ADS-B廣播式自動相關監視系統及其應用

史紅亮，孫 悅，張 馳

ADS-B廣播式自動相關監視系統及其應用

史紅亮，孫 悅，張 馳

本文主要介紹了ADS-B廣播式自動相關監視的系統組成以及技術原理，并結合在航空管制中的實際應用探討分析了ADS-B系統的在通信監視方面的巨大優勢，為更好的提高飛行安全性提供技術支持。

ADS-B；航空交通管制；通信監視；軍事應用

1 引言

隨著人們對民用航空服務的需求日益增長，以及國內航空運輸產業的高速發展，當前空域資源已明顯不足，隨之而來的是機場區域和空中航路的擁擠，甚至堵塞。因此，解決空中交通對空域的需求與空域資源的嚴重不足之間的矛盾已迫在眉睫。

ADS-B系統是基于衛星定位和地/空數據通信的航空器飛行監視系統。它不僅成功應用于無雷達地區的遠程航空器運行監視，而且與傳統雷達監視技術相比，ADS-B技術具有使用成本低，精度誤差小、監視能力強等明顯優勢，是對雷達監視手段的有益補充，可廣泛應用于無人機空中防誤撞等軍事應用中。同時該技術對于高密度飛行區域的空中交通服務也有廣泛的應用前景，許多國家把它當作下一代監視技術的發展方向。目前，世界各國普遍加快了對ADS-B技術的研究和推廣應用。業內人士稱之為“空中慧眼”。

2 系統組成

ADS-B系統是一個集通信與監視于一體的信息系統，由信息源、信息傳輸通道和信息處理與顯示三部分組成。

（1）信息源。飛機的四維位置信息（經度、緯度、高度和時間）和其它可能附加信息（沖突告警信息，飛行員輸入信息，航跡角，航線拐點等信息）以及飛機的識別信息和類別信息。此外，還可能包括一些別的附加信息，如航向、空速、風速、風向和飛機外界溫度等。

（2）信息傳輸通道。以ADS-B報文形式，通過空-空、空-地數據鏈廣播式傳播。

（3）信息處理與顯示。主要包括位置信息和其它附加信息的提取、處理及有效算法，并且形成清晰、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，最后以偽雷達畫面實時地提供給用戶。

3 技術原理

廣播式自動相關監視（ADS-B）主要是以衛星定位和地/空數據鏈通信等相關技術為基礎，對航空器的運行過程進行有效的監視。ADS-B可以分別解釋為：自動（Automatic），人工不需要干預數據傳送過程；相關（Dependent），機載設備的功能使航空器具備數據發送的能力；監視（Surveillance），監視功能通過實時狀態數據完成；廣播（Broadcast），所有終端都可以在連續廣播中收到所需數據。

其工作過程為：首先由接受監控航空器的機載設備接收衛星定位系統發射的信號，進行實時定位后，然后機載發射設備將ADS報告中相同格式的數據信息（例如標識碼、位置、速度、時刻等）以固定時間間隔不間斷地向外廣播，發出廣播的飛機不需要了解由哪個系統在接收它的廣播，該航空器也可以接收到其他航空器發射的同樣信息。地面終端可以監視到可接收信號范圍內的任何航空器。

圖1 ADS-B系統原理示意圖

簡單地講，它是一種端到端尋址式雙向數據鏈，提供ADS信息的航空器和希望接收ADS報告的地面站之間是根據約定的一一對應關系而工作。不僅用于空對地的下行通信鏈路，下傳飛機位置報告，并且也能實現飛行員同管制員之間直接雙向數據通信（CPDLC）和上傳飛行報告信息（FIS）。

相對于航空器的信息傳遞方向，ADS-B分為兩類：發送（OUT）和接收（IN）。其中OUT是ADS-B的基本功能，它負責將信號從飛機發送方經過視距傳播發送給地面接收站或者其他飛機。ADS-B IN是指航空器接收其他航空器發送的ADS-B OUT信息或地面服務設備發送的信息，為機組提供運行支持和情境意識，如沖突告警信息，避碰策略，氣象信息。

