ADSB技術(shù)在民航空管的應(yīng)用前景分析

林濱

一、ADSB技術(shù)概述

（一）ADS-B 含義

A-自動(dòng)：不需要人工操作和地面的詢問。

D-相關(guān)：信息全部基于機(jī)載設(shè)備。

S-監(jiān)視：提供位置和其它用于監(jiān)視的數(shù)據(jù)。

B-廣播：數(shù)據(jù)不是針對某個(gè)特定的用戶（在ADS-C中是這樣），而是周性的廣播給任何一個(gè)有合適裝備的用戶。

從ADSB定義上說，可分為發(fā)送（ADSB OUT）和接收（ADSB IN）

兩個(gè)子系統(tǒng)， ADSBIN指的是機(jī)載端接收其他飛機(jī)和地面站的ADS-B信號，解析處理形成目標(biāo)飛行航跡，提供給CDTI（座艙顯示器）或綜合監(jiān)視系統(tǒng)，為飛行員提供自身飛機(jī)周邊的交通信息，實(shí)現(xiàn)空空監(jiān)視的目的。ADSB OUT指的是航空器通過數(shù)據(jù)鏈廣播模式，在特定的間隔時(shí)間內(nèi)向機(jī)外空域進(jìn)行廣播，地面的ADSB數(shù)據(jù)站接收航空器通過數(shù)據(jù)鏈廣播的格式為DF17和DF18等ADSB消息，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)格式的CAT021目標(biāo)報(bào)告輸出，然后送到ATC系統(tǒng)將其進(jìn)行單路輸出顯示或與雷達(dá)信號融合顯示，提供給管制員進(jìn)行空中交通管制。

（二）ADSB技術(shù)應(yīng)用

廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）是一種監(jiān)視技術(shù)，即航空器通過廣播模式的數(shù)據(jù)鏈，自動(dòng)提供由機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備和定位系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)，包括航空器識別、四維定位以及其他相關(guān)的附加數(shù)據(jù)。

地面和其他航空器可以接收此數(shù)據(jù)，并用于各種用途，如在無雷達(dá)覆蓋地區(qū)提供ATC監(jiān)視，機(jī)場場面監(jiān)視以及未來空-空監(jiān)視等應(yīng)用服務(wù)。

（三）ADSB的關(guān)鍵技術(shù)

HPL是由GPS接收機(jī)通過特殊的算法——接收機(jī)自主完好性檢測（ RAIM）計(jì)算得出的。機(jī)載接收機(jī)RAIM算法的基本思想是：使用4顆為一組的多組衛(wèi)星作為接收機(jī)的“可見”衛(wèi)星，從而解算出多個(gè)航空器位置結(jié)果，并比較這些位置結(jié)果的一致性，只要結(jié)果存在不一致就表明位置數(shù)據(jù)的完好性可能是不充分的。

因此，RAIM算法需要機(jī)載設(shè)備能“看見”多于四顆衛(wèi)星，達(dá)到這樣的條件和GPS衛(wèi)星的軌道有關(guān)系。使用相關(guān)軟件可以在任何地方、任何時(shí)間計(jì)算出RAIM的有效性。因此，RAIM的失效可以提前知道，并且有必要的措施來處理RAIM失效。

（四）ADSB常用的3種通信數(shù)據(jù)鏈格式

1）Mode S 1090ES（S模式擴(kuò)展斷續(xù)震蕩數(shù)據(jù)鏈）

1090es是國際民航組織推薦使用的數(shù)據(jù)鏈，也是目前廣泛用于民航空管的數(shù)據(jù)鏈方式，它的工作頻率為1090MHz，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為RTCA/DO260B、RTCA/DO181D、ED73A、ED86、ED-129/129A/129B，其TSO要求為TSO-C166b。

2）VDL MODE 4（甚高頻模式4數(shù)據(jù)鏈）

VDL MODE 4是瑞典最早提出的基于S-TDMA數(shù)據(jù)鏈協(xié)議，唯一支持空空、空地一體化數(shù)據(jù)通信服務(wù)的系統(tǒng)，它的工作頻率為VHF頻段，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為ED-108A，無TSO要求。

3）UAT（通用訪問收發(fā)機(jī)數(shù)據(jù)鏈）

UAT是美國FAA機(jī)構(gòu)提出的適用于美國國內(nèi)通用航空的專門ADS-B監(jiān)視的數(shù)據(jù)鏈格式，其工作頻率為978MHz，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：RTCA/DO282B，TSO要求為TSO-C154c。

