2017年第22期 【特别关注】国际上飞机跟踪的技术进展情况
国际民航组织提出了用于跟踪商用飞机的两阶段要求，这刺激了多项创新技术解决方案，这些解决方案目前要符合2018年的15分钟追踪要求，到2021年要达到飞机遇难1分钟追踪要求。
飞机跟踪引起关注
三年前，2014年3月，马来西亚航空公司的MH370航班在安达曼海上从空中交通管制屏幕上消失，举世关注。在这个移动电话普遍覆盖、飞行WiFi普及、飞机有多种通信方式与地面联系的时代，大型商用飞机失去踪迹似乎是不可想象的。
MH370失踪之后，国际民航组织于2014年5月在其总部举行了一次关于全球航班追踪的多学科特别会议。国际民航组织在其成员国和国际航空运输部门之间就追踪航空公司航班的短期优先事项达成共识，还为未来的中长期跟踪工作建立了框架。
会议制定了一个关于飞行跟踪的行动概念（CONOPS）草案，明确定义航班跟踪目标，确保及时向适当人员提供信息，以支持搜索和救援、回收和事故调查活动，以及所有利益相关方的作用和责任。为使行动概念（CONOPS）成为指导性文件，国际民航组织空中航行委员会主席和空中航行局局长成立了一个特设工作组。
另外，为了确定使用现有技术进行常规飞行跟踪的潜在解决方案，成立了由国际航空运输协会领导的飞机跟踪工作组。这个由20名成员组成的飞机跟踪工作组由航空公司、飞机制造商、飞行安全组织、空中航行服务提供商、飞行员、空中交通管理以及飞行跟踪设备和服务提供商的专家组成。工作组审查了跟踪商用飞机的可用选项，考虑实施、投资、时间、复杂性和成本效率来实现所需的覆盖。
目前技术不足之处
对于飞机跟踪的一方面挑战是，尽管有精密的地面站和不断完善的广播式自动相关监视（ADS-B）技术用于导航和着陆，但是世界各地在飞机的位置监测方面存在差距。陆基雷达、ADS-B等跟踪机制不能扩展到开阔海域、极地地区和地面站稀少的偏远地区。使用当前的技术应用，可能需要长达45分钟才能确认飞机失踪，再有45分钟才能确认飞机没有正确响应可能遇险，即总共需要约90分钟。
例如雷达，通过发出无线电波“测量”飞机的位置，并测量信号从飞机反射回来的时长。它只有在飞机处于雷达塔的“视线”中而且不被山脉阻挡的情况下才起作用，并且它不能在很长的距离上工作（机场监视雷达通常具有40至60海里的有效范围）。
十多年前开始使用的ADS-B技术利用全球定位系统（GPS）来跟踪飞机，但是基于地面的ADS-B接收机的视线范围也大约只有250海里。如果飞机在ADS-B地面站的250海里范围内，空中导航服务提供商（ANSP）就可以以1.5至8秒的速度确定飞机的位置精度（在正常巡航高度）。
大多数现代飞机上安装的ADS-B“Out”航空电子系统在被称为“扩展式振荡器”的1090ESMHz频率信号中，每半秒钟广播一次数十个参数（飞机注册、序列号、航班号、起点和目的地机场、垂直和水平速度、航向、航迹和预计到达时间）。
在海上，空中交通管制员根据飞行计划或飞行员报告，预计飞机该到的位置，偏差并不罕见。
GADSS的提出
工作组基于与跟踪相关的42起飞机事故的分析，为新的国际民航组织全球航空遇险与安全系统（GADSS）提出了建议。
分析表明，如果一架飞机在坠毁前不超过一分钟报告其位置，那么坠机现场的位置在飞机最后报告位置的6海里半径范围内，大多数情况下精度为95％。
GADSS包括广泛的功能，包括通信、搜救组织和实施、常规飞机跟踪和紧急情况下的飞机位置报告（包括紧急定位发射机ELT或自动可部署飞行记录仪ADFR等设备）。国际民航组织秘书处编写的一份工作文件指出：“在地面或水面上的一个非常准确的遇险地点可以让搜索和救援行动不必'搜索'，并使救援协调中心可以集中力量进行救援行动。”
