ADS-B技術在空中交通管理中的應用

張匯文

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ADS-B技術在空中交通管理中的應用

張匯文

中國民用航空中南地區空中交通管理局，廣東 廣州 510405

廣播式自動相關監視技術（ADS-B）做一種新型的監視手段，未來將重新定義空中交通管制的通信、導航、監視方式方法。介紹了ADS-B的概念，然后講解了ADS-B的技術原理，最后則展望了應用方向和前景。

ADS-B；空中交通管理；監視；應用

1 ADS-B概述

廣播式自動相關監視（ADS-B）是一種監視技術，即航空器通過廣播模式的數據鏈，自動提供由機載導航設備和定位系統生成的數據，包括航空器識別、四維定位以及其他相關的附加數據。地面和其他航空器可以接收此數據，并用于各種用途，如在無雷達覆蓋地區提供ATC監視，機場場面監視以及未來空-空監視等應用服務[1]。目前國內ADS-B通常用于雷達補盲或作為雷達的補充，如三亞情報區洋面AR02、AR03扇區有多條主要國際航路，AR03主要靠西沙二次雷達實施雷達管制，由于西沙地理和氣候原因，雷達天線、大盤等硬件易于磨損、腐蝕，故障率偏高，因此在西沙安裝ADS-B地面接收站，提高該區域監視質量。其特點有：減少陸空通話次數，由飛機自動發送位置報告。能提供飛機精確的四維位置，可靈活指揮飛機的最佳飛行路線，提高運行效率、增大空中交通流量。完善了地面監控手段：雷達不能在所有的地方建臺，有效地解決雷達監視的覆蓋問題，提供高質量的監控[1]。有效促進了飛行器監控：實現自我識別、監控指揮、場面監視等功能。保障了飛行安全：為航空器提供相關交通信息，傳送天氣、地形、空域限制等飛行信息。其他監視技術的比較，ADS-B有監視信息更豐富、定位精度高、數據更新率快 、建設、運行維護成本低優點。然而局限性是目標定位依賴全球導航衛星系統（GNSS）。

2 ADS-B技術

ADS-B由信息源、信息傳輸通道和信息處理與顯示三部分組成。ADS-B的主要信息包括飛機的4 維位置信息（經度、緯度、高度和時間）、飛機的識別信息和類別信息以及一些附加信息，這些信息從機載航空電子設備獲得。信息傳輸通道以ADS-B 報文形式，通過空-空、空-地數據鏈廣播。信息處理與顯示主要包括位置信息和其他附加信息的提取和處理，形成清晰、直觀的背景地圖和航跡、交通態勢分布、參數窗口以及報文窗口等，最后以準雷達畫面實時地提供給用戶。機載發射機以一定周期發送航空器的各種信息，即ADS-B OUT。只要相關機載電子設備正確安裝且正常運行，ADS-B OUT 系統一般無需飛行機組干預即可自動工作。航空器也可接收其他航空器發送的信息或地面服務設施發送的信息，為機組提供運行支持，即ADS-B IN。ADS-B IN 的一個典型應用是機組通過駕駛艙交通信息顯示設備獲知其他航空器的運行狀況，從而提高機組的空中交通情景意識。目前，我國空中交通管制中的ADS-B 應用中以OUT功能為主。航空器的位置是由飛行控制系統計算出來的，它使用了所有可獲得的數據（慣導系統、GPS、VOR、DME）并且選用最優數據。飛行控制系統會根據信息的不同來源采用相應的算法，算出其位置精度值（位置誤差的估計）并下發。如果位置信息來源于機載GPS 接收機，大部分GPS 接收機會以水平保護標準（Horizontal Protect Level，HPL）的格式輸出位置精度值信息。為減少飛機廣播參數的數量和長度，飛行控制系統會將HPL 轉換為簡單的參數下發。HPL 是由GPS 接收機通過特殊的算法——接收機自主完好性檢測（Receiver Autonomous Integrity Monitoring，RAIM）計算得出的。RAIM 技術的基本原則是增加觀測衛星的數量，利用余度信息對衛星信號進行判斷：可見衛星是否能夠正常導航，如果出現故障，判斷哪一顆出現故障，并在一定的時間要求范圍內發出報警，然后重新接收衛星信號進行判斷，在這一過程中對其警告的漏報率和誤報率必須嚴格要求。如果沒有發現故障衛星，接收機不會出現誤警情況。RAIM 算法對故障衛星的檢測識別受可見衛星數目和衛星幾何分布的影響，倘若少于5 顆定位衛星，則提醒用戶此時RAIM 無效，需要重新接收定位信號；其次，需要根據性能指標對當前可見星的幾何分布進行判斷，決定其是否適合進行完好性監測。根據接收到的衛星數據，將計算出的HPL 與系統給定的水平警告門限相比較，如果HPL小于系統門限，說明此時可見星幾何結構滿足RAIM要求，此時的完好性監測結果是有效的。ADS-B 的數據鏈路以廣播方式傳輸飛行器狀態、位置、速度等重要監視信息，數據鏈路是ADS-B 技術的重要組成部分，目前ADS-B 技術可選的數據鏈技術有以下三種：Mode S 1090 ES、VDL MODE 4、UAT。采用S 模式1090ES、VDL MODE 4 和UAT 三種技術在地面建站都相對容易實現，但對于飛機，VDL MODE 4 和UAT都需要加裝新的機載設備，需要投入大量資金，在短期內不易實現。目前所有的商業運輸飛機的機載應答機均裝備了S 模式應答機，采用S 模式1090 ES 技術，僅需要升級應答機軟件及加裝一條GPS 連線，不僅工作量小、簡單易行，而且從經濟效益角度來講也有很大優勢。

