低空智联网技术体系白皮书

>>> 2024 中国移动通信集团有限公司 前言 低空经济作为战略新兴产业，将成为新的经济增长引擎，信息服务是推动低空经济快速规模化发展的关键，低空智联网是推动低空信息服务高质量发展的基石。 中国移动全力打造低空经济信息基础设施。已建成全球规模最大的4G/5G网络和星地一体高精度定位网，打造业界领先的实验室测试平台和最大规模的4.9GHZ+毫米波通感一体试验网，研发业界领先的无人机智能管控平台“中移凌云”，创新构建“通感一体，智能管导”的低空智联网技术体系，为构筑全域可靠的通信、多维立体的感知、高效可控的管控、智能精准的导航奠定了重要的技术基础。 本白皮书勾画了中国移动低空智联网的发展愿景和技术发展规划，为产业在网络技术发展、技术引入规划和产品解决方案设计等方面提供参考和指引，同时希望能够与合作伙伴们共同探索、集思广益，以低空经济信息基础设施的全方位突破与革新，助力低空经济腾飞。 本白皮书的版权归中国移动所有，未经授权，任何单位或个人不得复制或拷贝本建议之部分或全部内容。 本报告由中国移动研究院、中国移动成都产业研究院、中国移动上海产业研究院联合撰写。感谢华为、中兴、中信科、爱立信、诺基亚、鼎桥、MTK展锐等公司在撰写过程提供相关素材及数据支持。 1.低空经济发展趋势01 1.1.多元化011.2.智能化011.3.生态化02 目录 2.低空信息服务需求EO 2.1.低空通信EO2.2.飞行导航042.3.空城监管04 3.低空智联网现状及挑战50 3.1.技术内涵503.2.发展现状503.3.面临挑战06 4.1.端到端网络架构07 4.2.通信关键技术08 4.2.1.空地协同新覆盖084.2.2.干扰控制新机制104.2.3.切换增强新策路114.2.4.飞控业务新保障124.2.5.可信接入新认证124.2.6.集群通信新管理13 4.3.感知关键技术14 4.3.1.灵活部署新架构144.3.2.混合波形新空口154.3.3.超级张角新硬件164.3.4.高精感知新功能174.3.5.通感协同新组网184.3.6.感知评测新模型18 4.4.管控关键技术，19 4.4.1.数字化空域底座194.4.2.可信身份鉴权授权204.4.3.全生命周期管理214.4.4.感知能力一体化调度214.4.5.监视服务智能化22 4.5.导航关键技术23 4.5.1.基于北斗的高精度定位234.5.2.北斗短报文融合通信254.5.3.北斗授时时间同步264.5.4.时空数字化位置底座274.5.5.时空大数据28 5.总结与展望29 缩略语列表30 参考文献31 1.低空经济发展趋势 低空经济是指在3000来以下，以低空空域为依托，以各种有人和无人驾驶航空器的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[1-3]。近年来，随着低空飞行相关技术装备的逐步成熟、产业链供应链体系的持续形成、应用场景的不断丰富，低空经济这一新兴产业形态愈发受到国家高度重视。 在国家层面，2021年2月，中共中央、国务院印发《国家综合立体交通网规划钢要》、提出“发展交通运输平合经济、纽经济、通道经济、低空经济”，首次将“低空经济”概念写人国家规划。2023年12月，中央经济工作会议明确提出“打造生物制造、商业航天、低空经济等若干战略性新兴产业”。2024年3月全国两会《政府工作报告》再次强调“积极打造生物制造、商业航天、低空经济等新增长引擎”，“低空经济”首次被写入政府工作报告，并被纳入新质生产力的范畴。在地方层面。全国各省市积极响应，纷纷加快布局低空经济发展。广东省人民政府刃公厅印发了《广东省推动低空经济高质量发展行动方案（2024-2026年）》，计划三年内打造世界领先的低空经济产业高地。北京市人民政府经信局发布《北京市促进低空经济产业高质量发展行动方案（2024-2027年）（征求意见稿）》。