淺談珠江三角洲低空監(jiān)視設(shè)計(jì)

黃廣悅 / 中國(guó)民用航空中南地區(qū)空中交通管理局

淺談珠江三角洲低空監(jiān)視設(shè)計(jì)

黃廣悅 / 中國(guó)民用航空中南地區(qū)空中交通管理局

依據(jù)相關(guān)政策，文章闡述了發(fā)展通用航空的重要性，依據(jù)珠江三角洲空域中航路航線的特點(diǎn)和監(jiān)視現(xiàn)狀，提出了通航飛行的低空空域監(jiān)視覆蓋的不足。介紹了廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（AD S-B），通過現(xiàn)場(chǎng)勘查和模擬仿真，提出了解決空域覆蓋不足的辦法，為低空空域開放提供了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

低空；ADS-B；覆蓋

前言

珠三角地區(qū)作為我國(guó)最重要的三大經(jīng)濟(jì)區(qū)域之一，近年來地區(qū)內(nèi)的通用航空業(yè)務(wù)量發(fā)展非常迅猛。2011年國(guó)務(wù)院、中央軍委做出了加快推動(dòng)低空空域管理改革的重大決策，啟動(dòng)了低空空域改革的序幕。隨著國(guó)家低空空域改革的深入，相關(guān)空域改革政策陸續(xù)頒布，通用航空將進(jìn)一步解除發(fā)展束縛，迎來快速發(fā)展的新局面。ADS-B監(jiān)視技術(shù)作為目前低空空域信號(hào)覆蓋的最好技術(shù)手段，可以為通用航空提供可靠、準(zhǔn)確的航空監(jiān)視服務(wù)。

1.通航簡(jiǎn)介

通用航空（General Aviation），是指利用民用航空器從事公共航空運(yùn)輸以外的民用航空活動(dòng)。通用航空具有機(jī)動(dòng)靈活、快速高效等特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍十分廣泛，我們熟知的通用航空有以下幾種：航空攝影、醫(yī)療救護(hù)、氣象探測(cè)、空中巡查、人工降水等。其他類型包括海洋監(jiān)測(cè)，陸地及海上石油服務(wù)，飛機(jī)播種，空中施肥等。另外公務(wù)機(jī)飛機(jī)和私人飛機(jī)都屬于通用航空范疇之內(nèi)。在國(guó)家民航局、國(guó)家空管委的大力推動(dòng)下，中國(guó)通用航空迎來發(fā)展機(jī)遇期。我國(guó)從2013年開始全面推進(jìn)了通用航空領(lǐng)域通信指揮和對(duì)空監(jiān)視設(shè)施的建設(shè)，逐步形成政府監(jiān)管、行業(yè)指導(dǎo)、市場(chǎng)化運(yùn)作、全國(guó)一體化的低空空域管理運(yùn)行和服務(wù)保障體系。通用航空是民航事業(yè)的兩翼之一，已被列入中國(guó)國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。隨著國(guó)家在低空空域管理改革層面上的破冰，通用航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來了一個(gè)難得的歷史機(jī)遇期。

2.ADS-B簡(jiǎn)介

廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）是一種監(jiān)視技術(shù)，發(fā)展至今已有二十余年歷史。航空器通過收發(fā)信號(hào)頻率為1090Mhz廣播模式的地空數(shù)據(jù)鏈，自動(dòng)提供由機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備和定位系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)，包括航空器識(shí)別、四維定位以及其他相關(guān)的附加數(shù)據(jù)， ADS-B地面站和其他航空器可以接收此數(shù)據(jù)用來定位，并應(yīng)用于多種用途，如ATC監(jiān)視，機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面監(jiān)視以及未來空-空監(jiān)視等應(yīng)用服務(wù)。美國(guó)、澳大利亞等民航技術(shù)領(lǐng)先國(guó)家早已對(duì)其開展研究和應(yīng)用工作。可供ADS-B系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)使用的數(shù)據(jù)鏈路模式目前已發(fā)展為四種；ADS-B IN和ADS-B OUT的理念已被廣泛接受，成為新一代航管監(jiān)視技術(shù)的核心理念；許多國(guó)家地區(qū)已完成相當(dāng)規(guī)模的ADS-B系統(tǒng)建設(shè)。

