低空经济概论 课件 第三章 民用航空器飞行管理技术体系

低空经济概论3.1民用航空器飞行管理民用航空器定义共同点：两类活动均属于民用航空，均须接受适航、运行和空域监管。我国《民航法》对“民用航空器”进行了界定：“本法所称民用航空器，是指除用于执行军事、海关、警察飞行任务外的航空器。”民用航空通常划分为两大应用体系，分别是商业航空运输类和通用航空类。民用航空器民用航空器商业航空运输类通用航空类商业航空又称公共航空运输，是指利用航空器开展经营性客货运输的航空活动。作为运输活动的一部分，它构成了交通运输体系中的重要分支，与铁路、公路、水路及管道运输共同组成了国家综合交通运输系统。商业航空主要承担定期客运和货运航班任务在通用航空领域，我国《通用航空飞行管理条例》对通用航空作出了定义：所谓通用航空，是指除军事、警务、海关缉私飞行以及公共航空运输飞行以外的航空活动。对象面向航空器及其部件、系统整体，不能只看某一个设备是否正常。适航性的定义航空器在其预期运行环境和使用限制下，能够持续满足设计安全标准、制造工艺规范以及维护可靠性要求的综合能力。条件持续性适航性依据预期运行环境、使用限制和经批准的设计要求进行判断。贯穿设计、制造、审定、运行和维修，必须持续保持安全状态。持续适航设计适航关注设计符合性，制造适航关注生产一致性，持续适航关注使用维修阶段的安全保持制造适航设计适航适航分类适航性系统性、安全性、国际化。特性中美两国通过《中美适航实施程序》等双边协议美国的《联邦航空条例》欧洲航空安全局（EASA的《审定规范》《中国民用航空规章》CCAR-25部（运输类飞机适航标准）、CCAR-33部（航空发动机适航规定）国际上国际适航标准协同的实践中国适航标准发展适航标准实现适航审定、生产制造与运行维护全流程的高效衔接与风险控制适航性标准适航性标准国际上主要的适航标准体系及国内适航标准的发展美国联邦航空法规欧洲航空安全局（EASA）审定规范《中国民用航空规章》（CCAR）初始适航与持续适航

初始适航管理持续适航管理核心阶段交付前交付后管理目标确保航空器设计安全、制造合格确保航空器始终处于安全可用状态管理对象设计、制造过程使用、维修过程责任主体设计机构、制造厂航空公司、维修单位、营运人、飞行员适航当局角色审定与批准监督与检查核心证件型号合格证、生产许可证、适航证适航证的延续、维修许可证、运行规范主要工作型号合格审定、生产许可审定、单机适航检查维修监督、适航指令管理、运行监督、改装/修理审批管理焦点建立安全的初始状态维持安全的持续状态型号合格证（TC）针对一种型号设计：证明批准的型号设计符合适用适航要求。对象：一种型号。作用：批准型号设计。生产许可证（PC）针对生产体系：证明能够持续制造符合批准设计的产品。对象：一家生产组织。作用：批准生产体系。适航证（AC）针对一架具体航空器：交付时处于适航状态并可按限制运行。对象：一架具体航空器。作用：确认交付状态。证件逻辑：一种型号，一家生产组织，一架具体航空器三类典型证件不要混淆空域定义空域本身具有资源性、安全性和动态性的特点空域是指地球表面以上，可供航空器飞行的空气空间，涵盖从地面到大气层顶部的广阔范围。也是具有公共资源、安全保障和国家主权属性的重要战略资源。空域空域分类根据飞行类型、安全需求、管制方式等，制定差异化的运行规则，使不同用户在各自空域内安全高效运行。空域分类依据《国家空域基础分类方法》，我国空域根据航空器飞行规则、性能要求、空域环境、空管服务内容等，划分为7大类。