低空空域現(xiàn)狀分析與空管監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊　明，鄭金華，胡耀坤中電科現(xiàn)代導(dǎo)航（西安）科技有限公司，陜西西安　710068

低空空域現(xiàn)狀分析與空管監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊明，鄭金華，胡耀坤
中電科現(xiàn)代導(dǎo)航（西安）科技有限公司，陜西西安710068

摘要隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展、人民生活水平的普遍提高，通用航空飛行需求將急劇增長(zhǎng)。然而，由于我國特殊的國情，我國低空空域管理不能完全照搬美國的模式。而且，由于低空飛行航空器種類繁多、性能差異大、任務(wù)性質(zhì)復(fù)雜、受天氣因素影響大，民航現(xiàn)有空管系統(tǒng)難以提供可靠、靈活的飛行服務(wù)。為此，本文針對(duì)我國低空空域管理特點(diǎn)，分析我國低空空管的現(xiàn)狀，結(jié)合我國自主研發(fā)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)一種基于北斗RDSS和ADS-B的通用航空飛行動(dòng)態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，為低空空域通用航空的安全飛行提供了一種技術(shù)保障手段。

關(guān)鍵詞低空空管；RDSS；ADS-B；飛行動(dòng)態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)

0　引言

由于我國特殊的國情，我國低空空域分為管制、監(jiān)視和報(bào)告三類空域，而不像美國等通用航空發(fā)達(dá)國家，低空空域高度開放。所以我國低空空域管理不能完全照搬美國的模式。而且，針對(duì)低空飛行航空器種類繁多、性能差異大、任務(wù)性質(zhì)復(fù)雜、受天氣因素影響大的通用航空，民航現(xiàn)有空管系統(tǒng)難以提供可靠、靈活的飛行服務(wù)。為此，本文針對(duì)我國低空空域管理特點(diǎn)，分析我國低空空管的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)一種基于北斗RDSS和ADS-B的通用航空監(jiān)視系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，為低空空域通用航空的安全飛行提供了一種技術(shù)保障手段。

1　我國低空空域特點(diǎn)

根據(jù)我國的實(shí)際國情，《我國低空空域管理改革意見》原則上把真高1000米以下空域劃為低空空域，低空空域根據(jù)不同類別的空域使用需求和航空器活動(dòng)特點(diǎn)等情況，劃設(shè)為管制、監(jiān)視和報(bào)告三類空域。在接受空中交通管制服務(wù)的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行飛行，航空用戶首先要向上級(jí)提交具體的飛行計(jì)劃；另外，空中交通管制部門要注意對(duì)飛機(jī)飛行狀態(tài)實(shí)時(shí)掌控，做到有效的管理指揮；在對(duì)航空飛行低空空域的飛行進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，航空用戶需要提前匯報(bào)飛行的具體計(jì)劃，空中管理部門對(duì)飛行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，從而為航空飛行提供飛行狀況和告警等一系列服務(wù)；進(jìn)行空域報(bào)告，提供飛行計(jì)劃，想空中管理部門提供飛行和降落的時(shí)間，自行組織實(shí)施，空中管理部門根據(jù)航空用戶的要求，提供對(duì)應(yīng)的服務(wù)。

2　低空空管存在的問題

1）缺乏有效的體系與規(guī)范。

雖然近幾年來，有關(guān)于低空發(fā)展及管理的一系列政策相繼出臺(tái)，但是也只是指出了低空發(fā)展的原則和思路，缺乏支撐其發(fā)展的有效的運(yùn)行規(guī)范和體系支撐，相關(guān)的管理和控制機(jī)制并不明晰

2）飛行服務(wù)保障能力缺乏。

低空空域服務(wù)保障體系尚未形成；氣象服務(wù)保障范圍、精度、時(shí)效性不夠；飛行計(jì)劃通報(bào)自動(dòng)化程度低；應(yīng)急保障能力不足。不能為低空飛行提供充分、有效、及時(shí)的服務(wù)。

