ADS睟系統數據質量研究

張彥偉

摘要：ADSB作為一種新型的監視手段，正在被中國民航大規模的試驗與應用，為了配合航空管制人員的管制需求，加快ADSB技術的應用，民航組織在制定相關標準、設備改裝、地面基站建設、技術論證與運行試驗等方面投入很多資源。在國家大力推進ADSB實施的情況下，新疆地區先行，作為第一個將ADSB技術正式應用于實際運行中的地區。

ADSB數據質量的優劣會直接影響到監視數據的處理和應用，但影響其數據質量的因素又是多方面的，所以對ADSB數據質量進行詳盡的分析評估就顯得十分重要。從ADSB基礎數據入手的針對1.4以上版本的監視數據的進行分析研究，對ADSB數據接入監視系統有非常重要的意義。

關鍵詞：ADSB；數據；質量分析

1 緒論

ADSB（AutomaticDependentSurveillanceBroadcast，廣播式自動相關監視）是利用空一地、空一空數據通信完成交通監視和信息傳遞的一種航行新技術。ADSB作為民航局空管局大力推廣應用的新型監視技術手段，在2017年取得了很大進展。新疆作為全國首個以ADSB為空中交通管制監視依據的地區，正式上線運行。經過幾年的測試性運行在積累了一定的經驗之后，ADSB系統終于從幕后走到臺前，與此同時對ADSB數據的依賴性也大幅提升。新的環境、新的要求也是新的挑戰，對ADSB的數據質量也提出了更高的要求。對ADSB數據質量進行研究分析，把無效的、不可靠的數據隔離在監視數據處理之外將大幅提高空中交通管制效率。

2 ADSB技術

2.1 技術簡介

ADSB技術是一種飛行器通過機載導航設備獲得的飛行器飛性狀態數據（高度、速度、方位）等相關信息進行解析后，按照國際民航組織確定的相關標準格式組成報文，通過（地空、地地）數據鏈路，按照一定的發送規則進行廣播式發送，ADSB可使用下列三種數據鏈：

VDL4（模式4甚高頻數據鏈）工作于VHF頻段（108～136.975MHz），單信道帶寬25khz；數據率19600bps，調制方式為GFSK。

UAT（通用訪問收發機）工作于單一寬帶信道，設計頻段為978MHz；數據率1Mbps調制方式為GFSK。

1090ES（S模式的基于異頻雷達收發機的1090ES數據鏈）工作于傳統二次雷達使用的1090Mhz頻段。數據率為1Mbps，調制方式為PPM。目前，1090ES數據鏈路應用最廣。

ADSB地面站接收到飛行器發送的報文后進行解析，然后通過多種數據傳輸鏈路（路由、衛星、微波等），傳輸至ADSB數據站及數據中心進行后續處理，發布給相關的用戶。

2.2 應用現狀

中國民航在先后在成都至拉薩航線ADSB試驗性運行，將航路飛行間隔大幅降低；成都至九寨溝、中國南海海域開展了ADSB測試驗證工程。民航在管制、傳輸、基站建設等方面取得了大量經驗，為ADSB的推廣應用奠定了基礎。在國家大力推進ADSB實施的政策引導下，新疆地區作為第一個將ADSB技術正式應用于飛行服務的地區起到一個很好的帶頭作用，這使得ADSB技術的優勢更加凸顯，必將會加快ADSB在全國的推廣。

3 ADSB數據質量因素以及分析

ADSB是一種基于衛星定位系統（GPS、北斗等），并依賴于地面基站以及數據處理中心的監視手段。決定ADSB監視數據質量的關鍵因素，也主要來自信號傳播、地面基站數據傳輸以及數據中心數據處理能力三個方面。

3.1 ADSB信號傳播

ADSB（OUT）主要工作在1090MHZ頻段，與二次雷達工作頻段相同。無線電信號可能會被干擾，主要包括同頻率干擾、鄰頻道干擾、帶外干擾、互調干擾和阻塞干擾等。干擾將導致性能下降，質量惡化，信息誤差或者丟失，甚至阻斷了通信的進行。

信號干擾主要來自周圍電磁環境，惡劣的電磁環境將直接影響到ADSB數據質量。所以在ADSB基站選址之前要對周圍電磁環境進行檢測，將周圍電磁環境不符合要求的待選地址排除。在ADSB基站建站之后，要對基站工作頻段進行實時監控當發現異常要及時排查。

