2024年低空经济专题报告：低空智联网，感受“天空之城”的每一次脉搏

一、何为通：对于低空飞行通信，现有基础设施的痛点 是什么？

（一）需求侧：低空通信，我们需要的是什么？

低空通信是低空经济数字化服务平台的基础底座。根据《面向低空经济的无人机通 信及标准进展分析》（田园等，2023年），低空经济是以低空空域为依托，以各 种有人驾驶和无人驾驶航空器的各类低空飞行活动为牵引，辐射带动相关领域融合 发展的综合性经济形态。传统的无人机通信模式主要是基于遥控器与无人机的通 信，实现视线范围内的人工操作，未来低空经济场景下，其趋势是实现超视线范围 的远程控制和无人机自主操作。无人机与移动通信技术的结合，可以实现设备的监 控和管理、航线的规范、效率的提升，促进空域资源的合理利用，从而极大延展无 人机的应用领域。

低空通信的需求伴随应用场景的拓宽而逐步细化。根据《面向低空经济的无人机通 信及标准进展分析》（田园等，2023年），无人机通信应用场景可初步划分为指挥 控制通信、数据传输通信及辅助接入通信，其中指挥控制通信方面，传统的指挥控 制通信是基于遥控器与无人机的通信实现视线范围内的人工操作，而当前通过移动 通信实现超视线范围的远程控制已成为无人机应用的通用功能，无人机物流、交通 等行业的应用需要全面、端到端、低时延的命令控制通信服务。数据传输通信由于 场景和需求不同，不同应用场景应用对数据传输的带宽和实时性等性能要求又各有 不同。根据《基于5G通信技术的无人机立体覆盖网络白皮书》，各类无人机应用 场景从上下行速率、数据链路传输时延、控制链路传输时延、覆盖高度、定位能力 等角度对移动蜂窝网络提出了不同等级的要求。如地理测绘、安防巡检等场景需要 Mbps级别的上行速率及200ms左右的业务时延。辅助接入通信主要利用无人机易 部署、高机动性和悬停能力的特点使其兼具终端和空中无线电接入节点功能，用于 扩展蜂窝网络的覆盖范围或增加容量，在自然灾害发生后为灾区通信提供保障。

（二）供给侧：针对低空通信，现有通信网络需要哪些补充？

当前的民用航空通信主要以简单的指令及语音通信为主。根据《地空数据通信系统 及其在中国民航的应用与发展》（程擎等，2010年），民航领域通信要求要求覆盖 范围广、可靠性高、提供实时服务。应用的范围分为地空通信和地面通信，采用通 信技术有所不同：地空通信主要采用甚高频（VHF）、高频 (HF)、卫星通信、飞 机通信寻址与报告系统 (ACARS)、VDL Mode 2技术；地面通信主要采用航空固定 电信网(AFTN)、航空电信网(ATN)技术。其中VHF应用较为广泛，根据青春航迹公 众号2024年4月26日文章《民航通信知识知多少——西北空管局青年讲师团带你学 习地空通信相关知识》，当前甚高频低空通信主要在机场终端管制范围内，甚高频 通信可提供塔台、进近、航站自动情报服务、航务管理等通信服务，以简单指令与 语音通信为主，较难实现未来低空复杂场景下多应用场景的宽带低延时通信需求。

痛点一：当前“空天地”中“空网”为相对薄弱部分，300-3000m空域几乎没有可 用的通信网络。“空天地网”主要指空中、深空（太空）及地面的通信网络集成， 而当前空中通信网络为相对薄弱环节。根据《关于建立低空空域无线立体通信网络 的探讨》（陈爽，2022年），无线通信目前覆盖了全球70%的陆地及90%的人口， 而这些信号的覆盖均以地面覆盖为主，没有针对低空区域的专网覆盖。当前空域网 络除陆地移动通信网络系统的末梢稍有覆盖外，在300m到3000m的空域几乎没有 可用的通信网络。 现有陆地通信网络伴随接收高度增加信噪比恶化严重。根据中国移动等单位发布的 《基于5G通信技术的无人机立体覆盖网络白皮书》，其对于低空5G信号进行了测 试。在参考信号接收功率相同的情况下300m低空信号与干扰加噪声比值比地面的 差10dB。同时以5%占比的参考信号接收功率为例，300米高度下参考信号接收功 率-92dBm对应的信号与干扰加噪声比为-2dB，几乎无法正常使用。

痛点二：当前卫星通信较移动通信尚有较大提升空间，当前阶段以少量场景的互补 为主。根据中国电信卫星官网，距离地球最近的低轨卫星通信系统的卫星距离地面高度在500-1500km，其先利用卫星上的通信转发器接收由地面站发射的信号，再 对信号进行放大变频后转发给其他地面站，从而完成两个地面站之间的传输。与地 面移动通信网络对比，现有卫星通信在传输时延、传输容量及可靠性可维护性等方 面尚有较大提升空间。如最低时延方面，5G网络最低时延可做到1ms，而高轨卫星 只能做到270ms左右。同时在低轨卫星建设方面，我国尚处于星座建设初期，实现 全域的低空卫星通信功能难度相对较大。

痛点三：传统低空专网“点对点”的专用网络运维模式在当前环境下难以保障系统 管理有效性。根据《低空经济通信网络演进模式探索》（郭明杰，朱惠斌，2023 年），过去传统的低空专用通信数据链路主要应用“点对点”的飞行器专用网络， 单个航行终端点对点的受一个控制系统运维，而当前在网络容量大幅度提升、飞行 器数量大规模增加的情况下，传统的“点对点”专用网络运维模式难以保障系统管 理的有效性。未来低空移动通信数据链路图可能以多基站对接航行终端系统的模式 进行运维。