4 技術優勢

ADS-B作為一種新型監視技術，應用于航空監視與管制系統具有諸多優勢：

（1）空對空的相互監視成為主要方式，駕駛員相當于延伸了視程，“見到后避讓”的保障方式成為可能。這樣一來，提高飛行員對空中交通狀況的了解和保持安全間隔的能力，完善了空中交通防相撞系統的功能，加強了沖突告警和沖突脫離的能力，較好的分擔了空中交通管制防相撞責任。

（2）提高了航空器保持高度的效率，飛行間隔可以大大的縮小。在航路上飛行還可以實行連續的間隔保持、連續爬升和下降，以此可以增大飛行流量；在終端進近區域，即使能見度較差，在不需要安裝精密跑道監視雷達的情況下，航空器也可以進行目視進近、并且雙跑道平行間隔可以從750米縮減為440米；并且航空器之間的起飛、離場間隔也可以得到有效的監視。

（3）豐富了空中交通的管制信號的渠道。在空對空互相監視時，可將有用的飛行沖突信息在機載顯示器上顯示出來提供給機組，也能起到交通避撞系統（TCAS）的作用；當地面上基站裝備了ADS-B接收設備后，再經過處理顯示在終端設備上，也能起到監視雷達的作用，實現從地面了解空中交通的功能；當場面活動車輛上裝備了ADS-B收發機后，在終端區的飛機也能實現空對地面活動監視例如，了解跑道附近及機場活動區的交通，還能監控到跑道或滑行道是否被其他飛機或車輛占用的情況。

（4）提高了分析決策支持工具的性能，完善決策咨詢的分析方式，做出最合理的空中調配預案。對駕駛員的自動化飛行運行和管制員的監視/管制都極為有利，增加空中飛行安全系數。

5 系統應用

軍事領域廣泛應用的無人機系統必須具備有效避撞能力，這是保證有人，無人混合飛行安全的關鍵，將使無人機真正脫離隔離空域和預定航線的束縛。ADS-B技術可與TCAS（Traffic Alert and Collision Avoidance System）技術結合，利用數據融合算法將兩者監視數據進行融合，可大大提高監視精度，進而用于無人機混合空域防相撞。

對于管制中心來說，ADS-B地面站建設成本是傳統二次雷達的九分之一，精度可以提高至10米量級，監視數據更新速度更快（通常1秒1次）。在無雷達區ADS-B作為唯一的機載監視數據源用于地面對空中交通的監視，以減小航空器的間隔標準，優化航路設置，提高空域容量，在面對諸如芝加哥管制中心失火，該區域雷達監視失效的情況時，可以相對靈活的將該區域飛機轉交其他管制中心。而在雷達覆蓋的區域，地面監視同時使用雷達和ADS-B OUT作為監視信息源。可以縮小雷達覆蓋邊緣區域內航空器的最小間隔標準，并且減少所需要的雷達數量。同時使用ADS-B OUT或者綜合使用ADS-B和其他監視數據源（比如場監雷達、多點定位），為機場的地面交通監控和防止跑道侵入等提供監視信息，提高塔臺人員的情景意識。

對于航空公司來說，ADS-B的優點表現在安全、效益和容量三個方面。首先，ADS-B可以保持或改善航空工業現有的安全標準；其次效益方面，ADS-B極大地提高了ATC系統監視數據的精度，這會幫助ATC了解飛機間的實際間隔，使管制員避免效率低下的引導指令來保持間距。在尾隨程序中，幫助飛機機動到最佳運行高度，允許飛行員向ATC請求并接收改變到更高，燃油效率更佳的巡航高度。或許你會考慮到系統改裝的成本，實際上飛機廠家以及設備制造商早已取證和制定標準，新交付的飛機大多數可以滿足運行要求，對于老舊飛機僅需要部分線路預留改裝以及機載設備的升級即可。最后容量方面，因為ADS-B的高精度和報告頻率的增加可以大幅消減飛機的間隔要求，提高空中交通管制系統的容量。

