ERA ADS—B地面站系統應用分析

林戴琳

摘 要：廣播式自動相關監視（ADS-B）是一種新興的空管監視技術，是未來空管監視技術發展的主要方向。目前我國ADS-B技術主要作為雷達監視的補盲，主要應用在洋區和山區等邊遠地區。西沙雷達站作為我國首批ADS-B技術試點臺站之一，最先安裝和使用了ADS-B地面站設備。本文主要對西沙雷達站使用的ERA ADS-B地面站系統的工作原理及應用情況進行簡要介紹。

關鍵詞：ERA ADS-B 地面站 監視技術 應用分析

中圖分類號：V24 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（b）-0024-01

ADS-B是一種基于全球衛星定位系統（GNSS）和空地、空空數據鏈通信的航空器運行監視技術。它通過廣播航空器自身位置的方法，向空中交通管制（ATC）或者其他航空器提供航空器識別信息、位置、高度、速度、方向和爬升率等監視信息。對傳統的雷達技術而言ADS-B技術有著建設成本低、定位精度高和刷新率快等方面的明顯優點，可用于無雷達覆蓋的航空管制盲區，作為類雷達管制監視和雷達補充監視。

1 ADS-B工作原理

ADS-B系統通常由機載信息設備、機載ADS-B收發信機、ADS-B地面站等組成。

機載信息設備一般由CDTI、機載GNSS接收機和其它機載信息源等組成，主要用于飛機自身定位和提供飛行器代碼、高度和速度等信息。

機載ADS-B收發信機主要用于飛行器對外廣播ADS-B數據信息，接收來自地面站的空中交通情報服務（FIS-B）和飛行情報服務（TIS-B）等信息，同時還能接收來自其他航空器的ADS-B信號用于進行空中識別，保障空中飛行間隔。

ADS-B地面站主要用于接收飛行器廣播的ADS-B數據信息，并能將FIS-B和TIS-B等信息發送至飛行器。地面站接收到的ADS-B數據信息可以同其他監視設備的信號通過監視信息處理進行合并，并通過數據融合/轉發設備分別送至ATC中心。

2 ERA ADS-B地面站系統組成

ERA ADS-B單機設備分為室外部分和室內部分。室外部分主要由全向接收天線、GPS接收天線和測試信號天線組成；室內部分主要由SSR接收機、GPS接收和診斷單元、測量單元、控制單元、初級供電單元、次級供電單元、風扇單元以及本地監控電腦（LCMS）和遠程監控電腦（RCMS）組成。各個組成模塊功能如下。

全向接收天線：具有全向特性的信號接收天線，用于接收ADS-B數據信息

GPS接收天線：接收GPS信號作為對接收的ADS-B信號進行時間同步并為ADS-B數據信息打上信號時間標志。

測試信號天線（SQB）：產生ADS-B測試信號，作為設備測試和校準。

SSR接收機：將ADS-B天線接收到的1090MHz射頻脈沖串經浪涌組件和帶通濾波后進行低噪聲放大，并與穩定本振混頻后進行對數放大和檢波，最后將信號進行視頻放大輸出至測量單元。

GPS接收和診斷單元（GPSD）：由GPS接收機及檢測板組成，產生GPS時間標志脈沖（PPS）送給測量單元，并將GPS數據送給地面接收站計算機，同時還具有檢測地面站狀態的功能。

測量單元（MUDA1）：負責檢測S模式應答、A/C模式應答以及GPS時間標志脈沖（PPS）到達時間（TOA），并進行測量計算。

控制單元Control Unit）：由商用計算機模塊及其相關軟件組成，負責將原始測量數據處理和壓縮生成ADS-B信息并發送給路由器，同時處理和生成系統的相關監控告警信息。

初級供電單元（SPB）：將220V交流電轉為設備使用的24 V穩壓直流電并提供過流保護。

次級供電單元：將24 V直流電壓轉換成適合控制單元計算機、測量單元和GPS接收單元用的低電壓。次級供電單元還包含了以下模塊：24 V輸入模塊、電源控制模塊，+5 V/+12 V輸出模塊和CPCI供電模塊。

風扇單元：3個風扇組成，由下至上給機柜提供直接散熱。

本地監控電腦（LCMS）：放置于西沙雷達站，用于對ADS-B設備和GPS狀態進行監控和對ADS-B目標查看。

遠程監控電腦（RCMS）：放置與三亞鳳凰機場航管樓，用于對ADS-B設備和GPS狀態進行遠程監控和對ADS-B目標查看。

3 ERA ADS-B地面站信號流程

SSR接收天線接收到機載發射機發射的S模式1090MHz信號，通過射頻電纜將信號送到SSR接收機，經過SSR接收機處理形成TTL視頻信號送至測量單元。

GPS接收天線接收GPS數據并送至GPS接收機，GPSD對接收GPS信號進行檢測并將GPS數據送至控制單元，同時產生時間標志脈沖（PPM）送至測量單元。GPSD檢測地面站工作狀況，并將檢測信息送至控制單元?？刂茊卧獙⒔邮盏降腉PS數據信息和檢測信息進一步處理并生成系統相關告警信息。PPM送至測量單元后，由測量單元測量出時間標志脈沖的到達時間（TOA），對時間進行校準和確定后，將所接收到的TTL視頻信號加上時間標識送至控制單元。控制單元將原始測量數據進行處理并壓縮生成標準的ADS-B報告，以Category 021的數據格式發送至ADS-B數據用戶。

4 運行期間存在的問題

三亞區管AeroTrac自動化系統引接西沙ADS-B數據與其他雷達數據進行融合顯示。在ERA ADS-B運行期間，多次出現ADS-B航跡與多雷達MRT航跡分裂的情況。一種情況為某目標的ADS-B航跡與多雷達MRT航跡一直保持分裂狀態，且其ADS-B航跡與多雷達MRT航跡的距離和相對位置較固定 ；第二種情況為某目標的ADS-B航跡與多雷達MRT航跡時而分裂時而融合，這時通常其ADS-B航跡與多雷達MRT航跡之間的距離較近且相對位置不固定。由此可以看出，單一的ADS-B信號并不是十分穩定，單獨ADS-B信號航跡目前不能完全替代MRT航跡的功能。因此需要通過增加ADS-B地面站的數量，對各個地面站信號進行的比對選擇從而改善整體的信號質量，同時自動化系統的融合算法也是影響ADS-B信號融合的關鍵。

5 結語

西沙雷達站ERA ADS-B安裝至今整體運行平穩，未出現較大故障。隨著三亞飛行情報區航班量的持續增長以及中低空開放等空域發展，西沙雷達站近幾年將持續加大對ADS-B地面站設備的建設。由此可見，我國ADS-B技術雖然在發展和應用上仍然屬于探索階段，但ADS-B作為未來監視系統的發展方向已是大勢所趨。

參考文獻

[1] 王哲明.新興監視技術在三亞區管應用的研究[J].空中交通管理，2008（1）：26-27.

[2] 《System_description》 ERA公司endprint