ADS—B監視技術功能探討及特點分析

高永剛

摘要：ADS-B技術是國際民航組織建議的未來空管監視技術的主要發展方向。它是結合地面設備、航空器機載設備以及衛星導航等相關先進技術，其采用了更為安全、及時、 有效的空中交通管理監視手段，能夠將管制員與飛行員的實時運行態勢分析能力充分以及相應空域的使用率充分提高，同時能夠擴大空中交通的監視范圍，提升空中交通管理能力和服務質量。

關鍵詞：ADS-B；1090ES；信號處理；數據鏈

中圖分類號：TB文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2018.04.089

1引言

目前，我國民航部門正在積極推進空中交通監視技術的升級，努力打造天、空、地一體化基于ADS-B技術的運行體系，積極推動ADS-B的建設與運行，計劃在不遠的未來，盡早完成全面加裝改裝飛行器機載設備和地面基礎ADS-B的建設，組成完善的民用航空ADS-B 運行監視和信息服務體系，為空中交通管理提供全空域監視手段，為民航企業提供全面ADS-B 信息服務，為實現我國民航事業提供最強有力的技術支撐，奠定提高民航飛行的安全水平、空域容量、運行效率和服務能力的強大基礎。

當前，國內航班量持續增長，傳統空管監視技術（如PSR、SSR）已不能完全滿足空中交通服務的監視需求，且建設維護成本高，以MLAT、ADS-B為代表的新監視技術，在定位精度、更新率、系統結構和建設維護成本方面都比傳統的要好，可大幅提高運行效率，受到了各國的推廣。

根據我國民航監視技術應用政策，“十三五”期間監視技術規劃要求：在東部航線、塔臺及機場場面有計劃部署完善ADS-B地面基礎設施，將ADS-B作為補充監視手段。2017年安徽地區5個機場將建5套ADS-B地面站。

2ADS-B簡述

ADS-B的英文全稱是Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，翻譯過來就是廣播式自動相關監視系統。其基本原理是航空器通過空對地、空對空數據鏈，使用全方向廣播的方式，自動發送和接收相關機載設備所提取的監控信息，包含如識別信息（A模、24位地址碼、呼號）、位置信息（經緯度、高度）、速度信息及意向信息等。ADS-B也同時能夠為范圍內的航空器提供所需的空中交通信息，及時傳送地形、天氣、空域限制等相關飛行信息，使飛行機組更加及時、清晰、準確地了解到周邊的空中交通情況，建立航行的情景意識。除此之外，也可應用于航空公司本身的運行監控和飛行管理，為安全飛行提供更加高效的保障。如今，ADS-B已經是我國乃至世界上日趨成熟的民航客機地面監視方式之一， 這項技術在中國的研究及應用其實很早就已經開始了。早在上世紀90年代末，我國民用航空部門為了探索新的飛行管理技術發展方向，也為了促進西部地區航空運輸的發展，建設了第一條基于ADS技術航行系統的新的航路（L888航路），并于2000年投入運行。到了2004年北京、上海以及廣州三大區域管制中心建成時，為其配套相應的空中交通管理自動化系統都已經具備了處理ADS-B信息的能力。

ADS-B作為四個單詞的英文首字母縮寫，主要包含了以下含義：

Automatic：可以自動進行數據傳送；

Dependent：數據的可用性是由航空器的設備決定，數據發送則取決于機載系統；

Surveillance：可以利用提供的狀態數據來完成監視的任務；

Broadcast： 采用全方向的廣播方式發送數據，任何飛機或地面站配備相應設施均可接收該信號。

全世界范圍內使用的ADS-B數據鏈主要有三種，包括：1090ES（1090MHz與擴展S模式二次雷達相同）全球通用、UAT（978MHz美國通用航空使用）和VDL-4（歐洲部分地區使用）。1090ES是國際民航組織ICAO推薦使用的技術。在國內，運輸航空采用1090ES，通用航空采用1090ES或UAT。圖1為ADS-B技術工作原理簡圖。

如圖1，可清楚看出，ADS-B監視技術與傳統二次雷達監視技術相比，最大的特點就是可實現空對空的數據交互。

3ADS-B功能劃分

ADS-B技術的功能根據應用的方面可分為：發送（ADS-B OUT ）和接收（ADS-B IN）。發送（ADS-B OUT ）是指飛行器機載的ADS-B發射機以一定的頻率向其它飛行器或者地面的服務設備發送飛行識別信息、位置信息、高度信息、速度信心、方向和爬升率等相關數據。所有ADS-B 技術應用的先決條件便是發送（ADS-B OUT ）功能。接收（ADS-B IN）是指飛行器或地面的ADS-B設備接收其他飛行器發出的發送（ADS-B OUT ）信息或地面服務設備發送的信息，為機組飛行提供所需的運行支持。ADS-B IN可以使飛行員在CDTI上監視到其它飛行器的飛行狀態，能夠及時有效地實施避讓，從而全方位地完善機組在飛行中的情景意識，充分提高了航行中的安全性和時效性。后面的圖2和圖3則分別展示了發送（ADS-B OUT ）和接收（ADS-B IN）的信號流程圖。

