ADS-B廣播式自動相關監視系統及其應用研究

郭健偉

（民航吉林空管分局，吉林 長春 130000）

1 ADS-B廣播式自動相關監視系統架構和工作模式

ADS-B是廣播式自動相關監控的簡稱，是一種非常先進的監視技術，以衛星定位信息為依托，采用數據鏈的形式，對航空飛行器、地面控制站進行空管監視。該技術之所以能夠在空管領域中得到廣泛應用，主要是因為它可以對地基雷達無法覆蓋的區域進行監視，而且其總體成本遠遠低于地基雷達。ADS-B具有較高的精度，可以實現地對空和空對地雙向數據傳輸。

1.1 系統架構

在ADS-B中，A代表的是自動，即所有的下行數據均可自動完成，不需要人工操作，而上行數據則無需應答；D代表相關，即全部下行數據的來源均為本機設備；S代表監視，能提供各種不同位置的監視數據，如經度、維度、高度等；B代表廣播，數據傳輸為一對多周期性廣播式。ADS-B包括兩部分設備：地面設備和機載設備。

1.1.1 地面設備

ADS-B地面設備具有如下功能：可對機載設備發送的信息進行接收；利用地面組網對二次雷達發送的空中交通信息進行實時接收；可向機載設備發送TIS-B（交通信息服務廣播）；向機載設備發送ADS-R（自動相關監視轉播）；向空管設備發送空中交通信息。當地面設備接收到機載設備發出的報文信號后，會自行對報文進行處理，生成標準形式的報文后，經以太網傳輸給空管監視設備。

1.1.2 機載設備

機載設備是ADS-B系統架構中的核心部分，其主要具備兩種功能：ADS-B IN和ADS-B OUT。

（1）ADS-B IN

當航空飛行器上裝備ADS-B IN設備后，可對其他航空飛行器發出的ADS-B OUT信息進行接收和處理，并且還能接收到地面控制站發出的TIS-B、ADS-R等信息，可以實現空對空的監視功能。

（2）ADS-B OUT

在ADS-B系統中，ADS-B OUT是機載設備的基礎性功能，當航空飛行器上裝備ADS-B OUT設備后，機載設備可通過周期性的方式，一般為每秒2～3次，向空中發送下行數據信息，如識別碼、經緯度、高度、速度以及方向等。當地面控制臺接收到這些信息后，經過處理會直接顯示在屏幕上，并根據這些信息完成空管監控。GNSS系統可以提供航空飛行器的經緯度數據，氣壓高度表可提供航空飛行器的高度數據。

1.2 工作模式

ADS-B系統具有三種工作模式：S模式數據鏈、UAT數據鏈、VDL-4數據鏈。每種工作模式都有自己的優點，也都存在一定的不足。其中S模式的優點最為突出，能夠提供非常高的數據傳輸帶寬，可以達到1 MB/s，這是其他兩種模式無法比擬的。同時，在S模式應答機設備上稍作改動，便可將之升級為ADS-B機載設備，由此能夠顯著降低成本。正因如此，使得S模式成為了ICAO主推的ADS-B標準[1]。

2 ADS-B廣播式自動相關監視系統的具體應用

ADS-B系統集成了當前先進的衛星導航技術、計算機技術、數據通信技術等，使得該系統在航空監視方面的應用優勢得以凸顯。因此，在空管監視的主要環節中，可對ADS-B系統進行合理運用，以提高空中交通監管水平，確保航空飛行器的安全運行。

2.1 ADS-B在航空器識別中的應用

對航空飛行器進行識別是開展空管監視工作的重要前提，作為一項基礎性工作，相關人員常常會對其有所忽視。通過ADS-B系統的應用，可使此項工作形成常態化，空中交通管制人員通過對屏幕的觀察，可以準確識別出航空飛行器的標識，由此可使后續工作的開展變得更加順利。借助ADS-B系統，可快速完成航空飛行器的識別，空管人員可在屏幕上對航空器的標識和飛行高度等信息進行確認。具體的識別方式有兩種，一種是直接在ADS-B標牌上對航空飛行器的標志進行確認，另一種是通過對ADS-B系統中呈現出與航空飛行器相關的編碼進行觀察進行確認。應用ADS-B系統識別航空飛行器的主要目的是確保其在空中轉彎時，不會偏離管制區，使航空器始終保持在最低安全高度以上飛行[2]。

