解密空联网:智能化网络系统建设提速,通信、导航、监视待系统升级

解密空联网:智能化网络系统建设提速,通信、导航、监视待系统升级
2024年07月11日 16:39 21世纪经济报道

21世纪经济报道记者孙燕 上海报道

近日,上海市政府常务会议原则同意《上海市低空经济产业高质量发展行动方案(2024-2027年)》,指出要提升“空联网”能级。同样在近期,山东首个政府5G-A全域低空智联感知网项目在青岛签约。

在此之前,首个覆盖长江南京段98公里的低空智联网已经建成;南通首批22座低空基站建成开通,实现市区主城区低空飞联网全覆盖。

随着越来越多地区加入低空经济“争位赛”,空联网作为低空飞行“四张网”之一,也被越来越多城市提上建设日程。

空联网一般是指为满足高密度、大流量、近实时的低空安全高效应用需求而构建的智能化网络系统,被业界认为是将低空数字化成可计算空域的关键基础设施。

目前,各地关于空联网的名称尚未统一:《数字广州建设2024年工作要点》将低空智联网被明确为要大力发展的融合基础设施;《安徽省加快培育发展低空经济实施方案(2024—2027年)及若干措施》提出要统筹共建低空智能信息网。此外,还有低空飞联网、低空智联感知网等称呼。 

关于空联网的形态,也还没有统一标准,但业界普遍认为,空联网以通信、导航、监视、感知等信息基础设施为依托,通过多网通信、融合导航、多源监视、智能服务等,实现低空空域的高效运行与安全控制。

传统通导监已发展至适配民航需求,更高的飞行自由度将需要更复杂的通导监技术支撑。华金证券通信首席分析师李宏涛在接受21世纪经济报道记者采访时表示,要支撑低空飞行,通信导航与监视(CNS)需要满足增强的带宽和通信能力、高精度定位导航和监控系统、抗干扰和网络安全能力、自动化和智能化等新要求。

通信、导航、监视待系统升级

飞行器在低空的安全飞行,紧密关联着通信、导航、空域监管等多个方面。

当前,低空信息网络覆盖低空飞行还面临不少挑战。浙商证券分析指出,现有无线通信网络的有效覆盖高度大致为150m左右,而低空空域高度可达地面以上1000m;同时无人机业务对上行速率要求高,而传统移动通信网络服务人,以下行业务为主。

李宏涛告诉记者,随着低空飞行活动的增加,需要更大的带宽来支持数据传输,包括高清视频流、遥感数据等,对网络通信带宽和时延提出更高要求。“在高空中要能传输图片,带宽至少要在2兆以上;随着更多飞机、汽车上天,带宽至少要达到300兆。考虑到飞行速度,时延应低于1毫秒。”

21世纪经济报道记者注意到,在空联网的飞行器定位、避障和航线规划中,通信与感知的一体化被普遍提及。

“地面自动驾驶和无人驾驶所使用激光雷达、毫米波雷达等传感器辐射距离较短,但航空器在空中飞行时需要更强的感知能力。”李宏涛指出,通信感知一体化(ISAC)结合了通信与感知功能,可以提高频谱效率并增强网络的感知能力。

相较民航,李宏涛认为,低空经济的通信系统需要具备更强的抗干扰能力,同时,需要防止非法访问和数据泄露,以应对可能的信号干扰或欺骗,确保飞行安全。“不论是低空经济还是商业航天,产业的牛鼻子都在保密环节。”

在升级通信系统之外,低空飞行器也需要更精确的定位、导航和监视系统,实时监视和跟踪飞行器的位置和状态,如全球导航卫星系统(GNSS)、地面基站定位、视觉导航等,以确保在复杂或城市环境中的安全飞行。

拉长时间线看,随着eVOLT、无人机技术的不断发展,李宏涛还认为,CNS系统需要支持更高级别的自动化和智能化操作,如自动避障、智能路径规划等。 

技术融合发展

近日签约的山东首个政府5G-A全域低空智联感知网项目,将依托5G-A网络的感知能力,融合现有低慢雷达、光电探测、无线电探测等技术。

基于5G-A毫米波技术建设空联网,是目前运营商的主要路径。5G-A是5G技术的演进和增强版,将在原有5G的三大应用场景基础上进一步增强大上行、大下行能力,增强低成本、差异化的广覆盖物联,同时提供通感一体的网络特性等,可满足无人机物流、空中无人驾驶通航等高清视频、数据等传输需求。

此外,各地也在探索不同的技术路径。如围绕低空智能信息网,《安徽省加快培育发展低空经济实施方案(2024—2027年)及若干措施》提出支持广播式自动相关监视(ADS-B)、北斗数据链、通信感知一体化(ISAC)等新技术融合应用。

“以上技术需要融合发展,相互配合才能为低空飞行器搭建一个安全、可靠、稳定、高效的网络服务体系。”李宏涛认为,5G-A技术因其在提升网络能力、支撑新应用场景方面的潜力而尤其值得关注。北斗数据链和ADS-B技术则在提升空联网的定位、导航和监视能力方面发挥关键作用。通信感知一体化技术有助于提高网络的智能化水平,而数字地球作为一个平台,为空联网提供了强大的数据管理和分析能力。因此,这些技术相互补充,共同推动空联网的发展。 

其中,广播式自动相关监视(ADS-B)是一种飞机周期性广播其位置并接收地面站消息的监视技术,能够使空中交通管制摆脱基于雷达系统的限制,提升空域管理和飞行器跟踪能力。

对于这一技术,业内仍存分歧。浙商证券认为,ADS-B技术作为监视技术,与传统的监视技术相比(一次雷达和二次雷达相结合的方式), 其在监视的范围精度和成本方面都有着显著优势,有望在低空广泛应用。李宏涛则告诉记者,ADS-B在产业中是一个相对前期的过渡性技术:其信号不停地被动发射,可以用于空中交通监视,只要调到这个频段就能收到信号,而非主动发射的。 

此外,数字地球作为一个高度综合的科技平台,能够将地球的海量、多分辨率、三维、动态数据集成起来,业内普遍认为对于空联网的数据管理和应用具有重要作用。

根据推进节奏和技术成熟度,李宏涛认为,技术发展的先后顺序可能按照5G-A、通信感知一体化、广播式自动相关监视、北斗数据链、数字地球排列。他指出,要实现5G-A,可以在5G基站的基础上进行改造,每个基站的改造成本约为5万元,见效较快。但建立起北斗数据链、数字地球都需要较长的推进时间。

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