力争通过三年时间，实现北京低空经济相关企业数量突破5000家。据不完全统计，截至目前已有29个省（市、自治区）将发展低空经济写入政府工作报告，相继出台了共207项支持性政策，竞逐“天空之城”。 2023年，我国低空经济市场规模已超5000亿元[2,4]，据中国民航局测算，到2025年，我国低空经济市场规模将达1.5万亿元，到2035年有望达到3.5万亿元5]。随若顶层设计的逐步完善、政策支持的持续加力、市场规模稳步增长，我国低空经济即将迈入快速发展期，呈现出“多元化、智能化、生态化”的发展趋势。 1.1.多元化 “多元化”应用拓宽行业边界。低空经济不再局限于传统的航空运输，而是深入物流配送、应急救援、环境监测、空中游览等众多领域，形成丰富多元的应用矩阵。无人机物流的快速发展，使得偏远地区的配送难题得以破解；空中游览项目的兴起，则为旅游行业带来了全新的体验维度。 1.2.智能化 “智能化”技术驱动产业升级。随若人工智能、大数据、5G等前沿科技深度融合应用，低空飞行器的自主导航、智能调度、数据分析能力大幅提升，推动低空产业向更高效、更安全的智能化方向迈进。另外，智能算法优化空域管理，减少空中拥堵，确保飞行安全，同时降低运营成本，提升整体经济效益。 1.3.生态化 "生态化”模式构建协同体系。低空经济的发展强调产业间的融合共生，形成包含技术研发、制造生产、运营服务、政策监管等环节的完整生态链。地方政府与企业紧密合作，共同探索低空经济的政策创新与商业模式，推动产业链上下游协同并进，打造有利于创新涌现与价值共享的生态环境。 综上所述，低空经济正乘着“多元化、智能化、生态化”的浪潮，不断拓宽发展空间，深化技术应用，促进产业融合，不仅为全球经济增添新动力，也为人们的日常生活带来了前所未有的便捷与惊喜。 2.低空信息服务需求 低空经济产业链涵盖低空生产制造、低空基础设施、低空行业应用上中下游全产业链，产业链条长，价值潜力大。信息服务是低空经济的重要组成部分，我国在信息通信行业具有全球领先优势，有助于带动低空经济产业由初期的生产制造为主向未来的数智化运营服务快速演进。 通着低空经济应用场景的多元化，低空的信息服务的需求也日益增长，主要体现在以下三个方面：一是低空通信需求，主要是面回广域超视距的无人机数据和图像传输需求；二是飞行导航需求，主要是面向广域高精度的无人机定位需求；三是空域监管需求，主要是面向广域全类型的无人机感知与管控需求。这三大需求共同推动着低空信息服务行业不断发展，为低空经济的繁荣注入强大的动力与活力。 2.1.低空通信 通信构筑低空经济之基。在低空物流运输、城市巡检、安防监控等领域，对无人机网联通信有强然需求，主要需求是在无人机与地面站间进行数据传输（简称数传）或图像传输（简称图传）。数传是指传输无人机飞行控制和飞行状态等信息，特点是小数传包，但对网络连续稳定覆盖、传输时延和可靠性要求高。通常飞控类数传的端到端时延需求小于100ms，速率需求为百Kbps。图传是指传输无人机摄像头采集到的图像和视频等信息，图传数据以上行为主，具有大上行的特点，对于1080P和4K分辨率视频的典型速率要求分别为5Mbps和25MbpS。以下表1是低空通信典型应用场景及通信需求。 2.2.飞行导航 导航引领低空经济之路。在物流运输、应急救援、农业植保、电力巡检等领域，对低空飞行器的定位和导航提出了更高要求，包括实时精确定位和复杂环境稳定导航等。一方面是低空飞行器在执行精细化作业时（如测绘、农业喷酒、电力巡检），需要厘米级的高精度定位，以确保飞行线路及作业点准确，提高作业效率和安全性。另一方面是低空飞行器在飞行救援时，需要随时学握自身位置和状态，以便在复杂地形和恶劣天气条件下能够安全飞行。进一步需求飞行器路线追踪、偏航警告、位移警告等增强能力，为飞行引导提供全面支撑。 2.3.空域监管 监管守护低空经济之序。