ADS—B Category 021報文解析軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

馮建鋒+魚佳欣+劉明菊+孟祥強

摘 要：由于ADS-B設(shè)備相比雷達和遙測遙控具有低成本、小型化和通用性的優(yōu)點，且能夠?qū)﹂L航時、遠距離的飛行目標進行監(jiān)控，文章規(guī)劃了Category 021 報文的引入方案，對Category 021報文格式進行分析，重點設(shè)計開發(fā)了Category 021報文解析軟件，通過接收并處理ADS-B地面站傳送的目標航跡數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了ADS-B信號中合作目標航跡數(shù)據(jù)的提取與顯示，并進行了測試驗證。測試結(jié)果表明：該方案能有效地實現(xiàn)對飛行目標的快速跟蹤監(jiān)視，增強了對飛行目標的監(jiān)控手段。

關(guān)鍵詞：ADS-B；Category 021報文；航跡數(shù)據(jù)；目標監(jiān)視

中圖分類號：TP301.6 文獻標志碼：A

Design and/Mplementation of ADS-B Category 021 Message Parsing Sofeware

FEN Jian-fen，YU Jia-xin，LIU Ming-ju，MENG Xiang-qiang

（Luoyang electronic equipment test center in China，Jiyuan，Henan，459000）

Abstract：Because of ADS-B equipment compared to radar and telemetry remote control has the advantages of low cost，miniaturization and generality，and can fly for long-endurance，long-distance target monitoring，the article the introduction of the planning for the category 021 message，to analyze the category 021 message format，the key category 021 message parsing software is designed and developed，by receiving and processing ADS-B ground transfer target track data，implement the cooperation in ADS-B signal extraction and tracking data show that and test verification.Test results show that the scheme can effectively realize the flying target fast track monitor，strengthens the monitoring means of the flying target.

Key words：ADS-B；category 021 data；track data；target monitoring.

1 引 言

在試驗任務(wù)中地面對飛行目標的監(jiān)視一般采取兩種方式：一是通過遙測方式從目標下傳的遙測數(shù)據(jù)中解析出目標的位置信息，二是通過地面雷達測量目標的空間位置。遙測數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、測量位置信息準確的優(yōu)點，但一方面遙測通信鏈路一般地面站與機載設(shè)備一一對應(yīng)，不具有通用性，且遙鏈路受到干擾后會導致對目標跟蹤監(jiān)視的中斷。地面雷達由于持續(xù)工作時間有限難以長時間地對目標進行跟蹤。ADS-B自主的廣播數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)率高且穩(wěn)定，探測覆蓋面積廣和可以同時跟蹤多批次目標的優(yōu)點。引入ADS-B數(shù)據(jù)，對其進行處理提取出所關(guān)注目標的航跡信息并顯示在航跡顯示系統(tǒng)中，可以彌補當前對飛行目標監(jiān)視手段的不足、拓展監(jiān)視目標的技術(shù)手段，從而提高對飛行目標的監(jiān)視能力。

廣播式自動相關(guān)監(jiān)視（automatic dependent surveillance-broadcast，ADS-B）是一種基于衛(wèi)星GNSS的監(jiān)視技術(shù)，使用甚高頻數(shù)據(jù)鏈進行各方面的通信，傳遞不同的情報信息，提高了傳遞數(shù)據(jù)的準確性，可靠性，使得數(shù)據(jù)更加完整，成本更加低廉。ADS-B依賴GPS衛(wèi)星系統(tǒng)定位。通過接受飛行器的四維位置信息和其他附加信息，實時地管理空域的飛行情況，掌握動態(tài)情勢。ADS-B 技術(shù)成熟、建設(shè)成本低，可自主廣播數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)率高且穩(wěn)定，能夠無人值守，可作為靶場一種重要的對空監(jiān)視手段，用于獲取試驗航區(qū)及周邊空域飛行活動信息，提高整體試驗保障能力。

