空天地一体网络 打造低空经济发展的“神经中枢”
随着无人机自主飞行技术与5G通信技术的快速发展，开放空域、推动低空经济的发展已成为各国政府和产业界的重要战略方向。低空经济是什么?如何实现低空飞行器的精准管控与可靠连接?它的未来发展趋势是什么?
低空经济：新质生产力典型代表
党的二十届三中全会明确提出，发展通用航空和低空经济。其中，低空经济是依托低空空域资源，以民用有人驾驶和无人驾驶航空器飞行活动为牵引，以各类技术融合创新为驱动，辐射带动相关领域和产业链融合发展的综合性经济形态。低空经济作为战略性新兴产业，涵盖航空器研发制造、基础设施建设运营、飞行服务保障全链条，是新质生产力的典型代表，具备极大市场价值。
低空经济的发展，将引领交通旅游、农林植保、物流配送、公共安全等诸多领域技术变革。在交通领域，电动垂直起降飞行器的研发与量产使得早晚高峰打“飞的”通勤成为可能，进一步缓解城市交通拥堵的问题。在农业领域，无人机可用于农作物监测、喷洒农药、播种，提升农业生产效率和质量。在应急救援领域，无人机具有快速部署、灵活机动的特点，能够克服山区、森林等复杂地理环境，迅速抵达重大事故现场，缩短响应时间，提高救援保障效率。在能源巡检方面，传统人工巡检效率低，安全风险高，无人机巡检可以迅速精确地获取电力设备运行状态信息，及时发现潜在故障和安全隐患。在城市管理中，利用无人机等低空载运装备搭载光电吊舱，拍摄高分辨城市影像，可以为有关部门提供详尽实时的数据支持，助力高效城市规划与安全保障。
通感融合：助力低空高效智联管控
低空经济的发展离不开低空网络通信能力与感知能力的支撑。一方面，低空监管平台、无人机机载数据的实时回传均依赖于可靠的通信网络。另一方面，无人机等低慢小目标的“黑飞”使得低空安防面临挑战，亟须建立高精度、低时延的感知网络。相比视觉感知，基于无线信号的感知方式受天气影响小，可以实现全天候的感知。
无线通信与无线感知原本是基于电磁波实现的两种功能，前者侧重利用电磁波承载信息的能力实现文本、音频、图像及视频数据的传输，以1G到5G移动通信系统为典型应用;后者则侧重利用电磁波在不同物体上的散射特性提取环境或目标的物理参数信息，以军用或民用雷达为典型应用。尽管无线通信系统与感知系统实现的功能及性能指标截然不同，二者均对信号的带宽提出越来越高的要求：根据香农信息论与检测估计理论，信息传输速率与参数估计精度均与信号带宽成正比。然而，受限于频谱资源的稀缺性，难以为通信系统和感知系统分配大量带宽。在此背景下，利用同一频段，基于统一信号同时实现通信与感知两种功能(通感融合)成为发展趋势。
尽管通信系统与感知系统的目标功能不同，但二者的硬件组成十分相似。同时，大规模天线技术以及毫米波/太赫兹等频段信号处理技术的发展也为通感融合的落地奠定了基础。随着通感一体信道模型、空口新波形的不断演进与突破，未来6G移动通信网络将从单一通信功能扩展为通信与感知双功能，实现一网双能，驱动相关产业升级。
通感融合网络的规模化部署将为广域低空智联管控提供关键支撑，保障低空节点能够被“看得见”“呼得着”“管得住”。首先，针对低慢小飞行目标易受遮挡、难分辨的问题，复用蜂窝网络的通感融合技术为多点协作感知提供支撑，通过聚合来自多个视角的感知信息，可以有效减少感知盲区，获得更高的检测概率与感知精度，保障低空节点在复杂恶劣环境和天气条件下可以安全飞行。进一步，基于低空节点位置信息与环境感知信息，通过低空网络拓扑构建、干扰特性分析与资源高效分配，可以有效缓解空域资源竞争，保障稳定可靠连接。最终，基于广域感知与通信上报信息，综合利用人工智能手段，建立低空空域三维数字化信息系统，健全可靠运行识别机制，有效支撑低空飞行的安全监管体系，提升低空空域管理效能。
空天地一体：低空经济的未来趋势
由于传统移动通信网络服务主体为地面用户，基站波束通常为向下倾斜，导致单一基站感知盲区较大。尽管利用多站协作技术可以显著消除盲区，随着低空应用的深入发展与空域范围的不断延伸，仅依赖地面网络完成低空智联监管将面临挑战。与地面移动网络相比，卫星系统具有覆盖广、成本低、可覆盖所有高度空域等优势，可以为城市、偏远地区、海洋、沙漠等不同场景的低空节点提供泛在连接支持，提升导航定位能力，是补足低空经济技术短板的关键。为实现卫星网络与地面网络的平滑互通与集成，国际标准化组织3GPP在其第17版标准中引入了对非地面网络的支持，从而开启了天地一体网络发展历程。
根据距离地面高度的不同，卫星可分为高轨、中轨、低轨三类。其中，高轨卫星相对地面静止，因此组网简单、信号传输稳定，可以为全球提供精准导航服务。而低轨卫星距离地面更近，具有传输损耗小、传输时延低、传输带宽大等优势，是实现天地一体的重要平台。当前，我国在高轨卫星网络建设方面已建成天通一号卫星移动通信系统，在低轨卫星互联网星座建设方面推出“鸿雁星座”“虹云工程”“星网工程”等计划，并相继发射成功，标志着我国天地一体网络建设的重要进展。
在此背景下，构筑以地面通感一体网络为主、卫星网络与民航专网为辅的低空智联监管网，实现广域可靠通信、智能精准导航、多维立体感知的高效协同，满足低空经济场景下各类飞行器“高密度、高频次、广覆盖、大连接、低时延、高安全”作业需求，可以有效助力低空经济产业发展。
2024年是国内低空经济发展元年，也是5G-Advanced商用元年，以通感融合为代表的新兴技术已展现其在低空经济领域的应用前景，空天地一体网络将成为低空经济发展的“神经中枢”，提供从广域连接到精细感知的全方位支持。展望未来，从便利到安全，从生产到生活，低空经济的发展将深刻改变人们的生活方式，推动社会向智能化迈进。
(作者系北京理工大学信息与电子学院教授)