二、何为感：与中高空域民航相比低空飞行需要哪些额 外的感知？

（一）避障： 更复杂的环境更高的避障要求，避障自主化为核心

避障能力是无人机感知能力的核心。根据中国指挥与控制学会公众号2021年12月 28日文章《无人机避障算法综述》，伴随低空空域改革的推进，无人机离开隔离空 域，进入低空融合空域执行多样化任务已成为发展趋势。无人机由视距内人工遥控 器操作发展为超视距远程网络操作，避障技术已成为无人机任务决策系统的关键环 节。 难点一：低空空域中复杂的环境及高密度的飞行器将对低空飞行器的避障能力提出 更高要求。异构、高密度、高频次、高复杂性为低空经济飞行活动的特点，根据罗 兰贝格《低空经济发展现状与未来展望》，各类型飞行器会分别应用在不同高度的 空域中，如行业级无人机、消费级无人机其飞行高度通常在300m以下，同时根据 《智慧城市环境下无人机安全间隔标定方法研究》（邹依原，2021年），无人机同 速飞行下的安全间隔大约在数十米。而对于民航飞机而言，根据《中华人民共和国 飞行基本规则》的决定，其高度层间隔高度基本在600/1200m。与中高空空域相 比，低空空域环境更加复杂，执行任务的飞行器种类更加多样，路径更加不规则， 冲突概率相应增大，因此, 无人机避障策略计算时间要尽可能小，实时性要求增 加。

难点二：相比于民航有人飞行，无人机避障要求高度独立自主性。 根据《无人机 自主防碰撞控制技术新进展》（魏瑞轩等，2017年），对于无人机来说，由于机上 没有飞行员操控，不能安装仅是告警提醒型的TCAS，无人机的防碰撞必须强调全 过程的自主性。对于低空飞行的小型无人机来说，由于低空环境障碍威胁多、动态 复杂，且其自身的载荷容量又十分有限，因此对自主防碰撞技术要求更高。与有人 机相比，无人机避障的感知能力要求更高。根据《无人机探测与避撞系统告警和引 导逻辑的研究》（赵柠霄，2023年），当前有人机的避障方式主要依靠雷达、通讯 设备等手段来监视周围空域飞行环境；其次，飞行员的观察及经验在有人机避障时 仍起到十分关键的作用。而无人机上没有机组人员提供避让职能，更多依靠的是传 感器和地面站的数据传输和可靠的算法来实现探测与避让职能。

（二）导航定位：更高的定位精度，更复杂的信号传播环境

变化一：无人机相对于民航客机需要更高的定位精度。根据3GPP TR22.837性能 需求，无人机入侵检测，要求达到5-10m定位精度，感知时延小于1000ms；对于 无人机防撞，要求达到1m水平定位精度，感知时延小于500ms。而根据《民用飞 机区域导航能力试飞技术与评估方法研究》（孟超，2018年），航路方面国际公认 的水平导航精度应满足AC 20-130的要求，横向飞行技术误差为1海里（约 1852m），横向导航系统误差为2.8海里。

变化二：传统的GNSS信号在“城市峡谷”环境下精度将受到一定影响。根据《城 市环境GNSS定位导航关键技术研究》（程琦，2021年），在城市环境尤其是“城 市峡谷”环境下，GNSS信号受到建筑物的阻挡、反射和衍射等影响，会产生复杂 的多路径效应。根据《城市环境中无人机作战导航定位研究现状综述》（李楠，向 文豪，2022年），城市环境中高楼林立电磁波信号在高楼林立间传输存在大量的阴影衰落及多径效应；城市环境较为复杂，主要体现在人为强磁干扰，城市中复杂的 地下工事网以及城市中各类诸如景观树、电线、路灯等障碍影响。在城市低空较为 复杂的环境中，传统的GNSS信号较难保障低延时、高精度的定位与导航服务。

变化三：从二维到三维，低空飞行需要高精度的三维数字航图来进行导航。根据湖 南自然资源公众号2024年10月6日文章《实景三维典型案例 | “实景三维+北斗”服 务低空经济高质量发展》，与传统的地图导航服务不同，低空导航服务需要面向空 域三维飞行用户。经济空域建立三维数字航图是低空飞行服务站至关重要的基础工 作。有了手机导航功能的体验，三维数字航图的内容不乏想象的空间。比如，标注 高压输电线路三维坐标，就能化解通航飞机依靠自身感知/避让的飞行风险。基于 全球导航卫星系统、全空域覆盖的移动通信网络和详尽的数字航图，低空经济空域 即可实现基于“四维航迹”运行（4DTs，TBO）的“自由飞行”，形成数字化升 级的空中交通管理系统。

（三）低空气象： 低空飞行核心威胁，低空气象感知为重要保障

传统民航飞行主要关注能见度及部分特定天气现象。根据中国民航网公众号2023 年12月12日文章《飞机为什么害怕这些天气》，航空人员最关注能见度是否达到标 准，在实际情况中不同机型及不同机长对能见度降落需求各有不同。而如雷暴、闪电、冰雹等特定天气现象对于传统民航的飞行更为危险。根据科普中国微信公众号 2023年12月7日文章《飞机上真的有“最安全座位”吗？》，飞机巡航的高度在平 流层，受低空天气的影响很小。低空风切变等低空气象变化主要影响传统民航飞机 的起飞及降落环节。