根據(jù)民航空管系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃敘述， ADS-B設(shè)備的建設(shè)目標(biāo)是：完成全國(guó)范圍布局建設(shè)，完成ADS-B數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)混合應(yīng)用，滿足運(yùn)輸航空與通用航空監(jiān)視需求。ADS-B具體工作原理如下圖所示：

圖1　4.1 ADS-B系統(tǒng)工作原理圖

3.珠江三角洲空域現(xiàn)狀

3.1珠江三角洲空域現(xiàn)狀

珠三角地區(qū)包含5個(gè)民用運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)，3個(gè)通用航空直升機(jī)場(chǎng)，從地理位置上可以將它們劃分為兩個(gè)機(jī)場(chǎng)群。一個(gè)是以廣州白云機(jī)場(chǎng)為中心的北部機(jī)場(chǎng)群，主要包括廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)、佛山機(jī)場(chǎng)和白云通航番禺沙灣基地等。另一個(gè)是以深圳機(jī)場(chǎng)為中心的南部機(jī)場(chǎng)群，主要包括深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)、香港赤邋角國(guó)際機(jī)場(chǎng)、澳門國(guó)際機(jī)場(chǎng)、珠海機(jī)場(chǎng)、深圳南頭直升機(jī)場(chǎng)、珠海九州直升機(jī)場(chǎng)等。

珠三角地區(qū)的空域結(jié)構(gòu)由以下幾個(gè)層次構(gòu)成：飛行情報(bào)區(qū)（責(zé)任區(qū)）、高空管制區(qū)、中低空管制區(qū)、終端（進(jìn)近）管制區(qū)和塔臺(tái)管制區(qū)，對(duì)應(yīng)的管制單位分別為廣州區(qū)域管制室、廣州及珠海進(jìn)近管制室和廣州、深圳、珠海等機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)管制室。高空管制區(qū)的高度范圍為6000（不含）米以上；中低空管制區(qū)的高度范圍為6000（含）米至進(jìn)近（終端）管制區(qū)和塔臺(tái)管制區(qū)的上限高度；進(jìn)近（終端）管制區(qū)的高度范圍要根據(jù)實(shí)際情況確定，但通常低于6000米；塔臺(tái)管制區(qū)的高度范圍根據(jù)具體情況確定。

3.2珠江三角洲航管監(jiān)視現(xiàn)狀

經(jīng)過多年的建設(shè)布局，目前珠三角地區(qū)的民航空管一次雷達(dá)共有4套，民航空管二次雷達(dá)有6套。根據(jù)珠三角地區(qū)航管雷達(dá)的信號(hào)覆蓋模擬分析，珠三角地區(qū)在900米高度層以上已基本實(shí)現(xiàn)雷達(dá)三重覆蓋。

由于航管雷達(dá)工作原理的天然缺陷，航管雷達(dá)信號(hào)對(duì)低空區(qū)域的覆蓋范圍不佳，有一定的信號(hào)覆蓋盲區(qū)，根據(jù)珠三角地區(qū)300米高度層的雷達(dá)信號(hào)覆蓋模擬圖所示，部分區(qū)域?yàn)槔走_(dá)盲區(qū)，尤其東部盲區(qū)較大；部分地區(qū)有雷達(dá)一重和兩重覆蓋；只有小部分地區(qū)有雷達(dá)三重覆蓋。

圖2　珠三角地區(qū)300高度層雷達(dá)信號(hào)覆蓋圖

4.低空監(jiān)視設(shè)計(jì)