3）地空話音通信不暢。

空通信受地形、地貌影響，現(xiàn)行按航路保障要求布設(shè)的電臺(tái)，存在較多盲區(qū)，通信覆蓋半徑較中高空大為降低，難以有效保障低空飛行時(shí)的雙向通信暢通。

4）所需低空監(jiān)視能力不足。

航管雷達(dá)重點(diǎn)覆蓋航路航線、進(jìn)近和機(jī)場(chǎng)空域，只能兼顧某些低空空域，加上雷達(dá)受電波特性限制存在盲區(qū)，部分重要的管制和監(jiān)視空域存在“看不見”的現(xiàn)象。

3　飛行動(dòng)態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 北斗地面設(shè)備

飛行動(dòng)態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航定位功能和短報(bào)文通信功能，實(shí)現(xiàn)飛行動(dòng)態(tài)監(jiān)視終端對(duì)飛行器的位置、狀態(tài)監(jiān)視以及指揮調(diào)度功能。各項(xiàng)功能具體實(shí)現(xiàn)流程如下。

1）位置監(jiān)視。

機(jī)載平臺(tái)使用北斗用戶機(jī)通過天線周期接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行定位解算，并按照申請(qǐng)的發(fā)射頻率和規(guī)定的報(bào)文格式，將自身位置信息通過北斗系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)后，送給北斗地面設(shè)備；北斗地面設(shè)備將接收到的機(jī)載平臺(tái)位置信息發(fā)給飛行動(dòng)態(tài)監(jiān)視終端，經(jīng)過信息處理在監(jiān)控屏幕上顯機(jī)載平臺(tái)的當(dāng)前位置。

2）機(jī)載平臺(tái)選擇發(fā)送預(yù)存的短報(bào)文。

機(jī)載平臺(tái)的顯示控制器內(nèi)預(yù)存幾條常用短報(bào)文，當(dāng)需要與飛行動(dòng)態(tài)監(jiān)視終端通信聯(lián)絡(luò)時(shí)，通過顯示控制器選擇要發(fā)送的短報(bào)文；由顯示控制器將短報(bào)文代碼發(fā)送給北斗機(jī)載平臺(tái)，通過北斗衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)至北斗地面設(shè)備，經(jīng)過處理后送入飛行動(dòng)態(tài)監(jiān)視終端顯示。

3）飛行動(dòng)態(tài)監(jiān)視終端向機(jī)載平臺(tái)發(fā)送指揮調(diào)度信息。

飛行動(dòng)態(tài)監(jiān)視終端根據(jù)指揮調(diào)度任務(wù)顯示需要，可隨時(shí)編輯短報(bào)文發(fā)送給北斗機(jī)載平臺(tái)，北斗機(jī)載平臺(tái)接收到指控消息后，送給顯示控制器處理和顯示，提供給飛行員使用。

3.2 ADS-B地面設(shè)備

飛行動(dòng)態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)利用ADS-B地面設(shè)備接收并處理周圍空域飛機(jī)發(fā)送的ADS-B廣播報(bào)文，為飛行動(dòng)態(tài)監(jiān)視終端提供空域內(nèi)的飛機(jī)信息，以便于地面管制中心實(shí)時(shí)監(jiān)視周邊空域交通狀況，從而有效保障飛機(jī)飛行安全。

ADS-B數(shù)據(jù)鏈地面設(shè)備通過地面接口接收CAT 033格式的報(bào)告，然后進(jìn)行編碼組報(bào)，在時(shí)隙電路的控制下，將FIS-B、TIS-B報(bào)文發(fā)射到空中；同時(shí)地面設(shè)備通過天線接收到空中的ADS-B報(bào)文后，經(jīng)過解調(diào)、信道譯碼等處理后生成CAT033和CAT023格式的報(bào)告并發(fā)送給飛行動(dòng)態(tài)監(jiān)視終端處理并顯示。