低空飞行气象安全是当前低空飞行的重要保障，以低空风切变为例的低空气象变化 将对低空飞行产生较大影响。根据《低空飞行安全气象保障技术》（吴红军等， 2018年），低空空域内的飞行活动具有数量庞大、航线多样、受地形和气象条件影 响较多等问题，当前国内配套气象监测落后或缺乏，存在薄弱环节。低空飞行气象 安全对低空飞行的影响较大，如1968年到1986年，美国航空低空风切变事故导致 的死亡人数约占总死亡人数的40%。 我国低空气象领域尚有较大提升空间，气象服务系统需成体系。据《我国低空飞行 气象服务产品的需求及现状》（胡壮，2022年），由于我国幅员辽阔，地形和气候 差异巨大，除了具有国外低空飞行气象的风切变和晴空颠簸影响明显、气流的不规 则运动影响多、低云和低能见度影响视程、结冰影响飞行性能等特点外，还具有以 下特点：（1） 温湿梯度大、对流发展旺盛、下冲气流影响明显；（2） 局地背风 波和地形波的影响多；（3）低云和云蔽山概率大和过冷水滴层厚且高度低造成气 压分布梯度大，难以预测。目前，我国针对低空飞行的气象服务系统还未形成体 系，飞行稳定性低、风险性高的问题比较突出。因此，优化低空区域内的航空飞行 气象观测服务系统，开发低空气象预报模块和气象信息平台，有助于推动低空飞行 持续发展。

低空气象服务能力建设为低空经济基础设施建设的重要构成部分。据3月29日民航 局新闻发布会，记者问答环节就低空飞行服务保障体系建设进行了相关介绍，低空 经济多元化、多样化的发展需求，对低空保障能力提出了较大的挑战，其中需要加 强低空气象服务能力建设，加强通用机场气象信息的收集和交换。提高气象信息获 取的便捷性、及时性，提高低空天气预报预警的水平；不断改进和优化现有气象情 报产品和服务流程，提升低空气象情报发布的针对性、准确性和及时性。 丰富观测数据，构建星-地-空三位一体化的气象雷达探测体系将是长期发展趋势。 据《我国低空飞行气象服务产品的需求及现状》（胡壮，2022年），欧洲航空气象 部门有常规的地面、高空观测、雷达、卫星、飞机报等资料，观测数据丰富。据 《中国气象雷达技术发展及面临的挑战》（李柏，2022年），美国十分注重气象雷 达空地、星地一体化发展战略，先后推出了以有人机和无人机多种遥感与气象雷达 一体化的机载气象综合探测系统，并已经投入业务应用。多平台、多技术结合，以 实现气象观测全球覆盖且高精度的目标，有望成为未来气象探测的长期发展趋势。

三、路径：低空通感的实现，现在我们有哪些可选的技 术路径？

（一）ADS-B：空中监视通信重要技术， 我国设施布局规划清晰

ADS-B（Automatic Dependent Surveillance Broadcast 广播式自动相关监 视）是一种空中交通管理航空监视新技术。根据中国民航报，ADS-B是指无须人工 操作或者询问，可以自动（1秒1次）从相关机载设备获取参数并向其他飞机或地面 站报告飞机的位置、高度、速度、航向、识别号等信息，从而使管制员对飞机状态 进行监控。该技术基于GPS全球卫星定位技术以及空-空数据链、地-空数据链技 术，将三类技术融为一体，由航空器运行并监视整个飞行过程，为民航通信系统中 的空中航线管制提供更加扎实的信息支撑。 ADS-B的工作原理是航空器利用卫星导航系统确定飞行器位置，再把飞行位置数据 通过地空数据链自动传送到地面交通管制部门和其它飞行器。根据《基于ADS-B在 空中交通管理实际应用的研究》（李坤龙，2021年），数据包括识别标志（二次代 码、航迹号、地址码等）、四维定位、速度以及其他相关的附加数据。通过数据信 息处理，ADS-B 地面站能够接收到数据并转发给空中交通管制员和飞行员以准确 定位跟踪该飞机。

ADS-B由ADS-B Out和ADS-B In两个不同的服务组成。该系统旨在通过为空中交 通管制以及该地区其他配备ADS-B的飞机提供高度准确的交通信息，提高安全性和 飞行员的态势感知能力。根据《面向机载综合监视系统的 ADS-B 技术综述》（王 飞等，2023年），ADS-B Out发射通道向外广播飞机的识别信息、位置、速度、方 向、爬升率、意图等信息；ADS-B In本机接收并综合利用空管地面站发送空中交通 情报服务广播和它机OUT信息，融合空中防撞系统航迹，感知周边空域交通态势， 使得机组防止空中冲突能力由被动变为主动。

ADS-B技术应用领域广泛，多用于空域监视和管理。根据《星基ADS-B技术在我 国空管行业应用需求分析》（李杨梅等，2022年），ADS-B技术具有监视能力 强、精度误差小、成本较低的特点，应用于飞行区域密度高的空中交通服务，能有 效提高运行效率。主要应用领域有战略情报侦查，特定区域监视，特定目标监视 用，空域与航路规划评估，监视大数据处理与应用，全球化数据共享服务等。

我国民航努力构建天、空、地一体化 ADS-B 运行体系，积极推动 ADS-B 建设 与运行。根据《中国民用航空 ADS-B 实施规划 （2015 年第一次修订）》， 2017年底，我国基本完成 ADS-B 地面设施布局，开始初始运行；到2020年底， 全面完成机载设备加改装和地面 ADS-B 网络建设，构建完善的民航 ADS-B 运行 监视体系和信息服务体系，为空中交通提供全空域监视手段，为航空企业全面提供 ADS-B 信息服务；至2025年底，根据 ADS-B 运行和实施的经验，我国将不断完 善 ADS-B 地面设施和地面 ADS-B 网络建设的布局，从整体上提高民航安全水平、空域容量、运行效率和服务能力。

ADS-B的建设和运行分阶段、分步骤进行。根据《中国民用航空 ADS-B 实施规 划》，ADS-B的建设和运行以“统一规划、整体实施、协同推进”为总体原则，分 阶段、分步骤进行，具体实施计划如下：2015-2017年，实施西部、三亚、部分支 线机场（含高高原机场）ADS-B 运行，新疆地区全空域ADS-B 运行示范，改革试 点区域、航空教学训练、海上石油服务、航空护林等通用航空活动 ADS-B监视服 务；2017-2020年，高空航路航线、终端管制区域和塔台、通用航空活动实施ADSB 运行，完成并提供ADS-B信息服务，完成航空器机载设备加改装；2020-2025 年，完善全国高空航路航线、终端管制区域和塔台、通用航空活动的ADS-B运行。

