真高1km以下空域实行分类管理有序放开，促进通航产业发展和满足社会公众需求，最大限度盘活低空空域资源——国家促进通用航空产业快速健康发展等一系列举措的实施，为通用航空飞机最终实现在更广泛应用领域的自主飞行起到了重要的作用。然而，针对低空空域飞行器的监视与服务手段缺乏有效的通信、导航、监视等服务保障系统，对“低小慢”的低空空域飞行器合作与非合作目标存在“看不见、叫不到、联不上、管不住”的问题，这些都严重影响着低空空域通用航空飞行安全，更严重影响国土防空安全。
现有的低空雷达信号容易受到障碍物屏蔽等因素的影响，对低空空域覆盖不佳，存在雷达盲区，无法及时提供安全监视。另外，广播自动相关监视（ADS-B）技术需要在地面建立多个地面服务站作为基础设施，投资巨大；ADS-B机载设备安装率低，加改装困难，短期内无法解决我国低空空域监视的问题。而且，ADS-B信号易受到地形、障碍物的遮蔽影响，只能通过增加监控中心数量来改善低空覆盖，造成建设成本的增加。此外，边远山区往往也不具备ADS-B监控中心选址的条件。因此，需要研究成本低、监视有效且符合我国国情的低空空域飞行器及监视技术。基于多源融合监视技术的北斗三号便携式多模机载终端（以下简称“北斗多模机载终端”），可有效实现多源监视技术的优势互补，从而解决低空空域监视困难的问题。
一、多源融合监视技术
基于多源融合的低空航空器监视技术，通过卫星定位实现航空器高精度定位，并利用北斗卫星无线电测定业务（RDSS）、ADS-B、5G移动通信等手段实现与地面监控中心的通信，最终实现综合监视与控制的区域全覆盖。
1．北斗短报文技术
北斗短报文服务通过用户端、卫星端及控制中心端实现双向通信，在定位的同时可进行用户位置报告通信，实现定位与通信的集成，可以为不同行业众多用户提供定位、短报文信息转发等服务。作为北斗卫星导航定位系统区别于其他全球导航定位系统的功能，北斗短报文具有诸多优点。北斗短报文直接利用卫星进行通信，可以不受周围基础设施的限制，没有通信盲区，信息加密传输安全，在紧急情况下能够实现及时救援。其局限性在于北斗短报文通信频度低，无法持续高频度地实现监视。
2．ADS-B技术
ADS-B技术是新航行系统中非常重要的通信和监视技术，把冲突探测、冲突避免、冲突解决、空中交通管制（ATC）监视和ATC一致性监视以及机舱综合信息显示有机地结合起来，为新航行系统增强和扩展了非常丰富的功能，同时也带来了潜在的经济效益和社会效益。
其局限性在于受限于ADS-B地面站分布，存在监视盲区，在无地面站情况下，则无法实现有效监视。
3．5G通信技术
5G是继4G之后的新一代移动通信技术，旨在满足未来十年乃至更长时间内日益增长的通信需求，为个人和社会带来更快速、更可靠、更智能的连接体验。5G相比前几代移动通信技术，在性能上有质的飞跃，主要体现在：超高速率、超低时延、超大连接和更高可靠性。其局限性在于受限于地面通信基站，在500m高空无法锁定信号。
4．多源融合监视技术
基于以上通信技术特点，将上述三种通信手段进行融合，形成多源融合的高有效性的监视设备，具有较高可行性，但同时具有较高的技术难点，主要集中在复杂的电磁兼容措施。由于5G频点多且发射频率快，很容易受到ADS-B发射、北斗RDSS发射信号的干扰。
根据三类通信手段的通信频度及特点，制订了发射优先级，RDSS>ADS-B>5G。经过实际测试，RDSS、ADS-B发射可实现互不干扰，但ADS-B发射可对5G通信造成干扰。因此在工程实现阶段，通过对ADS-B发射时的电平信号进行实时监控，判断是否暂停5G通信，保证ADS-B发射时中断5G通信，ADS-B发射间隙开启5G通信，从而保障5G通信的有效性。另外，设计中还考虑了其他电磁屏蔽和抗干扰技术，保障融合通信的有效性和可靠性。