ADS-B數(shù)據(jù)鏈機(jī)載設(shè)備從外部接口接收GNSS的定位結(jié)果、高度表的高度數(shù)據(jù)以及飛機(jī)的標(biāo)識(shí)等數(shù)據(jù)，形成ADS-B下行報(bào)文，然后進(jìn)行編碼組報(bào)，在時(shí)隙電路的控制下，將ADS-B報(bào)文發(fā)射到空中；機(jī)載設(shè)備通過天線接收到地面發(fā)送來的FIS-B、TIS-B報(bào)文后，經(jīng)過解調(diào)、信道譯碼等處理后生成符合機(jī)載CDTI顯示器接口格式的報(bào)文并通過外部接口輸出。

3.3 飛行動(dòng)態(tài)監(jiān)視終端

飛行動(dòng)態(tài)監(jiān)視終端是低空空域管理中地面系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。主要用于ADS-B格式數(shù)據(jù)的接收、顯示、綜合處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)航跡的統(tǒng)一監(jiān)視與管理。

飛行動(dòng)態(tài)監(jiān)視終端軟件的需求，軟件結(jié)構(gòu)分為三層：平臺(tái)軟件、公用軟件層和應(yīng)用軟件層。

平臺(tái)軟件層包括軟件操作環(huán)境和通信服務(wù)協(xié)議；公用軟件層包括系統(tǒng)授時(shí)、數(shù)據(jù)庫管理、地理信息系統(tǒng)(GIS)和通訊管理軟件；應(yīng)用軟件層包括系統(tǒng)管理模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、界面顯示模塊等組成、數(shù)據(jù)庫管理模塊和電子地圖模塊。

系統(tǒng)管理是應(yīng)用軟件的核心，主要完成應(yīng)用軟件的各模塊之間的協(xié)調(diào)調(diào)用和數(shù)據(jù)分發(fā)，減少了模塊之間的交叉調(diào)用關(guān)系，各種功能的調(diào)度和進(jìn)程管理。

數(shù)據(jù)通信模塊主要負(fù)責(zé)飛行動(dòng)態(tài)監(jiān)視終端與ADS-B地面站和北斗地面設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信處理。該模塊根據(jù)多種報(bào)文格式的要求，實(shí)現(xiàn)與外部接口之間的數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信模塊由初始化、鏈路管理、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)和數(shù)據(jù)的打包與解析組成。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊主要完成各類數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理工作，數(shù)據(jù)包括原始數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理后的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)融合后的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)覆蓋范圍內(nèi)低空域航空器位置信息的解析、航空器危險(xiǎn)告警判斷、位置數(shù)據(jù)平滑、數(shù)據(jù)融合處理等功能。

界面顯示模塊主要包括顯示系統(tǒng)的基本信息，顯示ADS-B和北斗監(jiān)視數(shù)據(jù)，為用戶提供系統(tǒng)設(shè)置、地圖參數(shù)設(shè)置、航跡參數(shù)設(shè)置的接口等，顯示地圖信息。

4　結(jié)論

雖然近幾年來，有關(guān)于低空發(fā)展及管理的一系列政策相繼出臺(tái)，但是也只是指出了低空發(fā)展的原則和思路，缺乏支撐其發(fā)展的有效的運(yùn)行規(guī)范和體系支撐，相關(guān)的管理和控制機(jī)制并不明晰。本文介紹的基于北斗RDSS 和ADS-B的通用航空監(jiān)視系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，可以作為參考，結(jié)合多點(diǎn)定位、雷達(dá)監(jiān)視和光電監(jiān)視等技術(shù)，構(gòu)建多探測(cè)設(shè)備組網(wǎng)的監(jiān)視系統(tǒng)，為低空域安全飛行提供保障。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào)TP39

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1674-6708（2015）139-0159-02