GPS多模机载I型终端技术方案终端组成北斗机载终端立足于我国北斗卫星导航系统（RDSS和RNSS），兼容GPS等其它系统，实现多个卫星导航系统的兼容及综合利用，可以大大提高卫星导航的可用度；另外通过采用最新的卫星导航定位技术成果，充分利用芯片化成果，在产品的可靠性、集成度方面取得突破性进展，更好地满足通用航空对于卫星导航定位通信终端产品的需求。机载终端型号I由北斗/GPS多模定位模块、嵌入式控制器模块、北斗/GPS多模天线模块、工作状态指示模块和锂电池模块及电量指示模块构成，组成框图见图4。图4机载终端I原理框图功能摘要考虑到系统的可扩展性、结合既往的经验和其它行业的经验，确定终端的功能、性能、组成如下表所示。表4机载终端I型功能列表功能类别功能标准型备注警示区域报警是终端故障提醒是定位跟踪当前位置上报是定时定距报位是按照配置参数约定的报位策略报位定位信息记录是历史定位信息上报是终端管理开机自检是注册与注销是远程参数设置是本地固件更新是本地参数设置是休眠是人机交互按钮是指示灯可选人工复位是信息采集IO数据否信息点播可选信息服务信息播报（TTS）可选信息上报是信息转发是信息记录是通讯北斗通讯是导航定位航程规划是定位和检索地址是航迹记录是导航配置信息是扩展功能蓝牙接口是功能描述警示终端触发警示时会立即向平台上传警示信息，并能接收平台指认取消警示。当平台依据飞行器上传的位置信息、状态信息或者安全监管需要向终端下指令时，可结合声、光等方式向飞行员警示信息。区域提醒：终端中存储有多个多边形或圆形区域，当飞行器飞入禁入区域时触发，监视区域可由平台远程设置；航线偏离提醒：终端可设置已申请的航线，每条路线是由航点构成的折线。当飞行器驶离设定的路线时触发，监控路线可由平台远程设置；终端故障提醒：当终端主机工作异常时触发，并上传至平台。定位跟踪当前位置报位：终端能接收平台的定位请求进行单次定位信息上传。定时定距报位：终端能接收平台的定位请求进行连续定位信息上传，并能按平台要求中止实时上报；定时定距报位可配置成定时报位、定距报位和定时定距报位三种模式。在定时定距报位模式下，距离、航向、时间三个因素只要有一个满足条件即可触发一次报位活动；定位信息记录：终端能提供实时的时间、纬度、经度、速度、高程和方向等定位状态信息，可存储到终端内部；历史定位信息上报：终端能接收平台的请求，将存储的定位信息上传到平台；支持多种触发方式：终端支持时间、距离间隔、方向或外部事件触发方式记录或上传定位信息。终端管理开机自检：终端通过LED指示灯指示机载终端当前主要状态，包括卫星定位及通信模块工作状态等。若出现故障，则通过信号指示故障类型等信息；注册与注销：可远程实现终端在平台注册和注销功能；远程参数设置：终端支持终端参数的远程设置和查询功能、终端的复位或恢复出厂设置功能；本地固件更新：终端支持本地方式固件更新功能；本地参数设置：终端支持终端参数的本地设置和查询功能、终端的复位或恢复出厂设置功能。人机交互终端具有人机交互功能，与飞行员进行信息交互。按钮:终端设按钮，用于选择定位模式；人工复位：提供人工复位按钮；常用信息显示：终端可以通过LED指示卫星信号强度。信息服务信息播报（TTS）：终端可以通过TTS的方式播报信息；信息上报：终端可以将信息上传至平台；信息记录：终端至少可存储所有信息类型的最近50条记录，可支持条件查询功能。北斗通讯能够存储已发短信、能够存储已接收短信、能够存储预设短信；导航定位航程规划：支持已申请航线规划。定位和检索地址：支持卫星定位当前位置。航迹记录：能够记录下航行轨迹。航迹管理：可以保存5条航迹信息，可用于快速调用一些常用的航迹。引导：偏航提醒：航行途中若偏离了申请的路线，系统会自动提醒。北斗/GPS详细信息显示：显示所在地经纬度、高程、速度、航向等信息。导航配置信息：支持导航配置信息的设置、显示。专属服务蓝牙接口：预留蓝牙接口。性能指标对外接口：USB、网口、蓝牙；指示灯：电源、数据收发、工作状态、电池容量；存储容量：2G；电源性能：内置5Ah以上锂电池，满足2小时以上飞行；物理指标尺寸：优于160x90x70mm；重量:优于1000g；环境适应性工作温度：-40℃~+75℃；存储温度：-40℃~+85℃；相对湿度：95%（+25℃）。