6 結束語

ADS-B技術是新航行系統中非常重要的通信和監視技術，把沖突探測、沖突避免、沖突解決、ATC監視和ATC一致性監視以及機艙綜合信息顯示有機的結合起來，為新航行系統增強和擴展了非常豐富的功能，同時也帶來了潛在的經濟效益和社會效益。

工業和信息化部發布5G系統在3000-5000MHz頻段內的頻率使用規劃

近日，我國第五代移動通信系統（簡稱“5G系統”）頻率使用規劃取得重大進展。為適應和促進5G系統在我國的應用和發展，根據《中華人民共和國無線電頻率劃分規定》，結合我國頻率使用的實際情況，工業和信息化部發布了5G系統在3000-5000MHz頻段（中頻段）內的頻率使用規劃，我國成為國際上率先發布5G系統在中頻段內頻率使用規劃的國家。

規劃明確了3300-3400MHz（原則上限室內使用）、3400-3600MHz和4800-5000MHz頻段作為5G系統的工作頻段；規定5G系統使用上述工作頻段，不得對同頻段或鄰頻段內依法開展的射電天文業務及其他無線電業務產生有害干擾；同時規定，自發布之日起，不再受理和審批新申請3400-4200MHz和4800-5000MHz頻段內的地面固定業務頻率、3400-3700MHz頻段內的空間無線電臺業務頻率和3400-3600MHz頻段內的空間無線電臺測控頻率的使用許可。國家無線電管理機構將負責受理和審批上述工作頻段內5G系統的頻率使用許可，相關許可方案、設備射頻技術指標和臺站管理規定另行制定和發布。

5G系統是我國實施“網絡強國”“制造強國”戰略的重要信息基礎設施，更是發展新一代信息通信技術的高地。頻率資源是研發、部署5G系統最關鍵的基礎資源，根據技術和應用特點及電波傳播特性，5G系統需要高（24GHz以上毫米波頻段）、中（3000-6000MHz頻段）、低（3000MHz以下頻段）不同頻段的工作頻率，以滿足覆蓋、容量、連接數密度等多項關鍵性能指標的要求。本次發布的中頻段5G系統頻率使用規劃綜合考慮了國際國內各方面因素，統籌兼顧國防、衛星通信、科學研究等部門和行業的用頻需求，依法保護現有用戶用頻權益，能夠兼顧系統覆蓋和大容量的基本需求，是我國5G系統先期部署的主要頻段。

為保證規劃制定的科學性、合理性，工業和信息化部結合《中華人民共和國無線電頻率劃分規定》修訂和國際電聯2019年世界無線電通信大會相關議題的準備工作，全面梳理了相關頻段國內外的規劃和使用現狀，跟蹤研究全球主要國家或組織的5G系統頻譜策略。根據頻譜需求預測、電磁兼容和共存技術分析結論，經各方協調、科學分析論證、專家咨詢、向社會公開征求意見等程序，最終形成了正式的頻率使用規劃方案，并向社會主動公開發布。

此次工業和信息化部率先發布5G系統在中頻段的頻率使用規劃，將對我國5G系統技術研發、試驗和標準等制定以及產業鏈成熟起到重要先導作用。后續，工業和信息化部將繼續為5G系統的應用和發展規劃調整出包含高頻段（毫米波）、低頻段在內的更多的頻率資源。

[1] 張天平，郝建華，許斌，丁丹．ADS-B技術及其在空管中的發展與應用[J]．電子產品世界，2009(06)

[2] 呂茂輝，陳志杰．自動相關監視目標的跟蹤算法研究[J]．無線電工程，2008(01)

[3] 時宏偉．ADS-B數據鏈應用技術的綜合評述（一）[J]．空中交通管理，2007(06)

[4] 胡明波．新航行系統展望[J]．空中交通管理，2004(06)

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10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.11.005

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1672-7274（2017）11-0019-03