（精选报告来源：报告研究所）
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
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