3.2 ADSB數據傳輸

ADSB基站接受到飛行數據后，多采用私有（專用網）或者公有網絡（Internet）將數據傳送至數據處理中心。網路數據傳輸主要有三種通信傳輸模式單播、組播（多播）以及廣播。

單播是接收端與發送端之間的端到端連接。“端到端”指每個需要接受信息的用戶都從發送端接收遠程流。僅當用戶發出申請時，才發送數據流。組播簡而言之就是一對一組的通訊模式，即只有在相同組的用戶才可以接收到此組內的所有數據，而在網絡傳輸中只向有需求的用戶復制并轉發其所需數據。這樣僅通過一次數據傳輸就可以將數據發送給多個有需要（加入組）的用戶，又能確保不在組中的用戶通訊不受到干擾。廣播可以理解為一對所有的通訊模式，在網絡傳輸過程中，網絡會對其中任何一個用戶發出的數據包都進行直接轉發，所有在網用戶都不管你是否需要這個信息，你都會接收到這個信息。廣播不需要進行路由選擇，所以其網絡成本十分低廉。

單播通過網絡對每個用戶發送數據流，總流量=用戶數×用戶流量；在用戶多或者每個用戶都產生巨大流量的活動中，網絡傳輸將無法支持龐大的數據流?，F有的網絡帶寬是金字塔結構，如果全部使用單播協議，將造成網絡主干不堪重負。

廣播就是網絡向網內每一個用戶都同時發送數據包，不論這些用戶是否需要這個數據包。如果僅僅通過路由器、交換機等網絡設備控制其傳輸，那么將極易產生廣播風暴。廣播風暴（broadcaststorm）簡單的講是指當廣播數據擁塞整個網絡，并占用大量網絡帶寬，導致網絡業務運行緩慢，甚至徹底崩潰，這就發生了“廣播風暴”。

組播從根本上解決了單播傳輸效率低以及廣播風暴的問題。當網絡中的某些用戶需求某個或者某組數據時，數據源只需要發送一次數據，組播便可以通過路由器并借助相關協議為數據包建立樹型路由，使信息在最恰當的分支點才開始復制和分發，從而達到最優的傳輸效果。

ADSB基站建設必定是大規模且成系統的，對數據的實時性、可靠性以及穩定性要求很高，所以做好詳細的IP地址規劃以及網絡拓撲設計是十分重要的。選擇組播為數據傳輸的模式，能有效提高數據傳輸效率并能有效避免廣播風暴，降低由傳輸鏈路帶來的運行風險。

3.3 ADSB數據處理

ADSB數據處理是ADSB為民航系統提供監視服務的最后一關，從數據層面剔除異常的、無效的以及錯誤的數據將有效提高空管監視系統的服務質量。

首先，檢查ADSB數據中的數據源項，提取其中的SAC和SIC，并和用戶規定的數據源表進行比對，以檢查數據來源的合法性。

其次，數據處理時應能對接收到的ADSB數據的完好性（NUC、NIC、NAC、SIL）作必要的檢查，能正確檢測并處理異常的ADSB數據。當ADSB位置報告數據的精度指標，NUC值低于5或者NIC低于6或者SIL低于2時，應當對數據進行隔離，根據需求確定是否將數據輸出。提取ADSB數據處理的各類時標數據項，并根據時標的類型進行數據驗證、傳輸延遲判定、位置或高度補償等合理的應用。其系統處理時間延時應控制在100毫秒以內。當時標有效性超出用戶設定值時，相應的ADSB數據應予以丟棄處理，并通過預推算法補全航跡數據。其系統刷新率不應低于相同環境下的航管雷達系統數據刷新率。

最后ADSB數據處理應當根據速度以及上升下降率相關數據，建立系統航跡模型并形成經驗曲線，根據經驗曲線與ADSB數據進行比較形成系統航跡，提高系統航跡精度。

4 小結

經過近幾年的運行測試總結運行當中暴露來的問題，不難發現ADSB系統數據質量的高低主要取決于信號傳播、數據傳輸以及數據理能力三個方面。選擇適合建站場地；建立相對完善的網絡傳輸拓撲；制定合理的數據篩選規則才能有效提高ADSB數據的數據質量。

參考文獻：

[1]沈笑云，唐鵬，張思遠，焦衛東.ADSB統計數據的位置導航不確定類別質量分析[J].航空學報，20171.

[2]張軍，劉偉，朱衍波.ADSB數據評估技術研究，ChineseJournalofAeronautics[J].20118.