北斗/GPS多模机载II型终端技术方案终端组成机载终端型号II由主机和北斗/GPS天线构成，其中主机包括北斗/GPS定位模块、嵌入式控制模块、触摸显示屏、电源模块、电子地图。在机载终端型号II设备上架构了通用航空机载综合电子监控系统，其原理框图见图5。图5机载终端II原理框图功能摘要表5机载终端II型功能列表功能类别功能标准型备注警示区域报警是终端故障提醒是定位跟踪当前位置上报是定时定距报位是按照配置参数约定的报位策略报位定位信息记录是历史定位信息上报是终端管理开机自检是注册与注销是远程参数设置是本地固件更新是本地参数设置是休眠是人机交互TTS交互手段可选按键是信号灯可选LCD显示屏是人工复位是常用信息显示是信息采集IO数据否信息点播可选信息服务信息播报（TTS）可选信息显示是信息上报是信息转发是信息记录是通讯北斗通讯是导航定位航程规划是定位和检索地址是航迹记录是语音引导可选一键导航可选北斗/GPS信息显示是导航配置信息是功能描述警示终端触发警示时会立即向平台上传警示信息，并能接收平台指认取消警示。当平台依据飞行器上传的位置信息、状态信息或者安全监管需要向终端下指令时，可结合声、光和文字等方式向飞行员警示信息。区域提醒：终端中存储有多个多边形或圆形区域，当飞行器飞入禁入区域时触发，监视区域可由平台远程设置；航线偏离提醒：终端可设置已申请的航线，每条路线是由航点构成的折线。当飞行器驶离设定的路线时触发，监控路线可由平台远程设置；终端故障提醒：当终端主机工作异常时触发，并上传至平台。定位跟踪当前位置报位：终端能接收平台的定位请求进行单次定位信息上传。定时定距报位：终端能接收平台的定位请求进行连续定位信息上传，并能按平台要求中止实时上报；定时定距报位可配置成定时报位、定距报位和定时定距报位三种模式。在定时定距报位模式下，距离、航向、时间三个因素只要有一个满足条件即可触发一次报位活动；定位信息记录：终端能提供实时的时间、纬度、经度、速度、高程和方向等定位状态信息，可存储到终端内部；历史定位信息上报：终端能接收平台的请求，将存储的定位信息上传到平台；支持多种触发方式：终端支持时间、距离间隔、方向或外部事件触发方式记录或上传定位信息。终端管理开机自检：终端通过LED指示灯指示机载终端当前主要状态，包括卫星定位及通信模块工作状态等。若出现故障，则通过信号指示故障类型等信息；注册与注销：可远程实现终端在平台注册和注销功能；远程参数设置：终端支持终端参数的远程设置和查询功能、终端的复位或恢复出厂设置功能；本地固件更新：终端支持本地方式固件更新功能；本地参数设置：终端支持终端参数的本地设置和查询功能、终端的复位或恢复出厂设置功能。人机交互终端具有人机交互功能，与飞行员进行信息交互。按钮:终端设按钮，用于选择定位模式；LCD显示屏：终端设LCD显示屏，用于人机交互；人工复位：提供人工复位按钮；常用信息显示：终端可以通过LCD指示卫星信号强度。信息服务信息播报（TTS）：终端可以通过TTS的方式播报信息；信息上报：终端可以将信息上传至平台；信息记录：终端至少可存储所有信息类型的最近50条记录，可支持条件查询功能。北斗通讯能够存储已发短信、能够存储已接收短信、能够存储预设短信；导航定位屏幕颜色显示模式：分白天和黑夜两种模式。POI服务：用户可在电子航图上追加POI。航程规划：支持已申请航线规划。定位和检索地址：支持卫星定位当前位置。航迹记录：能够记录下航行轨迹。航迹管理：可以保存5条航迹信息，可用于快速调用一些常用的航迹。引导：偏航提醒：航行途中若偏离了申请的路线，系统会自动提醒。北斗/GPS详细信息显示：显示所在地经纬度、高程、速度、航向等信息。导航配置信息：支持导航配置信息的设置、显示。