性质空域类别主要划设范围/高度管制空域A标准气压高度6000米(含)至20000米(含)B1.民用运输机场上空2.根据不同跑道数量设置不同的结构C1.建在有塔台的通用航空机场上空2.通常为半径5千米、跑道道面—机场标高600米（含）的单环结构。D1.标准气压高度高于20000米2.A、B、C、G类空域以外，可根据运行需求和安全要求选择划设为D或E类空域E空域分类性质空域类别主要划设范围/高度非管制空域G1.B、C类空域以外真高300米以下（W类除外）2.平均海平面高度低于6000米、对民航公共运输飞行无影响的空域。WG类空域内真高120米以下的部分空域非管制空域并不代表没有运行规则。航空器使用人、操控人员和运行单位仍需根据航空器性能、气象条件、任务性质和周边环境承担相应的安全责任。骨干航路网络不同航空器的性能特点和飞行阶段，对空域进行垂直方向上的分层使用空域分层使用划设禁区、限制区和危险区特殊空域大型枢纽机场规划复杂的终端区空域终端（进近）空域庞大的管制区划分为若干个较小的管制扇区扇区规划空域规划连接主要城市对、枢纽机场的骨干航路体系安全保障、效率最优、灵活性、军民融合、环境保护五大基本原则功能性空域：为特定运行组织空间飞行情报区高空管制区中低空管制区终端（进近）管制区机场塔台管制区机场管制地带等待区域航路特殊区域特殊空域与限制条件禁区：在规定时间和范围内禁止航空器飞行。限制区：航空器飞行受到规定条件限制。危险区：在特定时段可能存在影响飞行安全的活动。识读重点：边界、高度、有效时间、活动性质及进入条件空域类别与功能性空域是两种不同的划分方式。空域类别侧重说明管理和服务等级；功能性空域侧重说明具体用途.功能性空域空域类别与限功能性空域IFR与VFR：两套运行依据飞行管理飞行规则仪表飞行规则IFR目视飞行规则VFR主要依靠仪表、导航和管制服务运行，适用于复杂天气和高密度交通。适用：复杂天气和高密度运行。依托：仪表、导航、管制许可与间隔以目视观察为重要依据，必须满足相应气象条件并保持安全间隔。适用：满足目视气象条件的运行。要求：保持目视观察和规定安全间隔。选择飞行规则时，应综合气象、空域、航空器能力和管制服务条件。目视气象条件VMC飞行高度范围能见度距云水平距离距云垂直距离平均海平面高度3000米以上≥8千米≥1500米≥300米900米（或真高300米）至3000米≥5千米≥1500米≥300米900米以下（或真高300米以下）≥5千米云外飞行云外飞行VMC不是“天气看起来不错”，而是能见度、距云距离等条件同时满足规定飞行计划的具体内容飞行计划审批

计划类型定义适用范围提交时限定期飞行计划按固定班期时刻执行的飞行计划航班运输飞行长期备案不定期飞行计划非固定时刻的临时性飞行计划通用航空、公务飞行等飞行前规定时间特殊飞行计划涉及特殊任务或区域的飞行计划专机、科学实验、救灾等按特殊规定飞行计划审批是连接飞行规则与实际运行的关键环节，是实现空域资源高效、安全分配的核心手段飞行计划审批

飞行类型审批单位飞出/飞入中国领空中国人民解放军空军批准飞行管制区间的飞行负责该管制区的飞行管制部门民用航空定期航班按规定航路、航线、班期时刻执行民用航空不定期运输国务院民用航空主管部门批准，须向空军备案通用航空飞行按有关规定报批，向当地飞行管制部门申请(1）飞行申请内容。（2）审批单位:据飞行类型不同，实行分级审批体系（3）飞行计划变更。分级审批情况飞行管理服务保障通信导航监视作用：实现航空器、管制和保障部门的信息传递。典型信息：许可、位置报告、告警与协调指令。