二 ADSB遠(yuǎn)端地面站的組成和功能

ADS-B地面站通過全向或定向ADSB天線，接收航空器通過數(shù)據(jù)鏈廣播的格式為DF17和DF18ADSB消息，通過信號解調(diào)，采樣CRC編譯碼，解碼航跡處理，航跡維護(hù)報(bào)文觸發(fā)（實(shí)時(shí)/周期）等一系列過程，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的CAT021目標(biāo)報(bào)告輸出，經(jīng)過路由傳輸、分發(fā)、信號轉(zhuǎn)換傳輸至ATC系統(tǒng)，目標(biāo)報(bào)告與ADS-C（FANS1/A）、雷達(dá)數(shù)據(jù)融合，在顯示系統(tǒng)中以位置符號的形式跟蹤監(jiān)視飛行。

三 ADSB技術(shù)與傳統(tǒng)雷達(dá)相比的優(yōu)勢

目前中國民航正在大力推廣ADSB技術(shù)的應(yīng)用，目前全國大部分的空管分局站均已計(jì)劃部署ADSB遠(yuǎn)端臺(tái)站和ADSB數(shù)據(jù)站，為解決二次雷達(dá)盲區(qū)補(bǔ)盲提供了有力的技術(shù)支持。ADSB技術(shù)與傳統(tǒng)雷達(dá)相比的優(yōu)勢主要在以下幾個(gè)方面：

1ADSB定位更為精確，信息更新率快。SSR使用的是傳統(tǒng)的詢問應(yīng)答方式，機(jī)載設(shè)備為應(yīng)答機(jī)，只能提供目標(biāo)航空器的二次代碼，高度等有線信息，一般是4秒一個(gè)詢問周期，而ADSB采用GPS定位方式，機(jī)載設(shè)備為GPS以及數(shù)據(jù)鏈設(shè)備，現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)0.5秒接收一次航空器位置信息，目前GNSS定位精度已經(jīng)達(dá)到了10米量級，因此ADSB的定位分辨率也是10米量級。而傳統(tǒng)SSR雷達(dá)由于固有的角分辨率限制，導(dǎo)致無法分辨距離太近的兩個(gè)機(jī)組，監(jiān)視精度相對較低。

2ADSB地面設(shè)備的投資成本和維護(hù)成本較低，一套符合民航管制工作需求的二次雷達(dá)地面站建設(shè)大概需要1000萬人民幣左右，而實(shí)現(xiàn)同區(qū)域覆蓋所需的ADSB地面站的建設(shè)投資只有二次雷達(dá)的三分之一到二分之一，并且維護(hù)成本也比較低使用壽命較長。特別在雷區(qū)建設(shè)的雷達(dá)站，雷雨季節(jié)SSR雷達(dá)天線部分容易遭受雷擊，更換雷達(dá)備件和維修成本非常高，ADSB的遠(yuǎn)端地面站防雷效果相對令人滿意。而且地面站的建設(shè)簡便靈活，不受地形條件的限制。

3ADSB地面站的建設(shè)簡便靈活，不受地形條件的限制，各地面站可以根據(jù)需要進(jìn)行相對獨(dú)立的建設(shè)，，因此在二次雷達(dá)的盲區(qū)它可以作為重要的補(bǔ)盲手段。預(yù)計(jì)如果未來在全國空中交通管制普遍推廣ADSB的技術(shù)應(yīng)用，由于其定位精度高的優(yōu)勢，對縮小飛機(jī)飛行間隔標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化航路設(shè)置，提高繁忙空域的使用率有著深遠(yuǎn)的意義。

當(dāng)然ADSB本身也是存在局限性的，由于其定位主要依賴GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）進(jìn)行目標(biāo)定位，一旦GNSS系統(tǒng)失效，將導(dǎo)致其無法對目標(biāo)位置進(jìn)行驗(yàn)證功能。而且目前ADSB地面站一般是被動(dòng)接收信息，如果航空器給出錯(cuò)誤的位置信息，或者有來自不明設(shè)備通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)送的標(biāo)準(zhǔn)ADSB的CAT021數(shù)據(jù)格式，地面站系統(tǒng)是無法識別真?zhèn)涡畔⒌摹?/p>

總結(jié)與展望

根據(jù)中國民航的十三五規(guī)劃，我國民航將在未來五年發(fā)展積極推進(jìn)ADSB系統(tǒng)的建設(shè)，根據(jù)統(tǒng)一部署，我國的ADSB建設(shè)實(shí)施遵照的是“西部先試先行，由西向東穩(wěn)步推進(jìn)”的原則，在今年年底我國各空管分局站的空管自動(dòng)化系統(tǒng)都必須具ADSB的航跡處理能力，ADSB技術(shù)已經(jīng)無可爭辯地成為未來航空監(jiān)視技術(shù)發(fā)展趨勢，空管部門正在面臨如何從二次雷達(dá)到ADSB過渡，以及制定ADSB管制新標(biāo)準(zhǔn)的重要課題。