自動相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）在民航的應(yīng)用前景分析

崔盟霞 王 杰

（民航河南空管分局技術(shù)保障部，河南 鄭州451162）

自動相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）在民航的應(yīng)用前景分析

崔盟霞 王 杰

（民航河南空管分局技術(shù)保障部，河南 鄭州451162）

文章通過對ADS-B原理及組成的介紹，分析了其核心技術(shù)的優(yōu)缺點，以此為依據(jù)提出目前ADS-B的發(fā)展目標(biāo)及其在民航中的應(yīng)用前景。

監(jiān)視；自動相關(guān)；ADS-B；GNSS；數(shù)據(jù)鏈

（一）監(jiān)視系統(tǒng)概述

空管一次監(jiān)視雷達(dá)屬于獨立非協(xié)同式監(jiān)視，依靠地面設(shè)備自行完成對目標(biāo)三維坐標(biāo)參數(shù)的獲取。主要包括遠(yuǎn)程空管一次監(jiān)視雷達(dá)、近程空管一次監(jiān)視雷達(dá)和場面監(jiān)視雷達(dá)。

空管二次監(jiān)視雷達(dá)和多點定位屬于獨立協(xié)同式監(jiān)視，依靠地面設(shè)備和目標(biāo)的共同作用完成對目標(biāo)三維坐標(biāo)參數(shù)的獲取。其中，空管二次監(jiān)視雷達(dá)主要包括A/C模式和S模式；多點定位包括多點區(qū)域定位系統(tǒng)和廣域多點定位系統(tǒng)。

自動相關(guān)監(jiān)視屬于非獨立協(xié)同式監(jiān)視，依靠全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）對目標(biāo)進(jìn)行定位，由目標(biāo)獲取導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)信號計算出自身的三維坐標(biāo)參數(shù)后，通過數(shù)據(jù)鏈傳送至地面管制系統(tǒng)。包括契約式自動相關(guān)監(jiān)視（ADS-C）和廣播式自動相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）。

（二）ADS-B原理及組成

ADS-B技術(shù)是由機(jī)載衛(wèi)星定位接收機(jī)獲得飛行器的位置，并由機(jī)載設(shè)備主動向地面和鄰近飛行器廣播其自身識別號、飛行高度、飛行速度、當(dāng)前位置，供外界對其進(jìn)行監(jiān)視的一種技術(shù)手段。

機(jī)載接收設(shè)備利用 GSM/GPS終端或北斗機(jī)載用戶機(jī)等機(jī)載設(shè)備獲取飛行器的位置信息，并對信息進(jìn)行整理，利用數(shù)據(jù)鏈路發(fā)送到地面接收設(shè)備；地面接收設(shè)備通過地面線路將飛行器的位置信息發(fā)送到空域運行管理服務(wù)系統(tǒng)的監(jiān)視信息處理系統(tǒng)，監(jiān)視信息處理系統(tǒng)將收到的信息進(jìn)行處理并送低空空域監(jiān)視席位；機(jī)載接收設(shè)備將飛行器的位置信息送到機(jī)載顯示終端顯示相關(guān)的信息。如圖一所示：（CDTI Cockpit Display of Traffic Information 駕駛艙交通信息顯示）

圖1 飛行器及其地面臺相互監(jiān)視工作原理

（三）廣播式自動相關(guān)監(jiān)視優(yōu)、缺點

優(yōu)點：提供更多的監(jiān)視目標(biāo)信息，通過差分技術(shù)可獲取非常高的定位精度，數(shù)據(jù)更新率快，建設(shè)、運行維護(hù)成本低。

缺點：由于其依賴全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）對目標(biāo)進(jìn)行定位，所以廣播式自動相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)本身不具備對目標(biāo)位置的驗證功能，如果航空器給出的位置信息有誤，廣播式自動相關(guān)監(jiān)視地面站設(shè)備（系統(tǒng)）無法辨別。在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)失效情況下，廣播式自動相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)不能正常工作。