2 Asterix Category 021 報文的生成及引入

如圖1所示，ADS-B機載設(shè)備接收衛(wèi)星定位信息后，通過空中接口發(fā)射ADS-B消息，接收范圍內(nèi)架設(shè)的ADS-B天線接收數(shù)據(jù)到ADS-B地面站系統(tǒng)，經(jīng)過報告匯總生成，及輸出緩存生成Asterix Category 021報文格式，然后以UDP的格式傳到ADS-B應(yīng)用系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)處理軟件在接口處不停地偵聽，當發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)時，進行解析與控制，將感興趣的目標狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換成航跡顯示軟件能夠識別的接口協(xié)議并發(fā)送出去，從而顯示到航跡顯示軟件中，為指揮員實時觀測其運行狀態(tài)提供保障。

3 Asterix Category 021 報文分析

ADS-B使用歐洲標準雷達數(shù)據(jù)交換格式（All purpose Structured Euro control Radar Information exchange format，ASTERIX），從1999 年12 月至2010 年12 月，Asterix Category 021 協(xié)議總共經(jīng)過了30 次版本修改。本文采用廣漢飛行學院的地面站進行試驗，故主要分析地面站使用的版本0.26。Category 021明確規(guī)定了ADS-B報文數(shù)據(jù)項以及其組成序列，并詳細描述各個數(shù)據(jù)項的數(shù)據(jù)內(nèi)容以及適用范圍等。Category 021報文可以看作是由十六進制數(shù)據(jù)串組成，其數(shù)據(jù)包組成含有包類型、長度、字段描述符和一系列數(shù)據(jù)項，如圖2為Asterix Category 021 報文包含信息情況：endprint

從圖2可以看出，包類型表示該報文類別，數(shù)據(jù)類型021，占一個字節(jié)，它表示數(shù)據(jù)塊含有A DS-B 報文；長度表示該數(shù)據(jù)幀的字節(jié)數(shù)，它表示整個數(shù)據(jù)塊的總長度；字段描述符表示該報文包含數(shù)據(jù)項情況，參考文獻[5]中均有詳細說明。數(shù)據(jù)項可以分為兩類：固定長度和可擴展長度，前者有固定長度，后者需要根據(jù)擴展標識位來判斷實際長度。還有各數(shù)據(jù)項所包含的值類型或數(shù)值單位也不盡相同，計算過程要進行數(shù)值轉(zhuǎn)換處理。

4 ADS-B地面站021數(shù)據(jù)處理程序的設(shè)計與實現(xiàn)

4.1 數(shù)據(jù)處理程序的功能組成

ADS-B地面站021數(shù)據(jù)處理程序的功能組成如圖3所示。主要作用是接收ADS-B地面站數(shù)據(jù)包，并從數(shù)據(jù)幀中提取目標參數(shù)：地址碼、經(jīng)緯度、高度、航速、航向角。將這些參數(shù)進行處理成航跡數(shù)據(jù)發(fā)送至航跡顯示軟件。該軟件具備數(shù)據(jù)控制的功能可對航跡進行管理控制，并具備數(shù)據(jù)記錄與回放功能。

4.2 數(shù)據(jù)處理流程

ADS-B地面站輸出021數(shù)據(jù)的處理流程如圖4：

（1）數(shù)據(jù)接收；

（2）判斷是否為ADS-B目標報告類型，如果是進入步驟（3），否則丟棄該幀數(shù)據(jù)進入步驟（1）；

（3）獲取數(shù)據(jù)幀到達時間，數(shù)據(jù)存盤，進入步驟（4）；

（4）計算地址碼，進入步驟（5）；

（5）存入已發(fā)現(xiàn)目標庫，進入步驟（6）；

（6）判斷此幀數(shù)據(jù)是否轉(zhuǎn)發(fā)至航跡顯示軟件。如果是進入步驟（7），否則進入步驟（1）；

（7）解析出經(jīng)緯度、高度、航速、航向角，進入步驟（8）；

（8）坐標變換與數(shù)據(jù)封裝，將處理好的航跡數(shù)據(jù)幀發(fā)送至航跡顯示軟件，進入步驟（1）。

4.3 程序的實現(xiàn)

基于Visual C++6.0 的MFC，使用Socket串口編程。ADS-B報文處理程序運行界面如圖5所示。程序可分為已接收目標顯示區(qū)、處理轉(zhuǎn)發(fā)至航跡顯示區(qū)、接收地址設(shè)置區(qū)、轉(zhuǎn)發(fā)控制范圍設(shè)置區(qū)組成，數(shù)據(jù)回放區(qū)，接收到的數(shù)據(jù)默認都保存到一個以時間命名的文件中，以便后期數(shù)據(jù)查詢與分析。