需要說明的是，FIS-B（Flight Information Service Broadcast）指的是飛行信息服務廣播，包括氣象和航行情報等；TIS-B（Traffic Information Service Broadcast）指的是交通信息服務廣播，生成空中交通監視全景信息。

4ADS-B地面站設備系統構成

地面站系統按天線類型劃分，可分為全向天線系統和定向天線系統兩種。下面以全向天線為例，介紹ADS-B地面站子系統設備組成及功能。

4.1全向天線ADS-B主機

全向天線ADS-B主機是地面站的處理核心單元，采用雙機冗余架構，主要完成信號處理、數據處理、狀態監控、維護管理、信息服務等功能。全向天線ADS-B地面站設備的ADS-B主機由GNSS接收機模塊（兩塊）、ADS-B接收模塊（兩塊）、信號數據處理模塊（兩塊）、總線底板（兩塊）、電源模塊（兩塊）、ADS-B主機機箱（一套）等組成。endprint

主機包括GNSS接收機、ADS-B接收模塊、信號數據處理模塊和電源模塊四個部分：

GNSS接收機主要負責對天饋單元接收到的GNSS信息進行處理，提取其中的時間信息和導航信息，形成GNSS時間信息地面站位置信息，為后續的數據處理提供時間和位置數據。ADS-B地面站主機配備ADS-B接收模塊將ADS-B天線收到的微弱射頻回波信號進行放大、濾波、檢波處理，輸出對數視頻信號，主要包括前置放大器、混頻、本振、對數放大、運放等組成單元。信號處理子模塊能接收本機周邊地面站設備的GNSS信息，具備時鐘源冗余備份能力，確保各接收機或接收通道均能夠同步上GNSS時鐘。主機的電源支持交流供電和直流供電，支持交直流雙路輸入和單路輸入，電源模塊設計實現輸入、輸出隔離。

4.2天饋單元

天饋單元由GNSS天線、ADS-B天線、ADS-B饋線和ADS-B信號低噪放大器組成。GNSS天線、ADS-B天線、ADS-B饋線主要完成GPS信號接收、1090MHz信號接收。低噪放大器置于天線后，作為補償饋線損失，降低整機的噪聲系數，對天線輸入信號進行濾波，提高整機的抗干擾能力和靈敏度。

5與其他監視技術的協同工作

目前在國內，ADS-B技術主要是和二次雷達監視技術協同工作。相對于二次雷達，ADS-B技術有自己的優勢。它的數據更新率快（二次雷達4-10秒，ADS-B1秒），信息更豐富，目標位置精度高（二次雷達60海里精度116米，200海里精度388米，ADS-B精度由導航數據源誤差和系統誤差決定，一般在50米內），成本不到航管二次雷達的十分之一，建設難度小，維護成本低等等；也有其自身的缺點，導航數據源過于依賴GNSS，這樣安全性和可靠性問題會比較突出，數據的堵塞等問題尚未完全解決，以及基本上現有的相關S模式地面監視設備并不包含上行廣播功能，因此目前情況下，1090 ES的全面應用就會受到相應限制。

但這并不影響兩種監視方式的共同使用，二者可以很好兼容，實現相輔相成，共同提供信號服務。ADS-B和二次雷達作為兩種不同的空管監視手段，它們之間是互為備份互為補充的關系，而不是簡單的替代關系。ADS-B技術應用的大力推進也不會影響將來雷達的規劃和建設。因此，華東地區“十二五”規劃的所有二次雷達，并不會因ADS-B的大力推進而打折扣。

6結束語

根據華東地區的建設目標，相關單位會嚴格遵從民航組織（ICAO）相關技術規范和中國民航行業標準，采用先進的技術、成熟的產品和優質的服務，構建以網絡為中心的多ADS-B地面站監視應用平臺，在統一的運行架構體系下，實現ADS-B監視數據的采集、處理、響應、服務以及維護等功能，滿足華東地區ADS-B監視使用要求，在系統運行壽命周期內將為保障管制輸區內的飛行安全、提高飛行效率提供有效幫助，并能適應未來十幾年內航空運量持續發展的使用需求。而合肥本場的ADS-B地面站設備，也將于2017年底完成安裝。作為監視專業的技術人員，除了要深入了解設備外，還要對日后可能出現的相關各類故障及處理方法及時的分析總結，在平日的維護中能做到及時的發覺安全隱患。如果遇到問題，無法及時判斷故障點的，應該要依據所掌握的知識，根據系統圖依次分析排查，這樣才能有效率的解決問題，更好的保障ADS-B設備的安全正常運行。

參考文獻

[1]中國民航局.在無雷達區使用1090兆赫擴展電文廣播式自動相關監視的適航及運行批準指南[Z].2008.

[2]中國民航局.廣播式自動相關監視（ADS-B）管制運行規程[Z]. 2011.

[3]中國民航局.1090兆赫擴展電文廣播式自動相關監視地面站（接收）設備技術要求[Z].2012.endprint