作用：提供位置、航向和航路引导。典型能力：位置确定、航向保持和航路引导。作用：掌握航空器位置、状态和航迹。典型输出：目标位置、速度和运行态势。指令与状态信息传递定位与航路引导目标发现与航迹监视通信、导航和监视共同回答：如何联系、如何定位、如何掌握运行态势。气象与航行情报同样关键航空气象提供风、云、能见度、雷暴等信息，支撑放行、航路与备降决策。应用：放行决策、航路选择、备降判断和危险天气规避。航行情报发布空域、航路、机场、设施状态及临时变化等运行信息。应用：了解空域、机场、航路和设施的当前状态与临时变化。气象与航行情报共同支撑放行、航路选择、备降和运行调整。天气信息支撑放行、航路与备降判断空域、航路和设施状态形成运行依据飞行管理服务保障案例闭环：一次通航飞行如何获准并安全实施确认航空器及人员具备相应资质→识别任务涉及的空域与限制条件→选择IFR或VFR并核对气象条件→编制、申报并协调飞行计划→接受通信、导航、监视、气象和航行情报保障课堂任务任选客运、通航作业或应急飞行，补全五个管理环节→→→→准入：适航管理证明并持续保持航空器安全资格。资源：空域分类和功能划分组织不同航空活动。规则：IFR/VFR与飞行计划把运行需求转化为可执行秩序。保障：通信、导航、监视、气象和航行情报共同支撑安全。核心闭环：航空器—适航—空域—规则—计划—服务。课堂小节

一条主线：民用航空器全生命周期安全；两类活动：商业航空与通用航空；三类适航：设计、制造、持续适航。空域分类、运行规则、计划审批和服务保障共同构成飞行安全闭环。课堂作业作业一：任选一个客运、通航作业或应急飞行情境。标出航空器适航、空域使用、飞行规则、计划申报和服务保障五个环节作业二：说明每个环节的主要责任与风险点。300字以内说明。3.2—3.3无人驾驶航空器飞行与空域管理技术导学无人机“能起飞”不等于“可以飞”学习民用航空器空域管理规范后，本节课需重点转向人、机、空域、任务分别需满足什么条件？管理重点从单纯看重量，转向综合评估“飞什么、在哪里飞、怎么飞、风险多大”。如何发现、识别、定位并阻止违规进入？民用无人驾驶航空器性能等级分类微型小型轻型中型大型民用无人驾驶航空器运行分类性能等级与运行风险共同作用《民用无人驾驶航空器运行安全管理规则》对无人驾驶航空器管理进行了说明：所有在中华人民共和国境内从事飞行活动的民用无人机，其所有人必须在“民用无人驾驶航空器综合管理平台”进行实名登记，取得实名登记号后方可激活使用。当所有人、联系方式、无人机用途、部分性能参数等发生变更需及时更新。另外，无人驾驶航空器需要取得适航证书。开放类特定类审定类典型特征风险较低，在规定条件和限制内运行。空域使用与申请流程要求适飞空域时，无需申请，直接飞行；进入管制空域，必须通过UOM平台提交飞行活动申请，经审批后方可飞行。三类运行类别典型特征风险高于开放类，需要进行风险评估并取得相应许可。空域使用要求可申请使用管制空域、临时空域及划设的无人机航线。典型特征风险较高，对航空器、营人和人员提出更严格的审定要求。空域使用要求严格按审定空域、航线运行，涉及融合空域时，需满足最高等级的间隔和通信要求。按照《民用无人驾驶航空器运行安全管理规则》要求，民用无人驾驶航空器的运行分为开放类、特定类和审定类三类。