2015年11月10日，国际民航组织理事会通过了附件6“飞机运行”第1部分“国际商业航空运输飞机”的修正案39，其中包括正常飞机跟踪标准和建议措施（SARPs），并将于2018年11月8日生效。
正常飞机追踪标准和建议措施明确了航空公司在整个运行区域跟踪飞机的责任。飞机的跟踪时间间隔为15分钟，对于19座以上的飞机，无论何时空中交通服务都可以以大于15分钟的时间间隔获得飞机的位置信息。这个飞机跟踪时间间隔进一步适用于最大起飞重量为27000公斤，或飞越海洋区域时最大起飞重量为45500公斤的飞机的运行要求。
2016年3月2日，国际民航组织理事会通过了附件6第1部分的修正案40，其中包括与遇难飞机位置有关的标准和建议措施（SARPs）。这些标准和建议措施明确了GADSS自主遇险跟踪（ADT）概念。该标准和建议措施将于2021年1月1日生效。
与遇难飞机位置有关的标准和建议措施明确了飞机自动传送信息的要求，当处于遇险状态时，可以每分钟至少确定一次位置信息。飞机处于遇险状态时，如果飞机的行为未经校正，可能会导致事故。该标准和建议措施适用于最大起飞重量超过27000公斤的新飞机。该要求还建议适用于最大起飞重量超过5700公斤的新飞机。
2018年15分钟目标的解决方案
实现国际民航组织2018年15分钟目标的一般技术方法是将几组位置数据组合成统一的位置信号。这些数据可能包括通过地面站接收的ADS-B1090ES信号，未来空中导航系统（FANS）/ADS-C（合同式）信号，高频数据链路（HFDL）性能数据，全球定位系统（GPS）数据和内部导航系统数据。
在使用这种合成数据集的行业解决方案中，有松下航空电子公司的Airmap，罗克韦尔柯林斯公司的MultiLink和SITA公司的FlightTracker。
松下公司表示：“飞机中有很多系统可以开启，您只需打开应用程序并添加小型系统升级，而不是等待开发出全新的系统，你可能只需通过调出你已有的东西来就可达到95％的最终目的。”他们的eXConnectKu波段卫星网络（主要用于机上娱乐）声称提供全球航空99.6％的覆盖率，只缺了北极和南极。其中一个障碍是，并不是每架飞机上都装有这样的基准系统，需要一段时间来改装飞机。
罗克韦尔柯林斯公司的ARINCMultiLink航班跟踪服务使用6方面数据：HFDL性能数据、ADS-C、ADS-B、美国飞行情况显示工业（ASDI）雷达数据、欧洲控制位置信息以及飞机通信寻址和报告系统（ACARS）报告。HFDL的一个独特之处在于“它提供极地路线，当一架飞机必须飞越北极时，大多数卫星将无法提供这个位置数据，但用HFDL可以提供。”如果一架飞机具有正在使用的6个数据来源中的3个，理论上报告时间间隔可以从15分钟减少到5分钟。
从2015年1月起，SITA公司的OnAir航班跟踪器在全球范围内100多家航空公司安装，并整合了来自ACARS，ADS-B，ADS-C和FANS的数据，以及空中交通管制雷达数据、地面和卫星馈送以及飞机的飞行计划。
SITA公司现在也与Aireon和FlightAware合作，将Aireon的基于空间的ADS-B数据纳入其中，以解决任何覆盖盲区。SITA公司表示，该功能可以根据异常情况自动响应，以提供一分钟的位置报告进行跟踪。
2021年一分钟目标的解决方案
将ADS-B接收机放在卫星上可以消除地面ADS-B的视距限制。国际电信联盟（ITU）于2015年11月通过了一项决议，将航空无线电频带1087.7至1092.3MHz分配给航空地对空移动卫星服务，用于飞机发射体的ADS-B广播。