性能指标对外接口：ARINC429、AFDX、RS232、RS422、RS485、HSDB、USB、SD、USB、网口、蓝牙；指示灯：电源、数据收发、工作状态；显示屏：1280x800；存储容量：2G；电源性能：18-36VDC；物理指标尺寸：优于180x120x50mm；重量:优于900g；环境适应性工作温度：-40℃~+75℃；存储温度：-40℃~+85℃；相对湿度：95%（+25℃）。北斗/GPS多模机载III型终端技术方案机载终端型号III与型号II在硬件性能指标与软件平台架构上是一样的，关键在于主机模具设计和环境指标上，而且型号III需要取得试航认证。要满足机载环境指标，必须从设计上就开始重视，需考虑以下几点：选择工业级的元器件及模块合理设计PCB，避免大功率期间相互干扰机壳设计要考虑屏蔽，分仓电路设计、机械设计要符合适航标准避免干扰其他设备或者被干扰为了取得适航证，还需进行各项测试和环境试验。通用航空机载综合电子监控系统技术方案嵌入并集成于机载终端型号III与型号II上的通用航空机载综合电子监控系统利用分布式计算机技术和航空总线结构与其他机载电子设备进行集成，并具有信息获取、数据传输、数据处理和信息输出的综合性、信息共享电子系统。通过多路传输数据总线，依据信息获取、传输、处理和输出的过程，对机载分系统数据信息进行综合，并完成飞行和火力控制、导航、外挂物管理、发动机等系统状态监控任务。通用航空机载综合电子监控系统的逻辑结构示意图如下： 通用航空机载综合电子监控系统应用软件的功能设计分类如下：飞行装备管理飞行预警：系统警报、交通通告、地形测量与报警、高度警戒、低海拔通告、最低下降速度、最低高度、雷达测高仪等；飞行指示：空速指示器、姿态指示器、测高仪、垂直速度指示器、垂直偏差指示器、水平位置指示器、航向偏差指示器等；飞行数据：温度、风向、垂直导航等；异常处理：导航异常、姿态异常等。发动机指示管理发动机/变速箱：发动机机油压力与温度指示器、变速箱机油压力与温度指示器等；发动机参数：动力涡轮转速、转子速度、发动机扭矩、发电机转速、压缩机转速、涡轮空气温度等。通信导航应答管理通信：控制频率显示、收发器选择、收发器调谐与自动转换、频率间隔、自动噪音与音量控制等；应答：应答器模式与控制、应答器编码、唯一标识码发送等；导航：导航选择、接收机调谐与自动切换、飞行航迹与路线等。飞行任务管理地图信息：飞行计划标识、航点与航向跟踪、地形规模与数据、障碍物信息、机场/航路/空域、助航设备与地形、地图指针信息、风向/风速、飞机位置标识、导航范围、燃料范围等；导航状态：地面速度/空速、最低安全高度、跟踪角度及误差、交叉跟踪误差、垂直速度需求、方位/航路/航迹、预期航轨与续航能力、航路安全高度、预计到达时间/预计航程时间、燃料极限目的地等；航点信息：领航控制照明、低海拔图数、可用服务、噪音消减程序、迫近方式、交通模式高度、天气（服务、类型、频率、电话等）/近进（途径与频率）、助航信息、跑道参数与障碍物、机场信息、位置/频率、飞行服务站等；出行规划：航道/路程资料、预计飞行时间/预计到达时间、飞行安全高度、目的地日出/日落时间、出发时间/空速校准/指示高度规划、燃油效率/持续时间/剩余燃料/剩余时间/燃料需求等；飞行计划：飞行计划建立/存储/编辑/查询/导入/导出、反向飞行计划、航道偏移、航点/航线/飞行过程管理等；飞行规程：出发过程、到达过程、近进过程等。设备预警管理：设备上电自检与报警、设备启动自检与报警、设备周期自检与报警等。飞行日志管理：飞行记录、操作异常、故障记录等。航图信息管理：航图数据库装载与更新。通用航空机载综合电子监控系统开发平台：操作系统：VxWorks/WindowsCE测试环境：Tornado/WindowsCE士大夫开发工具：C&C++/Ada通用航空监视指挥中心服务平台技术方案通用航空监视指挥中心服务平台是基于北斗的通用航空服务平台的核心组成部分，与通航机载终端一起，为通用航空服务平台的稳定运行提供有力的技术支撑。系统组成通用航空监视指挥中心服务平台主要由：基础设施支撑层、数据接入层、数据处理层、基础服务支撑层、平台应用层、平台门户层、平台支撑体系等组成。其中平台门户层和平台应用层提供用户人机界面和业务功能，其他层提供核心业