运营主体、航空器、任务目的、时间、区域、高度、航线和联系方式准备主体、航空器与任务信息UOM飞行活动申请提交时间、区域、高度和航线等申请系统校验空域条件与冲突风险获得批准并按要求实施运行动态报告状态，异常时及时调整或终止申请信息无人机空域管理技术体系架构图3.3-1无人驾驶航空器空域管理技术架构（教材原图）读图要点上层：飞行活动申请与运行管理中层：态势感知、识别与风险判断下层：雷达、光电、频谱等探测手段“申请—监视—预警—处置”闭环“低、慢、小”目标为何难发现？易受地物遮挡与地面杂波影响。低空无人机探测技术因此，专门针对低空空域的无人机探测技术应运而生，形成了以低空雷达探测系统、低空光电探测系统和低空频谱探测系统为核心的多元化、协同化低空无人机探测检测体系。低速度特征可能接近鸟类或背景运动目标慢雷达反射面积小、可见特征弱小低空无人机探测技术雷达发射电磁波并接收目标回波，可估计距离、方位及运动特征。覆盖范围较大，可连续监视并形成空域态势小目标回波弱，低空杂波与复杂地形会影响检测。适合承担广域搜索，再与光电、频谱手段协同确认。雷达探测低空雷达探测系统作为低空无人机探测与反制系统的核心组成部分，主要包括雷达头、显控终端、电源分机。雷达头由天馈分机、伺服控制系统、射频收发单元及综合控图分机等组成。原理适用低慢小目标雷达设备指标数据雷达频段Ku波段（16.01—17.018GHz）扫描方式方位机扫＋俯仰频扫探测距离≥5千米最低目标速度1米/秒近距离盲区≤200米读参数时重点关注：覆盖距离、低速目标能力、扫描范围和近距离盲区低空无人机探测技术低空光电探测系统基于光学成像原理，通过对目标反射或辐射的可见光、红外等波段电磁波进行捕获与处理，实现对低空目标的探测、识别与跟踪。具备优异的隐蔽性，不易被目标察觉或干扰的特点。夜间及恶劣天气条件下的有效探测光电探测低空光电探测系统在硬件上主要由四个核心部分协同构成：光学成像部分、图像处理部分、伺服转台以及控制终端。原理适用光电设备适合目标确认和图像取证，但会受到天气、遮挡和视场条件影响光电雷达：用可见光与红外确认目标指标数据可见光探测距离≥4.5千米红外探测距离≥2千米光谱范围8—14微米转台水平角度360°连续旋转俯仰角度−45°至＋90°激光雷达低空探测系统在引入激光主动照明技术，在远距离或低照度、烟、雾、霾等观测条件退化时，对目标区域进行光谱适配的补光，可显著增强成像对比度与信噪比，保障稳定持续的探测能力。激光雷达组成部分低空无人机探测技术低空频谱探测系统通过被动接收无人机遥测链路及无人机测控链路的电信息，实现无人机及飞手位置的定位。频谱探测无人机频谱监测系统主要由全向监测天线、定向测向天线阵、监测测向主机及综合显控终端四个核心部分构成。原理频谱探测依靠无线电信号识别目标，静默飞行和复杂电磁环境会影响效果。频谱探测设备指标教材数据侦测对象常规消费级、部分非常规及固定翼无人机侦测范围水平360°全方位单站测向精度≤3°，支持多站TDOA定位探测半径≥3千米（空旷环境）探测高度≥500米（空旷环境）边界来源把空域类别、禁限飞要求、任务区域和临时管制信息转化为可计算边界。电子围栏的定义利用地理空间数据和数字化规则划定允许、限制或禁止飞行区域，并对航空器接近、进入或越界行为实施提示、预警或处置的技术与管理手段。系统作用处置结果无人机围栏技术持续比对航空器位置、航迹与围栏边界，识别接近、进入和越界状态。根据规则实施提示、预警、限制或返航等分级响应，服务飞行安全管理。无人机围栏技术将禁飞、限飞或条件运行区域数字化，飞行前用于规划检查和授权判断。读图要点无人机围栏示意图无人机围栏技术1.飞行前备案登记阶段拥有者身份实名认证登记无人机设备合规登记备案无人机安全飞行主要业务流程包括：飞行前备案登记阶段、起飞前多重校验校验阶段、飞行中动态管控阶段。