3 ADS-B應用

3.1 交通信息座艙顯示

交通信息座艙顯示（CDTI）用于給飛行員顯示包括位置信息在內的對其他飛機的監視信息。CDTI的交通信息是從一個或多個信息源（包括ADS-B，TCAS和TIS）獲得的，并且用于不同的應用。

3.2 機載防撞

（1）對現有防撞系統的改進：現有的ACAS系統在自己的監視范圍內主動地詢問并跟蹤其他飛機。利用高精度的ADS-B位置矢量、飛機意圖和其他信息，能提高防撞算法的性能。ACAS設備提供的交通顯示也可以當作CDTI支持其他應用。系統可以擴展到在1000ft以下的防撞，并且能夠檢測跑道入侵。（2）基于ADS-B的ACAS：對未來的ACAS系統可能將唯一使用ADS-B。這發生在一個給定的空域中多數飛機都裝備了ADS-B設備的情況下，這些飛機必須有備份設備和能夠處理系統故障的程序，并且這種ADS-B的應用要經過長期經驗的驗證。另外，當利用ADS-B作為保證飛行間隔和避免碰撞的基本手段時，需要建立通用失效模型以使碰撞的風險能夠被忽略。

3.3 沖突管理和空域沖突防止

（1）機載沖突管理和空域沖突防止。ADS-B支持沖突管理所需的間隔和排序優化功能，允許飛機交換意圖信息并且規劃它們的飛行路線以預測潛在的沖突。（2）ATS監視和沖突管理。機場場面監視和場面移動，在低/零能見度條件下支持場面移動。預備在沒有雷達覆蓋的空域提高監視能力。包括低高度空域、偏遠地區空域（山區等）、沿海水域。增強監視性能和減小飛行間隔標準。隨著裝備水平的提高，ADS-B在多數空域將成為主要的監視信息源。

3.4 ATS一致性監視

（1）同時進近。目前PRM技術支持同時進近，但PRM技術相對價格昂貴。在目前不能確定裝備PRM的費效比是合理的機場或者沒有傳統進近監視設備的機場，ADS-B也允許進行同時進近。（2）入侵處理。ADS-B信息可以用于支持空中和機場場面的入侵處理。并且要定義以下的特殊區域：特殊用途空域、限制空域、危險天氣空域、跑道和滑行道、燈光控制區域（由ATS控制燈光的區域）、重量限制或翼展限制區域、其他運行控制區域，如噪音敏感區域。

[1]陳飛成.淺析ADS-B技術在空中管制中的應用[J].科技致富向導，2013（21）：312.

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1009-6434（2016）05-0038-01