航空電子系統(tǒng)是飛機(jī)上所有電子系統(tǒng)的總稱，關(guān)系到飛機(jī)的可用性、飛行安全性、先進(jìn)性和可擴(kuò)展性，是飛機(jī)的重要組成部分，已成為現(xiàn)代航空工業(yè)中發(fā)展速度最快、影響最廣的技術(shù)領(lǐng)域。無線電通信、導(dǎo)航、監(jiān)視(CNS)系統(tǒng)是航空電子系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于飛機(jī)滑行、起飛、巡航和著陸等階段;通過機(jī)載話音/數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)、監(jiān)視系統(tǒng)等完成信息獲取、信息交換及信息處理，引導(dǎo)飛機(jī)按預(yù)定航路安全飛行，監(jiān)視飛機(jī)實(shí)時狀態(tài)信息，保障飛機(jī)飛行安全。

　　20世紀(jì)40年代，航空通信普遍采用甚高頻(VHF)模擬語音通信系統(tǒng)，1947 年國際民航組織將VHF 頻段(118 ～ 132MHz)劃為航空移動服務(wù)使用;20 世紀(jì)70 年代，飛機(jī)通信尋址與報告系統(tǒng)(ACARS)的出現(xiàn)，標(biāo)志著航空甚高頻數(shù)據(jù)鏈的標(biāo)準(zhǔn)形成。隨后，甚高頻數(shù)據(jù)鏈(VHF Data 1/2/3/4)依次被提出。1979 年世界無線電大會將航空移動服務(wù)頻段擴(kuò)展至117.975 ～ 137.000 MHz，并不斷減小信道間隔，到目前為止，信道間隔已經(jīng)達(dá)到了最小值8.33 kHz。2003 年，國際民航組織空中導(dǎo)航第11 次會議做出了為滿足不斷發(fā)展的空中交通管理需求，航空移動通信基礎(chǔ)架構(gòu)必須演進(jìn)以提供足夠的容量和服務(wù)質(zhì)量及新功能的決議。隨之，歐洲航空安全組織和美國聯(lián)邦航空管理局啟動了Action Plan 17 (AP17)計劃，從2004—2007年，在調(diào)研評估現(xiàn)有航空通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，建議機(jī)場采用基于802.16e 標(biāo)準(zhǔn)的AEROMACS 方案，跨洋/ 偏遠(yuǎn)空域采用衛(wèi)星通信，陸地空域采用L 頻段航空數(shù)字通信系統(tǒng)(L-DACS)。這些建議方案被用于歐洲單一天空和美國新一代航空運(yùn)輸系統(tǒng)計劃項(xiàng)目的部署中。

　　20 世紀(jì)70 年代以前，民航飛機(jī)在跨洋和偏遠(yuǎn)地區(qū)只能通過航空短波、超短波通信實(shí)現(xiàn)空地通信、空中交通管理，隨著衛(wèi)星導(dǎo)航通信系統(tǒng)的引入，可實(shí)現(xiàn)整個航路，甚至全球范圍內(nèi)的空地通信及航空交通管理服務(wù)。航空衛(wèi)星通信系統(tǒng)可分為駕駛艙衛(wèi)星通信和客艙衛(wèi)星通信，目前駕駛艙衛(wèi)星通信主要使用L 頻段，客艙衛(wèi)星通信主要使用Ka、Ku 頻段。

　　1.駕駛艙衛(wèi)星通信

　　為滿足民航規(guī)章，保障飛機(jī)全球范圍內(nèi)的安全運(yùn)行，基于衛(wèi)星通信的駕駛艙話音及數(shù)據(jù)通信得到廣泛應(yīng)用，目前用于駕駛艙的衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要有海事衛(wèi)星(Inmarsat)和銥星(Iridium)。

　　(1)Inmarsat 航空衛(wèi)星通信系統(tǒng)

　　Inmarsat 航空衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以分為空間段、地面段和用戶段。空間段由多顆地球靜止軌道(GEO)衛(wèi)星組成，地面段包括衛(wèi)星測控中心、衛(wèi)星接入站和其他地面網(wǎng)絡(luò)等，用戶段由各種用戶終端組成，具體見圖1。

　　圖1 Inmarsat 航空衛(wèi)星通信系統(tǒng)

　　如圖1 所示，航空地面站是衛(wèi)星與地面公眾通信網(wǎng)的接口，是Inmarsat 地面站的改裝型;機(jī)載站是設(shè)在飛機(jī)上的信號收發(fā)站。Inmarsat 航空衛(wèi)星通信系統(tǒng)的信道分為P、R、T 和C 信道，P、R 和T信道主要用于數(shù)據(jù)傳輸，C 信道可傳輸話音、數(shù)據(jù)、傳真等。同時，Inmarsat 支持4 種不同類型的航空服務(wù)，分別為Classic Aero、Swift-64、SBB(Swift-Broadband)和GX(Global-Xpress)，前三種服務(wù)支持到/ 從飛機(jī)的不同類型的話音、傳真和數(shù)據(jù)通信，GX 支持到/ 從飛機(jī)的Ka 頻段寬帶數(shù)據(jù)通信。

　　(2)Iridium 航空衛(wèi)星通信系統(tǒng)

　　2007 年，二代Iridium 系統(tǒng)計劃(即Iridium-Next)啟動。Iridium-Next 系統(tǒng)，其建設(shè)目標(biāo)總體包括提高數(shù)據(jù)傳輸速率、更高的話音質(zhì)量、可以靈活分配頻帶、利用IP 技術(shù)的優(yōu)勢、提供更強(qiáng)的業(yè)務(wù)和設(shè)備等。Iridium-Next 系統(tǒng)支持全球范圍的多種新應(yīng)用和新業(yè)務(wù)，包括星基廣播式自動相關(guān)監(jiān)視ADS-B 應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋的航空器獨(dú)立監(jiān)視，單星可監(jiān)視3000 個目標(biāo)，處理1000 個以上目標(biāo)。