安全飞行无人机围栏技术2.起飞前多重校验阶段3.飞行中动态管控阶段电子围栏信息实时更新设备身份一致性校验飞行初始位置校验飞行链路心跳保活机制飞行数据实时上报管理指令实时接收与执行电子围栏实时告警机制无人机安全飞行业务流程图图3.3-8电子围栏安全管控流程（教材原图）无人机空域管理一、飞行合规的核心判定链路二、立体化空域管控技术体系课堂小结首先明确航空器的分级属性，再界定其运行类型，结合空域属性完成判定，最终落实申请与审批环节，这是开展一切飞行活动的基础准则，确保每一次升空都具备合法依据。该体系由“管理层、安全层、支撑层”共同构成。同时配合电子围栏明确物理边界，构建起发现、确认、定位、告警到处置的完整技术闭环。法规明确准入责任，技术解决感知协同；探测保障“看得见、认得准”，围栏实现“边界清、管得住”，两者结合筑牢低空安全屏障。课堂作业作业一：从物流、测绘、农林或应急场景中选择一个案例，根据模板完成无人机性能分级、运行分类、空域判断和飞行申请流程。作业二：从机场、校园或大型活动场景中选择一个案例，填写“技术名称—主要作用—适用条件—主要局限”对照表。3.4无人机集群技术导学无人机集群技术上节课完成无人机雷达技术，围栏技术等空域技术的学习，当想到飞行器的参考者-鸟群，鸟群可以进行编队飞行，那多架无人机进行编队飞行如何完成通信、决策与行动？无人机集群技术定义鱼群洄游鸟群编队蜂群协作无人机集群无人机集群技术定义无人机集群（UAVSwarm），也称为无人机蜂群或群智系统，是指由多架（通常数十架至数百架）无人机通过无线通信网络和智能算法组成的自主空中智能系统。这些无人机通过信息交互、反馈机制和激励响应，实现相互间的行为协同，适应动态环境，共同完成特定任务。不同于单架无人机的孤立操作，多架无人机协同以集群的方式自组织协同工作可弥补单架无人机的局限性。多翼无人机垂直起降固定翼人机概念功能无人机集群技术层级无人机集群体系有着去中心化与分布式控制、自主性与群体智能、自适应与强鲁棒性、高可扩展性与灵活重构的核心特征。UAV

无人机集群层级核心功能智能感知层复杂、高动态、强对抗的任务环境下，对外部环境进行目标探测和识别，信息融合及估计，态势感知、理解与共享，以获取完整、清晰、准确的信息。通信网络层通过UAV间的相互信息通信和交互作用，解决单个无人机无法处理的复杂任务局限。自主决策层无人机不同速度、不同相对距离、不同数据类型的复杂环境下，准确提取有效信息来为UAV下一时刻的决策做出安全可靠的控制指令。路径规划层规划全局最优路径，缩短完成任务时间，解决任务过程中避障及轨迹优化等局部规划问题。协同控制层协同飞行控制、编队动态重构、多机自主避障、任务协同分配，突破单无人机性能瓶颈，最大化集群整体作战能力实际应用层军事场景需求对接（侦察、电子对抗等），衔接技术研发与实际场景，促进集群系统的工程化与产业化。UAV集群多UAV编队单一UAV1架中心化简单任务2-10架半自主协调飞行10+架分布式自主复杂对抗/监测单机、编队与集群的区别任务能力集中于单个平台单机独立执行结构简单、冗余有限强调队形保持和明确组织关系组织关系与队形保持协同运动、分工清晰。强调分布式交互、自组织和动态重构分布式交互鲁棒、可扩展无人机集群组网关键技术组网技术是无人机集群的基础，确保多架无人机间的信息交互和资源共享。组网关键在于自组网（AdHocNetwork），即无固定基础设施的动态网络。