（二）5G-A：通感一体为重要技术体制，低空领域应用前景广阔

5G-A标准发展进入新阶段，有望完成“好用”到“智用”的转变。根据中国电信 2023年5G-A安全白皮书，从2018年到2022年，国际标准化组织3GPP完成了 R15、R16和R17的5G标准制定。2021年4月，3GPP正式确定5G-Advanced(下文 简称5G-A)为5G演进官方名称，5G-A网络向智能极简、融合泛在、行业使能的数 智化方向持续演进，实现由“好用”向“智用”的转变。5G-A预计将会有3个版 本，即R18、R19和R20。R18作为5G-A的第一个版本，标志着全球5G技术和标准 发展进入新阶段。

5G-A拥有更强的网络性能及更广泛的应用场景。根据中国电信2023年5G-A安全白 皮书，在网络性能方面，5G-A将在现有5G下行Gbps速率、上行百Mbps速率、十 万联接密度、亚米定位精度的基础上，进一步提升网络能力:支持下行10Gbps速 率、上行1Gbps速率、毫秒级时延、低成本千亿物联，以及感知、高精定位等超越 连接的能力。

通感融合为5G-A重要的技术体制之一，通感算为未来技术架构演进方向。根据 《中国电信2023年5G-A安全白皮书》，5G-A是通感融合技术应用的初步阶段。通 感融合是指在通信模块中赋能感知功能，利用通信系统的频谱资源、空口技术、硬 件资源处理单元等接收感知信号并进行处理。5G-A通感融合网络架构向着通感智 算一体化方向进行演进，引入通感智算一体化的核心网、通感智算多功能无线接入 网和具有通感智算能力的多功能移动终端，通感智算一体化的核心网可对外开放感 知服务。

通感一体化应用场景可按照感知需求以及感知目标进行分类。根据IMT-2020(5G) 推进组 5G-Advanced通感融合网络架构研究报告（第二版），5G-A通感场景根据 感知需求中以指定感知区域为主还是以指定感知目标为主可分为面向区域(PerArea)通感场景和面向目标(Per-Object)通感场景。从感知目标是否具备信号发送或 接收能力可以分为基于设备(device-based)通感场景和无设备(device-free)通感场 景。例如在飞行路径管理、基站和终端波束管理中，其感知目标无人机和终端是具 备信号发送或接收能力的用户设备，属于基于设备通感场景。在天气监测感知目标 降雨是不具备信号发送或接收能力的目标，属于无设备通感场景。

通感一体化硬件端需要平衡感知和通信功能。根据IMT-2030(6G)推进组《通信感 知一体化技术报告》，传统的通信与感知系统因系统功能及规格等需求的差异，在 带宽、功率输出能力、接收检测灵敏度等指标需求方面具有较大差异，故传统的方 式是分开按照通信和感知的需求来进行设计。而通感一体化技术希望架构和硬件系 统能够同时实现感知和通信功能，新增共享频谱资源、高动态范围、全双工及自干 扰消除等特性要求。根据华为《通信感知一体化—从概念到实践》，感知与通信从 松耦合到完全一体化可分为三个等级，分别为共享硬件频谱、波形与信号处理技术 一体化及信息跨层、跨模块、跨节点共享。

从低空应用场景的角度来看，通感一体化可以更好地完成定位、成像、环境重构等 低空经济下游应用场景基础功能。根据IMT-2030(6G)推进组《通信感知一体化技 术报告》，无线通信对感知信息进行传递和汇聚，可以拓展感知服务的广度、深 度，提高感知服务的时效性。基于通信与感知融合技术可提供高精度定位、高分辨 率成像以及虚拟环境重构等高效的感知服务，可以有效构建数字孪生环境。

协同感知能力极大程度提升了无人机的组网探测能力。通过无线通信将多架无人机 组网，形成无人机网络，融合多架无人机的传感数据，使无人机网络的协同感知区 域远远超出单个无人机的感知区域的限制。同时多节点协同感知能力也增强了特殊 场景下无人机的服务功能，根据IMT-2030(6G)推进组《通信感知一体化技术报 告》，通感一体化技术的多节点协同感知功能可应用于克服遮挡、节省网络/终端 能耗、保障业务连续性、提高感知准确性、增强信息完整性等多类场景。

在应急救援场景，无人机需要充当侦查感知与通信功能一体化的空中基站。根据中 国通信协会《通感算一体化网络前沿报告》，未来无人机可能作为各种应急场景的 空中基站，如灾难救援等场景，在此类用例中，通信和感知是一对基本功能。现有 无人机已实现“通信中继”功能，配合感知功能可实现更高效的应急功能。根据中 国消防公众号2021年5月14日文章《演习系列解读稿之二 | “翼龙”无人机化身空 中基站》，翼龙无人机飞抵灾区后，可定向恢复50平方公里的移动公网通信，建立 覆盖15000平方公里的音视频通信网络，能够保障安全环境专网通信。其同时集成 了光电吊舱、合成孔径雷达等侦察载荷，以及机载卫星站、公网移动通信基站、宽 带自组网设备、PDT集群基站等通信载荷。兼备侦查感知与通信功能。

通感一体化可利用基站部署密集的优势进行无人机的监视，实现连续的探测、定位 及识别。根据IMT-2030（6G）推进组《通信感知一体化技术报告》，传统地面雷 达感知部署成本较高，且在城市环境中由于各类建筑物遮挡原因探测效果不佳，较 难实现对于无人机的连续探测、定位及识别。未来通感一体化系统可以充分发挥基 站广泛和密集部署等优势，对覆盖范围内移动目标进行全空域连续探测，定位、识别并跟踪侵入到范围内无人机，防范非合作无人机导致的各类事故。