　　2. 客艙衛(wèi)星通信

　　隨著衛(wèi)星制造技術(shù)和毫米波技術(shù)的發(fā)展，機(jī)載衛(wèi)星通信已向Ka/Ku頻段發(fā)展，Ka/Ku頻段寬帶衛(wèi)星通信具有高通量、低成本、廣覆蓋、小終端等優(yōu)勢特點(diǎn)，可保障飛機(jī)健康數(shù)據(jù)及客艙寬帶的高速、可靠、實(shí)時傳輸，提高飛機(jī)飛行安全、實(shí)施飛機(jī)故障分析、提高飛機(jī)派遣率、提高飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)控及健康管理、提高旅客乘機(jī)體驗(yàn)，成為未來的發(fā)展方向和市場制高點(diǎn)，全球各地衛(wèi)星運(yùn)營商均已建設(shè)或正在籌建開展Ka/Ku頻段寬帶衛(wèi)星通信服務(wù)。目前，美國、加拿大、歐洲等國均發(fā)展了Ka/Ku 頻段寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)并已經(jīng)投入使用。

　　(1)Telesat 衛(wèi)星系統(tǒng)

　　Telesat 是全球領(lǐng)先的衛(wèi)星通信運(yùn)營商，提供可靠和安全的衛(wèi)星通信解決方案，服務(wù)于廣播、電信、企業(yè)和政府客戶，總部設(shè)立在加拿大的渥太華，在世界各地建有辦事處及設(shè)施，目前擁有15 顆衛(wèi)星，計劃于2017 年發(fā)射兩顆小型衛(wèi)星，避免Ka 頻段衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)連接相關(guān)技術(shù)風(fēng)險。

　　(2)Inmarsat-5 衛(wèi)星系統(tǒng)

　　Inmarsat 為實(shí)現(xiàn)Ka 頻段高通量衛(wèi)星應(yīng)用，推出了第五代海事衛(wèi)星系統(tǒng)Global Xpress，GlobalXpress 采用全I(xiàn)P 體制，使用Ka 頻段，空間段采用三顆主用(120°間隔)加一顆備用靜止軌道衛(wèi)星的組網(wǎng)方式。第1 顆衛(wèi)星于2013 年12 月發(fā)射，位于62.6° E，覆蓋范圍包括歐洲、中東、非洲和亞洲。第2 顆衛(wèi)星于2015 年2 月發(fā)射，位于55° W，覆蓋范圍為美洲及大西洋地區(qū)。第3 顆衛(wèi)星于2015年8 月發(fā)射，覆蓋范圍為亞太地區(qū)。第4 顆衛(wèi)星于2017 年5 月發(fā)射，專門覆蓋中國及“一帶一路”沿線。Inmarsat-5衛(wèi)星采用點(diǎn)波束覆蓋方式，分為固定波束和移動波束兩類。每顆衛(wèi)星有72個固定波束，每個固定波束下行速率可達(dá)50Mbit/s;有6個移動波束，可靈活機(jī)動調(diào)整到需要的區(qū)域，每個移動波束下行速率可達(dá)150Mbit/s，Inmarsat-5 衛(wèi)星全球覆蓋示意如圖2 所示。

　　圖2 Inmarsat 衛(wèi)星通信覆蓋范圍

　　(3)ViaSat 衛(wèi)星系統(tǒng)

　　美國衛(wèi)訊公司(ViaSat)的Ka 頻段衛(wèi)星可分為三代。ViaSat-1 發(fā)射于2011 年10 月，軌道位置位于115° W，具有72 個點(diǎn)波束，覆蓋美國西海岸和德克薩斯州東部狹長地帶以及加拿大部分區(qū)域，采用多點(diǎn)波束和頻率復(fù)用技術(shù)，總?cè)萘靠蛇_(dá)140Gbit/s。ViaSat-2 發(fā)射于2017 年6 月，軌道位置位于69.9° W，覆蓋北美、中美洲、加勒比地區(qū)、南美北部地區(qū)、美國東海岸沿海商業(yè)航線以及歐洲與北美洲之間大西洋主要的航空和海上航線，總?cè)萘扛哌_(dá)300Gbit/s。ViaSat-3 目前正在由ViaSat 公司和波音公司共同開發(fā)中，計劃于2019 年發(fā)射。ViaSat-3 由3 顆衛(wèi)星組成，每一顆都有1000Gbit/s的最大容量，計劃第1 顆衛(wèi)星覆蓋美洲，第2 顆衛(wèi)星覆蓋歐洲、中東和非洲，第3 顆衛(wèi)星覆蓋亞太地區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)ViaSat-3 的全球覆蓋。ViaSat 衛(wèi)星示意圖及全球覆蓋如圖3 所示。

　　ViaSat 系列衛(wèi)星均是采用ViasSat 公司自有的SurfBeam 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。SurfBeam 網(wǎng)絡(luò)是一個雙模式寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)，既可工作在Ka 點(diǎn)波束衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器上，也可工作于傳統(tǒng)的Ku 頻段寬帶衛(wèi)星上。SurfBeam 網(wǎng)絡(luò)可為用戶提供高速Internet 接入、軟件化服務(wù)、視頻和VOIP、高速文件傳輸、IP 組播等應(yīng)用服務(wù)。