ADS-B依靠星基衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)來確定空中飛機(jī)的精確位置，然后將位置信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字碼，該數(shù)字碼結(jié)合了其它一些信息（如，包括速度、高度及飛機(jī)是否轉(zhuǎn)彎、爬升或下降），每秒更新數(shù)次，在適當(dāng)?shù)念l率通過數(shù)據(jù)鏈從飛機(jī)廣播出來，在150海里內(nèi)的其它飛機(jī)和地面站就能接收到數(shù)據(jù)鏈廣播，將其信息在屏幕上顯示出來。機(jī)組從機(jī)艙沖突信息顯示器上看到了沖突，經(jīng)過對雷達(dá)信號的融合處理，管制員在有其它雷達(dá)標(biāo)牌的常規(guī)顯示器上也可看到ADS-B的目標(biāo)。與傳統(tǒng)的雷達(dá)不同，ADS-B可以在低空和地面工作，能有效地用在偏遠(yuǎn)地區(qū)或山區(qū)這些以往雷達(dá)無法覆蓋或受限制的地區(qū)，同時亦能用來監(jiān)控滑行道和跑道上的沖突，起到場面監(jiān)視作用雷達(dá)的作用。

（四）ADS-B系統(tǒng)的核心主要有GNSS、數(shù)據(jù)鏈傳輸

GNSS的作用主要是目標(biāo)坐標(biāo)參數(shù)的獲取，提供高精度、完整、連續(xù)和可用的導(dǎo)航信號；

數(shù)據(jù)鏈的作用是建立可靠的傳輸通道，將獲取到的坐標(biāo)參數(shù)傳輸至用戶。

目前GNSS共有下列幾個系統(tǒng)：

系統(tǒng) 所有權(quán) 使用情況GPS 美國 目前唯一能夠?qū)崿F(xiàn)可靠全球覆蓋的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GLONASS 俄羅斯 正在完善，還不能提供可靠的覆蓋全球的衛(wèi)星導(dǎo)航信號伽利略 歐洲 因經(jīng)費、衛(wèi)星頻率的問題現(xiàn)未發(fā)射導(dǎo)航衛(wèi)星北斗 中國2012年左右，系統(tǒng)將首先具備覆蓋亞太地區(qū)的定位、導(dǎo)航和授時以及短報文通信服務(wù)能力；2020年左右，建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

GNSS比現(xiàn)用的傳統(tǒng)的導(dǎo)航系統(tǒng)能夠提供更為精確的導(dǎo)航引導(dǎo)。第一代的GNSS是基于GPS和GLONASS導(dǎo)航衛(wèi)星星座。增強(qiáng)系統(tǒng)現(xiàn)在用來改善其精度、完整性、連續(xù)性和可用性。他們使用SBAS（星基增強(qiáng)系統(tǒng)）或者GBAS（地基增強(qiáng)系統(tǒng)）提供經(jīng)數(shù)據(jù)鏈發(fā)給用戶的改進(jìn)了的導(dǎo)航性能信息。SBAS服務(wù)的覆蓋面與同步衛(wèi)星的相同，導(dǎo)航信號在GPSL1頻率1575.42 MHz發(fā)送，使用CDMA編碼，CHIPPING率1.023kbit/s，帶寬2.048 MHz，信號強(qiáng)度-160dBw鏈路的終結(jié)數(shù)據(jù)率是FEC后250bit/s。系統(tǒng)使用PRN黃金編碼，以便下行鏈路不造成干擾。現(xiàn)在的INMARSAT III衛(wèi)星載有導(dǎo)航載荷，支持SBAS，但尚未投入使用。

地－空之間傳遞數(shù)據(jù)的載體——地空數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)茿DS-B技術(shù)重要的組成部分。各國對ADS-B地空數(shù)據(jù)鏈選擇各持己見，但主流意見基本傾向于以下三種：