（三）监视雷达：雷达系统组网可对通航低空目标监视进行完善和补充

在空管雷达上，分为一次及二次雷达，可监视空域雷达波覆盖范围内所有航空器的 精确位置。据《浅析A/C模式与S模式二次雷达技术》（刘婷婷，中国新通信， 2020年），一次雷达为主动式监视设备，只能发现目标、不能判别敌我属性；二次 雷达在一次雷达基础上发展而来，通过设计和使用询问-应答的方式来探测目标位 置，一般由地面设备（实现询问功能）和机载设备（实现应答功能）两部分组成。 其工作路径为地面雷达发射出询问信号，机载应答机接收到询问信号，对信号进行 分析后做出回答，并将编码信息发送给询问雷达，地面从回答信号中解出飞机的代 号、高度、距离和方位，从而实现对飞机的定位、跟踪、指挥和监控。机上应答机 分A模式、C模式和S模式，A模式只回答身份信息，C模式在飞机的身份信息外， 还提供飞机的高度，S模式进一步提供空速、地速、航向等信息，系统精度更高、 抗干扰能力更强、传输信息量更大。 据《低空探测与监视管理技术》（秦琨等，2023年），未来雷达探测技术的发展 将突破传统思维的束缚，向二维多视角布局、多探测器共形构型和多维信号空间处 理方向发展。可能会出现扁平网络化多站雷达、共形相控阵雷达；信号处理技术开 始使用跟踪后检测，距离-方位-时间三维跟踪检测，三维合成孔径成像，距离-方位 -时间三维处理，多波段、多极化、多波形等构成的多维信号空间处理技术等，并 且开始向网络化与多平台联合、认知与智能的方向发展，最终将走向探测、干扰、 通信的综合一体化。

低空监视雷达系统组网可对通航低空目标监视进行完善和补充。根据《低空监视雷 达网在通用航空监管中的应用》（高龙，2017年），低空监视雷达网指将多部雷达 按一定的配置方法进行部署，不同的雷达分别对合作/非合作目标进行探测和跟踪 并进行数据互通。在通航监管场景下，其可以实现通用航空开放空域低空目标监 视、提供多类信息服务、高系统可靠性及低成本设计、地理信息系统（GIS）叠加 定位、现有民航空管系统数据共享等，在低空领域可实现对低空空域监视环境空白 的填补。根据《X波段低空监视一次雷达技术研究》（许旭等，2014年），利用多 台X波段雷达进行组网，并设计智能化的组网信息处理平台和应用环境，使得每一 个节点都具有信息发布能力、外部信息获取能力等信息处理能力，可弥补单台雷达 故障时的空域覆盖空缺问题。

（四）导航系统：以北斗为核心的组合导航实现高精度定位

导航系统方面，涉及的相关技术有雷达导航、卫星导航、视觉导航等，其中北斗导 航系统及其相关组合和GIS技术或有重要应用。针对低空飞行器，涉及技术包括基 站定位技术、卫星导航技术、雷达导航、视觉导航和惯导等。目前广泛应用的是GNSS（全球卫星导航系统，包括 GPS、北斗等在内）/IMU（惯性测量单元）组 合导航手段，但在城市超低空运行环境中，飞行器卫星导航定位系统受到干扰是事 实存在的，因此对于超视距运行的轻小型飞行器必须要面对信号易受城市电磁环境 和建筑物遮蔽影响这一可能，一般会考虑增加视觉导航、基站辅助定位等手段作为 其冗余备份的导航手段。在北斗导航方面，北斗技术有望成为我国通用航空器的标 配应用。北斗导航技术的应用当前也在我国多个低空发展规划文件中被提及，根据 《通用航空装备创新应用实施方案(2024-2030年)》，北斗将成为我国通用航空器 的标配应用。同时，北斗导航也可与低轨卫星结合实现更高的定位性能，据《北斗 +低轨通导一体位置服务网络与低空经济应用》（贾诗雨，信息通信技术，2023 年），低轨导航信息增强服务、低轨快速精密定位服务北斗+低轨通导一体化位置 服务网络都以北斗三号为核心，其他的低轨通导一体化位置服务都是在其基础上的 补充、改正、增强和改进，以为低空飞行器提供“泛在、精准、可信”的位置服 务。另外北斗系统的RDSS通信服务也可以作为卫星通信服务的备份手段，提高低 空通信服务的容量。在GIS应用方面，面对低空复杂的交通网络以及飞行高度低导 致的对地形、地物、电网、高塔等精细要求，在低空空域管理系统建设上，GIS能 提供可直接交付的智能化、实时化的三维地理信息系统，助力监管部门在管辖范围 内开展低空航路监管、低空飞行器监测、飞行计划审核等工作。

三维场景地图在低空导航及航线控制方面有重要作用。根据《基于数字地图的高速 无人机低空航线控制系统设计》（王小青等，2021年），高速无人机低空航线飞行 时由于其高速特性给控制系统设计和航线设计带来巨大挑战，文中提出需要在数字 地图中拾取预设航线区域中的障碍信息如高山、树木、高压线塔等，并且分析三维 地图记录的飞行仿真高度数据，确保飞行航路的高程安全性和控制稳定性。城市三 维航图的绘制构建需要卫星遥感影像参与，根据《基于三维可视化空中走廊体系的 城市低空空域航图绘制研究》（冯登超等，2018年），低空航图是低空空域监管中 的重要技术保障，但当前我国通用航空航图绘制研究中多数航图绘制以中高空飞行 航路图、标准仪表进近图和目视飞行航图为主。而在绘制航图时，需要选用具有高 分辨率、大尺度的卫星遥感影像以保证对航图信息较好的解译提取，并对遥感影像 进行正射校正、图像配准、图像融合等预处理操作。