2.2 ADS-B在位置報告中的應用

在空管監視工作中，通過ADS-B系統的應用，能夠快速、準確地進行位置報告。空管人員借助ADS-B系統，可以向航空飛行器的駕駛員告知航空器當前所處的具體位置，同時駕駛員也可利用機載ADS-B設備，向地面控制站發送位置信息。通常情況下，空管人員需要向航空飛行器的駕駛員報告飛行跑道、電臺等位置的具體方位和距離。駕駛員要向空管人員報告航空器所處的高度、過航路點的時間等信息。應用ADS-B系統后，當雙方進行位置信息報告時，能夠使用更加顯著的地理位置，從而提高報告信息的準確性。同時，可在達到某個重要點上，對航線中導航設備的方位和距離等信息進行報告。由于受到地面上各類建筑物的影響，使得雷達系統無法覆蓋所有的區域，如果航空飛行器盲目飛過，會對飛行安全造成威脅。此時，駕駛員通常會采取短波的方式報告具體位置和飛行速度，但是，部分干擾源會對短波信號的傳輸造成干擾，進而增大安全風險。ADS-B系統的應用，可使該問題得到有效解決，駕駛員可使用機載設備將飛行信息報告給地面控制站，空管人員根據駕駛員發送的信息，可對駕駛員的飛行空間進行調整。

2.3 ADS-B在飛行引導中的應用

飛行引導是確保航空器安全飛行的重要措施之一，通過應用ADS-B系統，空管人員可利用地面控制站屏幕上顯示的航空器飛行情況，向處于飛行狀態中的航空器下達上升、下降以及調整當前飛行速度等指令，從而使航空器接近或是飛往航路點，使航空器和航空器之間始終保持安全距離，確保空中飛行的安全性，空中的交通秩序也能得到有效保障。空管人員在應用ADS-B系統航空器進行飛行引導時，地面站與航空器和航空器之間的安全都是由空管人員進行控制，而駕駛員可在這一過程中利用機載設備，向地面站發送航空器的位置等信息，為空管人員引導飛行提供依據。在實際飛行中，當空管人員借助ADS-B系統向駕駛員下達飛行高度、速度、航向等指令時，駕駛員能夠在第一時間接收到這些信息，據此進行飛行。ADS-B系統的應用，使空管人員可以有效控制航空器的間隔，使得交通秩序變得更加有序。空管人員在引導中處于指揮者的地位，駕駛員完全處于被動的狀態，此時空管人員需要對航空器的飛行安全負主要責任。因此，空管人員在應用ADS-B系統引導飛行時，應當了解機場、地理、氣候條件以及飛行狀態等情況，確保飛行引導更具針對性[3]。

3 ADS-B廣播式自動相關監視系統的應用效果

3.1 增大航空器的飛行流量

ADS-B系統的應用，提高了航空器保持高度的效率，實現了航空器在航路上連續的間隔，保持連續的爬升與下降，縮小了航空器的飛行間隔時間，大幅度增加了空中飛行流量。

3.2 縮小雙跑道平行間隔

在能見度較差的飛行環境下，應用ADS-B系統可使航空器在終端近區域內目視進近，無需在跑道上安裝精密監視雷達，同時還可將雙跑道平行間隔縮減310 m，限制在440 m。

3.3 實現對飛行沖突信息的有效監控

在應用ADS-B系統進行空對空監視時，能夠發揮交通避撞系統的功能效用，可在機載顯示器上直接顯示有用的飛行沖突信息，將信息實時傳輸給機組，進而輔助機組快速做出應對策略。此外，在ADS-B系統的監視下，能夠全程監控航空器之間起飛和離場間隔。

3.4 拓展地對空和空對地的監視功能

ADS-B系統的應用，實現了地面基地對空中交通的監視，通過在地面基地上安裝ADS-B接收設備，可在終端設備上直接顯示空中交通情況，使得該系統具備雷達監視的基本功能。通過在地面車輛上安裝ADS-B接收設備，能夠實現航空器對地面活動車輛運行情況的實時監視，航空器能夠及時了解機場活動區和跑道附近的車輛交通現狀，針對跑道被車輛占用的情況快速做出應對措施，進而拓展空對地的信息監控渠道[4]。

4 結 論

綜上所述，在航空領域中，ADS-B廣播式自動相關監視系統具有不可替代的作用，通過對該系統的應用，不但能顯著提升空管工作效率和水平，而且能保證航空器的飛行安全，避免高空碰撞事故的發生。由此可見，ADS-B在航空領域中具有良好的使用價值。未來一段時期，應當加大對該系統的研究力度，改進和完善其中存在的不足，使系統能夠更好地為空管工作服務。