VDLMode4 UAT 1090ES使用范圍 歐洲 美國 國際民航組織頻率 118MHz-136 MHz 900-1000 MHz 1090MHz核心技術(shù) SOTDMA協(xié)議 二進(jìn)制連續(xù)相移鍵控CP-FSK選擇性詢問、雙向數(shù)據(jù)通信缺點 VHF頻段資源緊張 和DME地面設(shè)備的互相干擾嚴(yán)重 頻譜過度使用數(shù)據(jù)率 19.2K 1M 1M數(shù)據(jù)調(diào)制 Gksk/D8psk PFSK PCM

這三種數(shù)據(jù)鏈都能滿足當(dāng)前ADS-B應(yīng)用的基本要求，但都不甚完美。由于歐洲和美國兩大商用飛機(jī)制造基地的產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)不同，在選用地空數(shù)據(jù)鏈時，出于兼容現(xiàn)有機(jī)載設(shè)備、兼顧終極發(fā)展目標(biāo)的考慮，政策取向也各有側(cè)重。

澳大利亞不生產(chǎn)大型商用飛機(jī)，卻能成功應(yīng)用ADS-B技術(shù)。原因在于他們采取了務(wù)實的政策，從解決空中交通服務(wù)的實際問題出發(fā)，不在數(shù)據(jù)鏈的終極能力問題上猶豫不決，選用國際民航組織建議的全球可互用的1090 ES數(shù)據(jù)鏈。澳大利亞的成功經(jīng)驗給我們的有益啟示。我們不必因消極等待完美無缺的地空數(shù)據(jù)鏈而貽誤時機(jī)，當(dāng)務(wù)之急是盡快明確我國支持ADS-B應(yīng)用的地空數(shù)據(jù)鏈政策，以支持機(jī)載設(shè)備配型、地面設(shè)備生產(chǎn)和相關(guān)軟件開發(fā)。

因此，根據(jù)《中國民航監(jiān)視技術(shù)應(yīng)用政策》中ADS-B近期（2011-2020年）目標(biāo)，有計劃的部署相關(guān)地面基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)其監(jiān)視功能，滿足部分通用航空的需要。同時并充分驗證ADS-B相關(guān)技術(shù)細(xì)則，為ADS-B中長期目標(biāo)的實現(xiàn)打好基礎(chǔ)。

（五）結(jié)論

目前只有GPS能夠作為GNSS的可靠信號源，因此ADS-B現(xiàn)階段只能作為通用航空及雷達(dá)管制的輔助管制手段，待北斗星衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)于2020年完成全球的有效覆蓋后，能夠提供高精度、完整、連續(xù)和可用的導(dǎo)航信號后才能作為民航空管的主要管制手段，最終通過ADS-B實現(xiàn)全空域的“自由飛”。

[1]中國民用航空局飛行標(biāo)準(zhǔn)司.中國民航監(jiān)視技術(shù)應(yīng)用政策.

[2]中國民用航空局飛行標(biāo)準(zhǔn)司.廣播式自動相關(guān)監(jiān)視(ADS-B)在飛行運行中的應(yīng)用.

V35

A

1008-1151(2011)04-0015-01

目前應(yīng)用于空中交通管理的監(jiān)視技術(shù)主要有空管一次監(jiān)視雷達(dá)（PSR）、空管二次監(jiān)視雷達(dá)（SSR）、自動相關(guān)監(jiān)視（ADS）和多點定位（MLAT）等。按照監(jiān)視技術(shù)的工作原理，國際民航組織（ICAO）將監(jiān)視技術(shù)分為獨立非協(xié)同式監(jiān)視、獨立協(xié)同式監(jiān)視和非獨立協(xié)同式監(jiān)視。

2011-02-07

崔盟霞（1970－），女，河南滎陽人，民航河南空管分局技術(shù)保障部助理工程師。