四、展望：从技术特点及发展阶段视角讨论未来低空通 感可能的发展趋势

（一）背景： 参考美国，数据为未来低空通信监视能力提高关键驱动力

建立统一标准化的低空智能基础设施是降低低空经济运营成本的关键。根据《低空 经济发展白皮书(2.0)全数字化方案》，建设低空智能融合基础设施是高质量发展低 空经济的核心和基础，深圳已经开始建设低空智能融合基础设施的“四张网”，包 括“设施网”、“空联网”、“航路网”和“服务网”。其中设施网指支撑低空飞 行业务的各种物理基础设施，空联网指通信、导航和感知等信息基础设施；航路网 指提供空域和飞行数字化管理和服务能力的核心平台；服务网指组合数字化管理和 服务能力而构建的赋能各低空经济管理和业务主体的应用。

无人机的有效管理需要通信与感知两方面的能力。根据中国移动《低空网络信息服 务能力白皮书》，为实现对无人机的有效管理，需要监管者能在任何时间任何地点与任何无人机保持低时延的双向通信。其中在“看得见”功能中，需要全方位、实 时地了解无人机运行情况，包括无人机位置、高度、速度等信息，而对于无人机状 态的了解需要感知探测能力进行保障。

低空监管为低空经济重要的基础设施。根据《通用航空装备创新应用实施方案 （2024-2030年）》，通航装备的应用需要加快推动基础支撑体系建设，其中提到 需要推动试点地区政府与企业在低空监管服务基础设施、网络规划建设等方面协 同。根据交通建设与管理公众号2023年11月23日文章《【专题策划】孙永生：有 效监管是激活低空经济的不二法门》，其中提到低空飞行的关键在于如何解决低空 安全，而低空安全取决于如何实现对飞行器尤其是无人机飞行的有效监管。 政策推动空管现代化发展，综合航行性能为未来核心聚焦点。根据中国民航报 2022年10月文章《智慧民航渐行渐近 全球空管现代化加速进行时》，空管现代化 是智慧民航的重要内容之一。而新一代航空运输系统与传统以地面系统为核心的空 管系统相比，其主要技术变革体现在数据通信、卫星导航、多源监视、全系统信息 管理和协同决策。

UTM是保障全球无人机安全经济运行的重要系统。根据《NASA无人机交通管理系 统飞行验证试验概述》（王茂霖，2021年），美国航空航天局(NASA)于2013年提 出无人机交通管理(UAS Traffic Management,UTM)的概念，旨在对低空空域内的 无人机大规模安全运行进行管理和提供服务。根据中国法学会航空法学研究会公众 号2023年10月30日文章《刘徽 | 全球典型国家和地区无人驾驶航空器服务提供体 系发展动态》，国际民航组织认为UTM需要如空域环境监测、地图服务、无人机的 飞行信息交互报送服务等12项基础功能。

高水平的通信与感知能力是NASA四级技术水平UTM的核心增量需求。根据 《NASA无人机交通管理系统飞行验证试验概述》（王茂霖等，2021年），NASA 将UTM的开发验证分为4个阶段，分别于2015/2016/2018/2019年完成相关的试飞 验证。其中三级技术水平阶段的主要研究目标是验证无人机通信相关的关键技术； 而四级技术水平是收集数据，以了解在城市环境中安全实现大规模超视距无人机运 行的要求。

数据为未来低空通信监视能力提高的关键驱动力，美国“4+1”无人机监管体系值 得借鉴。根据《低空飞行服务保障体系建设总体方案》，其中提到要深入挖掘低空 监视数据在通航领域的多种应用，不断拓展低空监视能力，为低空空域管理与服 务、国家安全监控体系和通用航空运行提供数据支持。根据天翼智库2024年1月24 日文章《美国“4+1”无人机监管体系助力“低空经济”发展》，美国UTM系统可借 助其监测数据，实现协助超视距操作的无人机使用者，也能有效地进行整体的无人 机监管。同时允许无人机系统与空域管理系统进行数据共享和通信，从而增强空中 交通的可视性和透明度。我们认为在低空复杂场景下，低空监视能力的提高需要多 维度数据进行支撑。

（二）技术特点： 各技术路径中 ADS-B 与 5G-A 综合性能较强，或为 未来主要发展方向

ADS-B技术相比于传统监视技术路径，在建设成本和监视性能方面均有一定优 势。根据《ADS-B在民航空管系统中的应用》（刘云鹏，2021年），ADS-B技术 应用于航空交通管制过程，能够在无法部署雷达的部分区域为飞机高空飞行提供优 于雷达的判别标准的虚拟雷达管制服务，从而拓宽雷达的实际覆盖范围，也就是在 不建设其他雷达基础设施条件下，以较低的成本增强整个飞机管控系统监控能力， 提高飞机航行路线的整体容量。根据《基于ADS-B的通用航空监视系统规划》（耿 文博，2022年），ADS-B技术从探测范围、定位精度、更新周期、建设成本等方面 更具优势，同时在建设成本方面，如二次雷达等必须要安装天线，建设地面站等基 础设施，受地形影响相对较大，且单台雷达成本较高，以终端区60NM（海里）半 径为例，ADS-B建设成本仅38万美元，而对应一二次监视雷达及多点定位监视技术 价格通常在数百万美元。在数据获取与传输能力方面，根据《星基ADS-B系统与传 统监视手段对比研究》（罗云飞，2022年），一次雷达不具备数据传输能力。二次 雷达询问重复频率一般为 150～400Hz，其中 A/C 模式的应答码仅12位，而S 模 式询问/应答信号数据长度可达56位（短报文）或112位（长报文）。使用S模式数 据链的ADS-B的最大数据长度达到112位，通信速率可达 1 Mibit/s，报文发送间隔 为 1 s。同时相比于一二次雷达获取的相对较少的状态信息，ADS-B 可以获取基 于 WGS-84 坐标系的三维位置、速度，飞机转向标识、垂直速率、空速、地速、 磁航向等状态矢量信息，以及航空器是否具备精密进近着陆能力等信息。