2017年1月，太空探索技术公司（SpaceX）发射了计划中的66个下一代铱星卫星中的前10个，能够持续跟踪飞机在全球各地的位置、速度和高度。铱星卫星为AireonLLC（加拿大、丹麦和爱尔兰的铱星和空中航行服务提供商所建立的合资公司）提供专门的1090MHz有效载荷接收机，该公司与冰岛、新加坡、南非和英国的空中航行服务提供者签订合同，引入许多其他使用者用以评估系统。Aireon表示：“它满足GADSS的要求，将全时提供一分钟的报告，航空公司可方便使用于其遇险报告。”
铱星LEO卫星星座在地球上方485英里处运行，并向Aireon的地面站网络发送信号。他们正在将客户连接到网络以接收和测试数据（从飞机到卫星到地面站约需2秒钟）。3月，利用美国联邦航空局专门配备的“飞行实验室”庞巴迪喷气式飞机，提供三种Aireon有效载荷来接收数据，共收到和解码2462个ADS-B信息，提供与地面ADS-B站相比较的数据。
该计划目前仅占机载网络总数的15％左右，所接收的数据体现了部分覆盖。该计划在6月再发射10颗卫星，此后每两个月再发射10颗卫星，以便于2018年完成全部卫星的部署和运行。
Aireon说：“当卫星通过时，我们第一次看到完整的极地交通情况，我们已经在海洋地区看到过，我们可以看到从欧洲到北非的轨迹，我们每天都在看到更多地方，我们想确保最终产品实现100％的监视，这将是空中交通管制员首次看到整个世界。”
Aireon和FlightAware公司正在将其基于卫星的ADS-B覆盖范围称为“全球信标”进行营销，而卡塔尔航空则是其航空公司发布客户。卡塔尔航空首席执行官表示：“'全球信标'将与我们现有的符合ICAO2018标准的飞行技术（称为全面操作系统）无缝整合，并进一步加强我们的机队管理，每分钟提供更新，我们将成为在世界上有能力使用全球卫星空中监视来支持我们的航空业务的第一家航空公司，并早于国际民航组织2021年的要求达到最高水平的飞行跟踪标准。”
汤姆森宇航公司已经开发了一种使用铱星卫星和手机式无线电设备的解决方案。该系统功耗非常低，只有3瓦特，也可以通过ACARS网络发送消息。对2018年的15分钟跟踪标准，现在使用的几乎每架宽体飞机都能满足要求。然而，2021年的一分钟报告标准“将要求你随时取出数据”。汤姆森宇航公司表示他们的卫星通信解决方案可以每7秒钟传输一次88个数据参数。但是，只有当出现飞机事件时才能这样做，从而节省带宽。
空中客车防空和空间部门与FlightRadar24和GomSpace一起，正在探索低地球轨道（LOE）“纳米卫星”以及机器人海上探测器，将ADS-B覆盖范围扩大到海洋地区。空中客车系统被称为“N-Tracking”，如果有需要，该系统可以每分钟一次“询问遇险的飞机”。
伽利略卫星星座搜索和救援服务于2017年4月份开始运行。伽利略SAR是欧洲对COSPAS-SARSAT中等轨道（MEO）网络的贡献，该网络是一种遇险警报检测和信息分发系统，最为人知的是用于检测和定位飞机、船只和徒步旅行者的紧急信标。国际COSPAS-SARSAT计划于1979年由加拿大、法国、美国和前苏联建立，有43个国家和组织参与其管理。
伽利略卫星的搜索和救援转发器接收406至406.1MHz频段的遇险信标发出的信号，将信息广播到L6频段的专用地面站。使用伽利略卫星，识别信标信号位置的时间从几个小时缩短到几分钟。伽利略声称符合国际民航组织实施的GADSS2021标准的要求。
其他益处
当然，基于卫星的跟踪，在遇险的情况下，除了位置定位之外，还有其他好处。通过基于卫星的跟踪，飞机可以采用更多从A点到B点的直接路线，而不是只能在雷达和其他地面设备可以提供导航辅助的地方飞行。
更好的精度和可靠性也将使飞机更靠近。不同于海洋典型的80海里间隔，装有ADS-B的飞机可以将间隔距离减少到15海里，使更多的飞机能够在最有效的路线上飞行，减少飞行时间，减少燃料和排放。据估计，到2025年，基于卫星的ADS-B跟踪可以减少客机每年穿过北大西洋的燃料量2.84亿磅。（供稿：李小燕）