节点既是任务平台，也是通信节点链路随相对位置和环境动态变化网络需要自动发现连接并维护信息通路无人机集群自组网技术方案图无人机集群是在共同任务目标下，通过信息共享、协同决策和任务分工形成的多机协同系统；FANET是支撑集群节点自组织通信与动态组网的飞行自组织网络。集群与FANET集群强调多架无人机围绕共同目标形成协同组织，并能根据任务和环境变化调整行为FANET节点通过无线链路临时组网，随无人机高速移动动态发现邻居并重构通信路径二者关系集群回答“如何协同完成任务”，FANET回答“节点之间如何保持信息连接”无人机集群技术FANET无人机集群技术FANETFANET结构图无人机集群技术自组织网的体系结构无人机集群自组织网的体系结构自下而上可分为四层：物理层、数据链路层、网络层和应用层。无人机集群通信物理层技术（物理层）物理层负责信号的传输、接收和转换，是确保可靠通信的基础。物理层技术共同解决：信号能否发出、能否可靠到达、能否抵抗环境干扰。物理层数据链路层网络层应用层无人机集群技术自组织网的体系结构

物理层技术适用场景功能调制解调技术UANET的高速移动和复杂环境。将数字数据转换为无线信号，并在接收端恢复，是物理层核心。信号处理技术UANET对抗环境、高密度节点协同、多源感知数据融合场景。抑制噪声、多径效应与电磁干扰，同步优化信号传输质量与节点间通信协同性，保障数据传输的完整性与可靠性。功率控制技术大规模无人机集群、对抗环境下的能量效率与安全通信场景。动态调整无人机节点发射功率，优化能量利用效率、抑制节点间干扰，提升通信链路鲁棒性与物理层安全。天线技术6G-UANET、非地面网络（NTN）无人机集群、ISAC一体化任务、安全认证场景。动态调控信号发射，提升信号覆盖范围与抗干扰能力气。无人机集群通信物理层技术（物理层）无人机集群技术自组织网的体系结构无人机集群信道接入技术（数据链路层）数据链路层控制无线信道中通信节点的接入，实现对共享无线信道的访问控制，以此对多用户间的共享无线信道资源进行分配。三类主流MAC协议对比分析竞争类核心是“自由竞争，先到先得”，无需全局同步。优势是实现简单、分布式无中心，适配动态拓扑；但高负载下冲突频发，信道利用率随节点数增加显著下降。适用：节点稀疏、非实时小数据传输场景分配类核心是“资源预分配”，通过时分或频分复用避免冲突。优势是无碰撞、时延确定且高可靠；但需严格的全局时钟同步，轻负载时资源利用率低。适用：密集编队、强实时控制指令传输场景。竞争类融合竞争接入与集中调度，按需动态分配资源。优势是兼顾灵活性与传输效率，能适配大规模异构集群；但协议设计复杂，对节点算力要求较高。适用：高动态、大规模协同任务场景。无人机集群技术自组织网的体系结构无人机集群路由技术（网络层）网络层提供网络层数据服务、路由、网间互链、服务质量支持及相应的路由安全保证，主要功能包括邻居发现、路由管理和分组转发等。邻居发现我现在可以直接联系谁?节点位置和链路状态当前可直接通信的一跳邻居路由发现信息经过哪些节点送达目标?源节点、目标节点和网络拓扑可用的端到端传输路径邻居发现建立局部连接，路由发现形成端到端信息传输路径。FANET路由协议的基本类型无人机作业的范围通常很广，单架无人机的通信距离无法覆盖，所以必须选对无线技术和路由协议，才能保证整个无人机集群的网络连通、通信顺畅。无人机协同控制关键技术无人机集群信息交互方式集中式分布式分散式无人机协同控制关键技术无人机航迹规划航迹规划关键技术包括：巡航编队控制、地形信息的采处理、威胁模型的建立、规划算法的选择、路径跟踪控制等

任务类型航迹规划关键要求关键技术