通感一体化技术在现代低空领域中展现出相较于传统雷达系统的显著优势。根据 《通感一体化关键技术与应用》（李萍，2023），通感一体化方案通过共享硬件和 频谱资源，提升了频谱利用效率并降低系统成本；利用高频频段和大规模天线阵 列，实现了更高的感知精度和空间分辨率，性能得到提升；波束赋形和信号分离算 法等信号处理技术，进一步增强了其复杂环境中的感知能力和抗干扰性。在智慧低 空领域通感一体方案较传统雷达解决方案在部署成本、频谱资源复用、感知范围等 领域有强优势。

通感一体化技术可实现系统及频谱资源的协同与共享，降低系统复杂性和成本。系 统端，根据《通感算一体化网络前沿报告》，通感一体化技术允许通信和感知功能 在同一硬件平台上实现，通过共用射频收发器、天线阵列等关键硬件组件资源的协 同与共享，实现多维感知、协作通信、智能计算功能的深度融合、互惠增强，减少 了额外硬件的需求，降低了系统的复杂性和成本。频谱端，根据《通感一体化融合 的研究及其挑战》（高飞，2022年），传统雷达工作范围在400 MHz到77 GHz。L 波段、S波段、C波段雷达主要运用于长/中距离检测、空管雷达、天气检测等；X 波段雷达主要运用于机载雷达，可以很好地在雷达尺寸和检测性能中得到均衡；无 人驾驶雷达的工作频率在24 GHz、74 GHz、77 GHz和79 GHz，THz频段，可以 赋予系统特有的感知能力。而通信系统从2G到6G的太赫兹研究，在频率上和雷达 及太赫兹感知有着相近或者重叠的频谱。而通感一体化技术能够在同一个硬件平台 上同时实现通信和感知功能，通信和感知功能共享频谱资源，提高无线频谱的利用 效率。

（三）发展趋势：多技术融合“各司其职”，中短期政策规划或推动技 术建设进程

1. 中短期看，政策推动或推动各技术路径建设进程

从顶层政策到地方规划，通导监能力建设是低空发展绕不开的关键词。从顶层政策 看，《民航局关于通用航空发展“十四五”规划》、《通用航空装备创新应用实施 方案（2024-2030年）》等低空通航顶层政策规划均提到了低空通信、监视等能力 的建设 。具体到地方规划，《深圳市支持低空经济高质量发展的若干措施》、 《深圳经济特区低空经济产业促进条例》、《龙岗区关于促进低空经济产业发展的 若干措施(征求意见稿)》等地方规划性文件也对低空通导监功能基础设施的建设给 出具体规划方案。

监视方面，多地低空经济政策中提及ADS-B技术应用，或加快ADS-B技术在低空 领域应用进程。根据中国民用航空局2018年9月关于印发《低空飞行服务保障体系 建设总体方案》的通知，其中提到推动以北斗数据为基础，融合北斗短报文 （RDSS）、广播式自动相关监视（ADS-B）数据的低空监视信息平台建设，实现 对通用航空器低空飞行的实时监视。同时近期安徽省、浙江省等地区低空经济政策 文件说明全国多地已经布局ADS-B系统，强调了ADS-B技术对于加强低空设施建 设、优化空中交通管制、推进飞行保障体系建设、促进低空经济发展的关键作用。

通感方面，5G-A低空验证加速，上海规划于2026年建成低空飞行航线全域连续覆 盖的低空通信网络。根据《上海市信息通信业加快建设低空智联网 助力我市低空 经济发展的指导意见》，到2026年初步建成上海低空飞行航线全域连续覆盖的低空 通信网络，同时具备叠加感知升级能力。同时根据中国电信及中国移动微信公众 号，中国电信及中国移动5G-A基站已在多地加速验证，如深圳将落地最大规模密 集城区5G-A低空通感网，南京已组建低空感知连片网，芜湖开通了首个基于5G-A 技术的毫米波基站。

2. 中长期看，各类技术的融合使用及卫星互联网、毫米波技术建设或赋能低空通 感

以“星链”为例，无人机卫星通信已在军事领域有所应用。根据《星链技术在无人 机作战中的应用研究》，星链计划计划于2019至2024年再太空搭建由4.2万颗卫星 组成的星链网，而美军曾利用星链系统进行无人机指挥测试，可将完整杀伤链时间 缩短至二十秒内，并使操作员同时指挥大量无人机执行集团化行动成为可能，同时 自乌克兰危机以来，星链系统已与无人机进行了一定程度的融合。 从俄乌冲突最新的无人机应用为鉴，“星链”对于无人机远距离链路通信有较强优 势。根据《星链技术在无人机作战中的应用研究》（曹渊哲，2023年），星链技术 可以较好的解决现有的无人机远距离链路通信路径损耗大的问题，星链卫星低轨部 分使用V波段，以其低轨道、高密度优势，可以最大限度在保证无人机作战半径情 况下，实现低衰减、大容量、低延迟通信。而Wimax标准下的无线城域网技术信号 传输半径只能达到50km，一般的航空数据链路要求覆盖360km的范围。 无人机在军事领域可用作为战术无人中继平台和有人机之间的“数据神经元”。 2014年DARPA发布的体系集成技术和试验项目计划研究了一种灵活快捷的方式， 将单个武器系统的能力分散加装到多个有人和无人平台上去,并使其快速成为战斗 体系。这为有人机和无人机的协同提供了新思路，即一架有人机与多个无人平台协 同，在无人平台上装载可以为有人机提供服务的载荷，如电子对抗、通信设备等。