二、基于多源融合技术的机载终端
基于多源融合监视技术，研制的北斗多模机载终端如图1所示。
北斗多模机载终端是一款面向通航低空领域实现航空器全空域监视的机载便携式收发设备。其功能及特点在于：可通过接收含北斗在内的GNSS卫星信号，实现航空器自身位置、速度和时间等信息的实时解算；同时可通过ADS-B实时获取他机位置，进行冲突预警；另外，该终端融合了北斗RDSS功能、ADS-B发送（OUT）功能以及5G移动通信功能，可依据飞机不同航行阶段自适应选择通信链路，可实现低空全空域、长距离的通信和监视需求。
三、终端验证与应用
2023年9月，以郴州北湖机场作为起降点，对湖南省低空监视网络补盲后的覆盖效果以及北斗多模机载终端进行了飞行验证。飞行验证前，湖南省低空监视网络15个补盲站点已经完成初验，北斗多模机载终端已经通过平江、芦淞、三官寺、开慧等多个场地的本场及短途飞行验证。图2和图3分别为验证计划航线和机载终端安装位置（安装于飞机前挡玻璃下方）。
验证飞行时，飞行时间为：2023年9月10日10时46分开机，10时57分起飞离地，14时45分落地降落，从起飞离地到落地降落时间共计13680秒。验证飞行期间，共收到ADS-B、RDSS和5G监视数据包共计10540包。经统计，1秒钟监视成功率77.05%，30秒监视成功率85.75%，1分钟监视成功率98.25%。图4和图5分别为验证飞行监视数据分布情况和低空监视系统追踪情况。
通过对监视数据分析，北斗短报文通信整体效果良好，验证飞行期间共发出北斗三号短报文240条，湖南省低空综合服务平台收到并推送给低空监视系统短报文231条，成功率为96.25%。5G在通信信号效果良好时，验证飞行期间共发出5G信息帧1405条，湖南省低空综合服务平台收到并推送给低空监视系统5G信息帧1380条，成功率为98.22%。ADS-B整体效果良好，验证飞行期间共发出ADS-B信息帧13680条，经地面站接收并推送给低空监视系统ADS-B数据9924条，成功率为72.54%。
通过对监视数据分析，北斗短报文通信整体效果良好，验证飞行期间共发出北斗三号短报文240条，湖南省低空综合服务平台收到并推送给低空监视系统短报文231条，成功率为96.25%。5G在通信信号效果良好时，验证飞行期间共发出5G信息帧1405条，湖南省低空综合服务平台收到并推送给低空监视系统5G信息帧1380条，成功率为98.22%。ADS-B整体效果良好，验证飞行期间共发出ADS-B信息帧13680条，经地面站接收并推送给低空监视系统ADS-B数据9924条，成功率为72.54%。
另外，通过飞行验证航线途径地区海拔剖面图6可知，飞行验证航线中永州道县、宁远县官桥、郴州嘉禾三站点至断点间的盲区之间，存在崎岖不平的山，最高处海拔约为1400m，飞机飞行高度约为2300m，三地面站点的平均海拔仅为200m，站点到盲区间的山严重阻碍了ADS-B信号的传播，形成了盲区，但在此盲区内北斗短报文可正常监视。
通过以上飞行验证可以看出，基于多源融合监视技术开发的北斗多模机载终端，能够很好地实现ADS-B、5G、北斗短报文三种通信技术的优势互补，从而解决低空空域监视难的问题。目前，北斗多模机载终端已经在湖南省北斗低空监管中投入使用，除完成正常低空运营通信外，还参与完成了多次救援抢险任务。并且，随着北斗多模机载终端的投入使用和地面站点的建设，目前已实现湖南省内低空监视通信服务的全覆盖，使湖南省成为全国首个具有覆盖全省的低空空域监视网，真正解决以往低空飞行“看不见，叫不到，联不上，管不住”的难题。
文章来源：卫星应用微信公众号