廣漢飛行學院擁有自己的航跡顯示軟件，如圖6為ADS-B數(shù)據(jù)處理軟件將選中目標打包成相應(yīng)接口形式后的顯示圖，目標能夠?qū)崟r快速跟蹤，準確有效，為指揮員提供目標實時信息，方便觀察并作出決策。

當雙擊接收控制區(qū)的某個目標，在轉(zhuǎn)發(fā)信息區(qū)會顯示選中目標的飛行狀態(tài)，且該目標的狀態(tài)信息會打包發(fā)送到航跡顯示軟件中。當然不同的航跡顯示軟件接口協(xié)議會不同，只有協(xié)議對應(yīng)方能識別。

4.4 程序的創(chuàng)新點

（1）基于virtual C++ 6.0的MFC，采用socket串口編程技術(shù)，udp協(xié)議，快速有效接收發(fā)送數(shù)據(jù)；

（2）由于時間的累積，左側(cè)接收目標顯示區(qū)的數(shù)據(jù)逐步增加，為防止數(shù)據(jù)驟增影響軟件運行效率，本文采用vector動態(tài)數(shù)組的結(jié)構(gòu)，將5分鐘內(nèi)（可根據(jù)情況更改）無數(shù)據(jù)的飛行目標刪除，提高運行效率；

（3）默認保存接收到的數(shù)據(jù)，并設(shè)置數(shù)據(jù)回放模塊，使場景再現(xiàn)；

（4）設(shè)置發(fā)送地址編輯功能，可添加多個發(fā)送方，方便快捷；

5 結(jié)束語

研究了1090ES ADS-B數(shù)據(jù)引接方案，分析了ADS-B地面站輸出的Category 021數(shù)據(jù)幀格式，設(shè)計制定了數(shù)據(jù)處理軟件的功能結(jié)構(gòu)，形成了數(shù)據(jù)處理流程，并編寫數(shù)據(jù)處理程序以實現(xiàn)對ADS-B 021數(shù)據(jù)的提取與最終顯示在航顯軟件中。通過對系統(tǒng)測試驗證，結(jié)果表明系統(tǒng)能利用ADS-B數(shù)據(jù)對飛行目標實現(xiàn)對飛行目標的跟蹤監(jiān)視，有效增強了機場對飛行目標的監(jiān)控手段。

參考文獻

[1] SUR.ET1.ST05.2000-STD-12-01，Surveillance Data Exchange-Part 12：Category 021 Edition 0.26[S].

[2] 楊珊，時宏偉.Asterix Category 021 協(xié)議的應(yīng)用與分析[J].電訊技術(shù).2011，51（10）：132-136.

[3] 黃晉.廣播式自動相關(guān)監(jiān)視ADS-B 在中國民航飛行學院的應(yīng)用研究[ D] .成都：西南交通大學，2008 .

[4] EUROCAE，TECHNICAL SPECIFICATION FOR A 1090 MHz EXTENDED SQUITTER [J].ADS-B GROUND STATION，2010，10（09）：88-91.

[5] 張?zhí)炱剑陆ㄈA.ADS-B在空中交通管制中的應(yīng)用與發(fā)展[J].電子元器件應(yīng)用.2010，12（04）：100-104.

[6] 邱志豪.基于ADS-B報文的數(shù)據(jù)解析架構(gòu)與軟件[J].中國西部科技.2012，11（11）：86-89.

[7] 邵帥，張朝柱.ADS-B航跡處理及顯示技術(shù)研究與軟件[J].航空航天科學與工程.2015，11（11）：10-15.

[8] 劉曉斌，何春，張超.ADS-B接收機S模式關(guān)鍵算法研究與實踐[J].現(xiàn)代雷達.2011，7（11）：36-39.

[9] 仇啟明，方正，李衛(wèi)民.基于嵌入式系統(tǒng)的ADS-B接收機軟件設(shè)計和分析[J].航空電子技術(shù).2012，5（2）：40-44.

[10] 王子龍，劉衛(wèi)東.ADS-B監(jiān)視數(shù)據(jù)質(zhì)量分析[J].航空航天科學與工程.2016，6（11）：85-88.endprint