為滿足通航業(yè)務(wù)的發(fā)展需求，結(jié)合珠三角地區(qū)低空區(qū)域監(jiān)視現(xiàn)狀和飛行流量的實(shí)際情況，經(jīng)過多次圖上作業(yè)和現(xiàn)場(chǎng)選點(diǎn)踏勘，遵循建設(shè)原則充分利用現(xiàn)有設(shè)施，選取廣州白云機(jī)場(chǎng)、廣州雷達(dá)站、廣州番禺大夫山聯(lián)通通信基站、深圳雷達(dá)站、珠海甚高頻臺(tái)5個(gè)地點(diǎn)建設(shè)ADS-B地面接收站。這幾個(gè)臺(tái)點(diǎn)都是經(jīng)過多年運(yùn)行的站點(diǎn)和場(chǎng)所，所處的地理位置比較優(yōu)越，配套設(shè)施，如機(jī)房、道路、供電線路、通信線路、接地網(wǎng)、避雷針等都比較完善，工程實(shí)施和管理十分便利。

ADS-B地面站標(biāo)準(zhǔn)單元內(nèi)部安裝ADS-B的解碼器和數(shù)據(jù)提取單元，并工作于二次雷達(dá)接收頻率1090MHz，接收信號(hào)靈敏度滿足接收距離120海里（220公里）的要求。ADS-B使用全向天線標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式輸出（Asterix Cat 021），輸出接口為RJ45、通過IP封包的Asterix Cat 21數(shù)據(jù)。可以直接輸出至其他的處理系統(tǒng)（如THALAS，RAYTHEON等）。接收設(shè)備可以根據(jù)情況安裝在室內(nèi)或室外。ADS-B地面站站址設(shè)備安裝的技術(shù)要求包括：1、地面站天線（ADS-B和GPS天線）固定在合適加裝的鋼管上；2、ADS-B地面站設(shè)備安裝現(xiàn)有的雷達(dá)機(jī)房建筑內(nèi)；3、供在天線和設(shè)備之間的的電纜管；4、在天線和設(shè)備架之間必須使用低損電纜接頭，總損耗衰減4dB；5、電源應(yīng)當(dāng)接至地面站、站監(jiān)視器和低噪放大器。

建成后的ADS-B信號(hào)覆蓋模擬圖如下所示：

圖3　珠三角地區(qū)300米高度層布點(diǎn)ADS-B信號(hào)覆蓋模擬圖

ADS-B地面站負(fù)責(zé)接收和處理來自飛機(jī)的ADS-B數(shù)據(jù)信號(hào)，將它們轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)化格式，并將這些數(shù)據(jù)信號(hào)通過通信線路傳送到管制自動(dòng)化系統(tǒng)。ADS-B地面站的工作區(qū)域視地形情況而定，最大覆蓋范圍為以地面站為中心半徑220公里區(qū)域。圖中紅色部分區(qū)域?yàn)槿龑右陨闲盘?hào)覆蓋區(qū)域，藍(lán)色部分區(qū)域?yàn)閮蓪右陨闲盘?hào)覆蓋區(qū)域，淺藍(lán)色部分區(qū)域?yàn)閱螌右陨闲盘?hào)覆蓋區(qū)域。根據(jù)以上ADS-B信號(hào)覆蓋模擬圖分析，選取的站點(diǎn)啟用后將在珠三角絕大部分地區(qū)實(shí)現(xiàn)三重信號(hào)連續(xù)覆蓋，并在南中國(guó)海海域也有一定的覆蓋。

5.總結(jié)

根據(jù)覆蓋仿真模擬圖，選取這五個(gè)點(diǎn)安裝ADS-B設(shè)備后，將為低空航路的飛行安全和飛行流量的增加提供更好的保障。并能有效的促進(jìn)我國(guó)的民航運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，有著巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯。推動(dòng)ADS-B監(jiān)視新技術(shù)在我國(guó)的實(shí)際應(yīng)用，也將為我國(guó)推廣應(yīng)用ADS-B監(jiān)視技術(shù)提供相關(guān)寶貴經(jīng)驗(yàn)。