“5G+卫星”已有实际应用方案，可保障300~6000米空域安全运营能力。根据中 信海直微信公众号2024年1月30日文章《“5G+卫星”，中信海直推出业界首个天 地一体化网络》，中信海直联合中国电信和中国信通院，构建了业内首个自主可控 的“5G+卫星”海陆空一体化网络，通过北斗卫星、天通卫星和5G网络融合终端， 实现作业区、航路区全程可控，支持通航视频、语音、报文等业务场景应用实时通 信，保障了300~6000米空域的安全运营能力。中信海直运行指挥中心主任张瑾表 示，“5G+卫星”的解决方案可将直升机机载设备改装成本降低60%以上，通信成 本降低90%以上。解决方案提升了通用航空在陆地航线定制优化、海上航线覆盖增 强、实机适航改造方面的能力，能满足多个场景的业务承载需求。

“5G+低轨卫星”技术路径可使5G信号实现更广的覆盖范围。根据人民邮电报公 众号2020年12月《当5G遇上卫星——中国联通与航天科工完成国内首个“5G+低 轨卫星”融合网络业务演示》，中国联通和航天科工在基于中国联通5G网络的星 地融合通信实验组网架构下，成功实现端到端移动业务展示。根据航天科工空间工 程公司副总经理李艳彬表示，借助卫星互联网，5G信号不仅能够覆盖城市、乡 村，还能够覆盖天空和海洋。根据华为《6G：无线通信新征程》，其提出当前5G 的卫星系统仍然以独立系统形式出现，而6G则有望实现全球覆盖并具备按需覆盖 能力，卫星星座可以成为一种新的网络节点。 卫星通信低延时、宽带化成为发展趋势，各项指标有望接近地面移动通信。根据中 国科普网2023年12月1日文章《手机直连卫星宽带，会让我们永不失联吗？》，目 前马斯克的“星链”系统测试版宽带互联网的下载速度达到50—150Mbps，延迟只有40—20毫秒。而华为正在研发的卫星宽带理论最高速度达到600Mbps，上行最 高135Mbps。

高通量卫星技术拓展卫星应用场景，高传输能力可赋能低空通信场景。高通量卫星 (High Throughput Satellite，HTS)是一种具有高速数据传输能力和大容量通信能力 的卫星系统，技术上采用多点波束、频率复用、高波束增益等技术，实现基于有限 的频率资源达到大容量、高速率通信，容量较常规通信卫星高出数倍甚至数十倍。 根据中国航天科技集团2024年4月8日文章《助力低空经济发展，卫星通信将大显 身手》，亚太星通的卫星通信技术可以为低空经济提供强大的通信支持，不仅有助 于实现遥控和数据监测，还可提供高速数据传输服务。在未来，亚太星通还可支持 智能化交通管理，实现对飞行器位置和状态等信息实时监控，提升安全性和效率， 助力低空经济发展。

技术特点方面，毫米波在探测无人机方面有天然优势。根据慧智微电子公众号 2023年2月7日文章，毫米波一般是指电磁波频率近似在30GHz到300GHz频段范围 内的电磁波，由于此频段电磁波在真空中的波长大约在10mm~1mm之间，波长处 于“毫米”量级。根据《中国移动低空网络信息服务能力白皮书》，毫米波高频探 测在实现无人机探测感知方面具有明显优势。毫米波波长较短，可探测更小物体； 带宽大（最大400MHz）可实现较高分辨率；再次基站波束更窄，探测精度更高。 同时根据《Millimeter-Wave Vehicular Communication to Support MassiveAutomotive Sensing》（J. Choi et al.，2016年），毫米波频段非常适用 于自动驾驶等对通感功能同时具有高要求的移动场景。

毫米波大带宽可满足未来无人机集群的宽带通信要求。相比于6GHz以下通信频 段，30GHz~300GHz的毫米波有着近50倍的频谱资源。根据Ookla SPEEDTEST 提供的通信速率显示，相比于4G LTE，5G Sub-6GHz网络可提供5倍的速率提 升，而5G毫米波网络，可实现20倍速率的明显提升。毫米波较大的带宽在未来无 人机集群式作业的技术趋势下可较好支撑其通信需求。

毫米波系统更容易小型化，相关终端更适用于低空飞行器低载重飞行。根据电子发 烧友网公众号2023年11月14日文章《毫米波器件性能提升成本下降，发展多样应 用》，毫米波波长要比低频率波波长短很多，而天线尺寸与电磁波波长成正比，因 此毫米波天线的尺寸要比低频率天线小很多。尺寸小，更容易集成，毫米波系统实 现小型化也相对容易。对于低空飞行器而言，其对于机载通信感知终端的重量要求 较一般汽车及民航飞机要求更轻，毫米波小型化系统或更适用于低空飞行器的低载 重飞行。 毫米波与相控阵技术的结合可以实现远距离的定向传输，可以在卫星通信领域使 用。根据东南大学官网文章《大规模集成相控阵 解决毫米波传播距离短难题》， 毫米波的传播距离短这一问题的解决是毫米波能否用于卫星通信的关键点，而相控 阵技术可以使信号沿着某个方向集中传播，将能量集中在相对统一的方向上，从而 延长传播距离。根据慧智微电子公众号2023年2月7日文章《今年，是时候了解 “毫米波相控阵”了》，Starlink Dish圆盘中密集排列了1280个天线阵列单元，实 现高指向和快速扫描的毫米波相控阵系统。

综上我们认为，从中长期来看，我们认为伴随5G-A、6G技术的逐渐发展普及，以 及我国低轨卫星星座的建设发展，各技术路径有望呈现融合发展态势，在技术特 点、应用场景等方面形成优势互补。根据广发军工小组2024年5月10日对外发布报 告《新视角·低空经济系列（三）：万亿蓝海蓄势待飞，空管系统率先启航》，如 星基ADS-B技术、北斗+通导一体、北斗+智能5G宽带自组网技术等融合技术体制 或为未来低空管理系统的技术发展趋势。我们认为此类融合技术体制的发展需要一 定的基础设施建设进行支撑，如我国低轨卫星星座及毫米波技术建设等，各类技术体制的演进及基础设施的发展有望对低空通感需求提出新的解决路径。

编辑：火腿肠