随若低空空域的开放，公安、民航、军队、交通局等管理部门，对无人机监管的需求发强烈，主要需求场景包括低空空域监管、要地安防、机场跑道入侵、物流航线监视等。一方面需要对合作类无人机进行监视与服务，检测已注册的合法无人机是否按规定路线合法飞行，感知无人机位置、高度、航向、速度等信息并反馈给管控平台，通过对各航线上无人机飞行状态信息的统计和分析，对无人机飞行路径进行实时调整，确保飞行有序可控。另一方面需要对非合作类无人机进行探测与反制，检测是否存在非法无人机入侵空或，即时发现并预警任何未经许可的“黑飞”入侵。当探测到空域中存在“黑飞”物体时，快速反馈给相关管理部门进行应急处理，确保空域安全。以下表2是低空空域监管的感知指标需求。 3.低空智联网现状及挑战 为满足以上三大低空经济信息服务需求，低空智联网应运而生。低空智联网是依托空天地一体化网络基础设施，以先进的信息通信、人工智能、大数据等技术手段，构建的网联化、数字化、智能化网络体系，旨在实现低空通信、导航、监管一体化服务。 3.1.技术内涵 第一，低空网联化，空地一体的网联化变革。通过整合地面蜂窝网、卫星系统等多种通信设施资源，确保低空网络全方位立体覆盖。进一步依托地面峰窝网实现探测感知与通信的协同作业，构建无缝连接、高度集成、功能丰富的低空网络，为无人机网联化管理提供稳定可靠的网络环境。 第二，低空数字化，空域与航线的数字化转型。借助先进的数字化技术，将低空空域转化为多层次、清晰可见的“数字道路”，为无人机飞行提供精准导航与规范指引，显著提升飞行的效率与安全性。 第三，低空智能化，感知与决策的智能化升级。利用智能感知技术，精准识别并区分不同飞行物，有效避免潜在冲突风险。同时，结合大数据分析和人工智能算法，实时分析和处理飞行数据，为用户规划并优化飞行路径，展现未来低空交通的智能化管理与服务能力。 3.2.发展现状 找国低空经济发展风刚起步，低空通信、导航、监管等技术发展尚不完善，传统点对点通信、卫星定位、低慢雷达等技术存在覆盖距离短、连续组网难、定位精度低、监管能力弱等问题。 传统无人机通信技术主要是点对点通信，采用WiFi等通信制式，仅能局域传输，无法连续组网，业务速率受限；部分企业新建私有广域通信网络，成本高，业务速率低，且无法服务其他企业；而网联通信可通过整体网络覆盖优势，实现广域超视距传输，能够满足高清视频等各类业务传输要求。 传统无人机导航技术主要是卫星导航，定位精度相对低，约10-30米；而基于网络级RTK（Real-timekinematic，实时动态载波相位差分技术）的高精定位技术，定位精度可达厘米级。主要通过地基增强基准站网，接收处理全球卫星导航系统数据，开利用高精度定位平合计算出误差信息，可服务请求用户实时播发位置修正值，从而在用户终端上实现动态高精度定位。 传统低空探测技术主要包含低慢雷达、光电探测、频谱探测等，产业相对成熟，但存在城区难覆盖、连续组网难、可靠性不高、产业生态分散等痛点问题；而通感一体技术，感知与通信共用资源、硬件、站址，具有可连片组网、性价比高的优势，但当前还处于初期发展阶段，存在技术标准空白、产业不成熟等问题。 3.3.面临挑战 通信网联化、定位高精化、通感一体化是低空智联网末来技术发展方向。面向未来发展，构建网联通信、高精定位、通感一体的低空智联网，还面临网络覆盖待增强、核心技术待突破、商业模式待探索三大挑战。 一是网络覆盖待增强。无人机飞控数据传输需要连续稳定的网络覆盖，图传业务对上行速率有较高要求，基于网络级RTK的高精定位需依托蜂窝网承载差分数据传送，仅靠现有的地面蜂窝网，较难满足低空网络立体覆盖要求；与地面蜂窝网相比，卫星系统具有覆盖广、成本低、可覆盖所有高度空域等优势，但存在通信容量低、产业尚不成熟的问题。低空丰富的业务场景和不同高度的覆盖需求、自由传播引起的强干扰等，导致低空网络覆盖方案异常复杂。 二是核心技术待突破。低空智联网面临低空广域连续覆盖需求强、飞控数据可靠性要求高、导航定位精度要求高、通感一体标准空白、实时监管难度大