空管自動化ADS-B信號預處理系統

蔣曉霜

摘 ? 要：文章主要針對空管自動化ADS-B信號預處理系統進行研究與分析，在解析ADS-B技術及其在空管自動化中應用的基礎上，解析ADS-B預處理系統的構成和基礎模塊，就ADS-B信號預處理系統中的各個模塊及功能進行詳細解析，希望能夠提高空管自動化水平，提高空管效率。

關鍵詞：空管自動化;ADS-B;信號預處理

我國空運迅速普及發展，加強空管監視具有重要意義，有效的空管監視不僅能夠有效防止航空器相撞等事故概率發生，而且對于航空器飛行效率的提升也具有重要意義。伴隨著空運流量逐年遞增，為保證航空安全和運行效率，空管自動化系統開始應用。我國初期采用雷達數據作為自動化系統監視數據源信號，但是我國地域遼闊，在西部部分沙漠、山區以及環境惡劣等偏遠地區不適宜建設雷達，導致部分空域存在盲區。因此，僅靠雷達數據作為監視數據并不全面，必須引入新方法和新技術來輔助加強空管監視。國際民航組織針對當前空管現狀提出了新航行系統概念，采用多雷達數據源來進行空域監視，并引入廣播式自動相關監視（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，ADS-B）數據作為輔助監視數據源。ADS-B技術可在部分雷達盲區為航空器提供優于雷達間隔標準的監視數據;在雷達覆蓋區域，也能以較低代價增強空域監視能力，提高航路及終端區的飛行容量。

1 ? ?ADS-B技術及其在空管自動化中的應用概述

1.1 ?ADS-B技術及原理

ADS-B技術是對傳統多雷達監視技術的進一步發展，不僅降低了技術成本，而且提高了監視精度，總體而言ADS-B技術的靈活性更強，經濟成本更低，在未來空中交通服務的發展和應用中具有廣闊前景。ADS-B系統工作體系如圖1所示，作為一種空域監視技術，它充分運用了空/空、地/空數據鏈通信技術以及導航衛星定位技術，通過導航衛星定位技術獲得飛機等航空器的位置、速度等信息，并結合機載設備中的GPS來獲得實時定位。飛機位置信息能夠實時（固定時間間隔）通過地/空數據鏈技術傳輸到地面空中交通管制中心（空管中心），以供自動化系統進行數據處理，確保空管中心了解地面和空中航空器運行情況。同時，地面空管中心還能夠將這些信息通過地/空數據鏈進行傳遞共享，讓運行中的航空器了解地面以及空中情況[1]。

1.2 ?ADS-B技術在空管自動化中的應用概述

ADS-B技術包括發送（OUT）和接收（IN）兩個信息傳遞方向。

1.2.1 ?ADS-B ?OUT功能

作為ADS-B系統的基本功能，OUT功能主要是接受飛機等航空器和飛行器的各種信息，包括位置信息、飛行狀態信息（高度、速度、升降等）等，地面空管中心的自動化系統主要接受和處理由飛行器發送的各種ADS-B OUT數據，并將這些數據進行分析和整合，實時了解并監視空中航空器的運行狀況和位置狀況，這一原理和雷達的原理十分類似。在航空器實現ADS-B OUT功能時，并不需要太多的輔助設備。

1.2.2 ?ADS-B ?IN功能

ADS-B IN功能實際是在ADS-B OUT功能基礎上發展起來的，航空器能夠接受ADS-B OUT功能發出的信息，包括空管中心給航空器發送的信息，以及其他航空器通過ADS-B OUT功能發送的信息。這些信息在駕駛艙交通信息顯示（Cockpit Display of Traffic Information，CDTI）顯示器上進行顯示，飛行員可通過讀取CDTI上的信息來了解其他航空器的運行狀況，提高空中交通情景意識如沖突告警信息、氣象信息等。ADS-B技術增強了空域中航空器與航空器之間的相互監視能力，由于ADS-B系統的位置信息為自發廣播式，航空器與航空器之間并不需要進行互相問詢，便可接收、處理相關位置信息，因此，能更高效地提高航空器間的協同水平。

2 ? ?ADS-B預處理系統構架及處理流程

2.1 ?ADS-B預處理系統構架

ADS-B信號預處理系統實際是ADS-B技術的前端，也是為了配合ADS-B技術而衍生出來的，在海洋、沙漠以及偏遠地區當中接入ADS-B信號預處理系統具有重要意義。通過ADS-B信號預處理系統的引入，不僅能夠對采集信號的質量進行監視，而且還能夠進行處理和過濾，最終得到符合ADS-B系統質量要求的信號并傳遞到ADS-B系統當中。ADS-B信號預處理系統主要由多個模塊構成，包括狀態監控模塊、協議轉換模塊、信號融合模塊、GPS時鐘以及質量評估模塊，目前，ADS-B信號預處理系統中主要采用雙網冗余設計方式進行設計。

2.2 ?ADS-B信號在空管自動化系統中的處理顯示流程

空管自動化系統作為空中交通管制通信和監視的重要手段之一，主要功能是讓管制員準確了解到空中交通的實時動態信息，包括航空器位置、速度等。要獲得可靠的實時動態信息就必須要接入高精度監視數據信息源，而ADS-B技術可提供更新速度更快、精度更高的監視數據，為空中交通管制員提供更全面的一手資料。

3 ? ?ADS-B預處理系統各模塊的功能

3.1 ?協議轉換模塊的功能

ADS-B信號預處理系統中的協議轉換模塊的主要功能是實現信號的轉換，將ADS-B原始信號轉換為系統識別的TCP/IP組播信號，將獲得的信號傳送到A網，B網當中。ADS-B原始信號主要包括HDLC和TCP/IP兩種類型格式，而協議轉換模塊主要是對原始信號進行處理和統一。目前常用的方法是通過接入路由器來實現該功能，采用價格相對低廉的ARM開發板部署轉發程序就能夠實現。

3.2 ?GPS時鐘模塊

該模塊的主要功能是實現GPS原始信號的接收，GPS時鐘模塊也是其他模塊的基礎，主要提供時鐘同步服務，可通過NTP服務實現這一功能。一般在普通的ARM開發板或者是普通的服務器上就可以部署安裝這一模塊。

3.3 ?信號融合模塊的功能

在空管自動化ADS-B技術當中不可避免的會涉及多路ADS-B信號，因此，信號融合模塊尤為重要，通過該模塊可實現信號的分配、融合與過濾，最終將多路ADS-B信號融合為1路信號并輸出。目前可以在多臺服務器上進行信號融合模塊的部署，最終在系統當中形成多路ADS-B信號輸出。信號融合模塊的引入在保證了ADS-B技術中能夠實現一路或多路信號輸入源的處理的同時，還可通過手工來選擇輸入源或者根據配置文件來選擇輸入源，并實時監測輸入信號的通信質量，以及監測信號中的CRC、錯/斷幀、格式錯誤、Cat21數據必需項缺失等錯誤，并及時發出告警。

在信號融合模塊當中，還能夠實現質量較差信號的處理，可在系統當中增加信號處理的內容，主要包括對質量較差信號進行手動屏蔽或者自動屏蔽兩種方式。在信號融合模塊當中必須要對必需數據項（錯/斷幀、CRC錯誤、格式錯誤）進行配置，系統中對于不同的數據源，配置上也存在一定差別。

3.4 ?評估子系統的功能

評估子系統主要是評估顯示模塊構成，通過這一模塊能夠對數據信息的各項指標進行判定與分析，并最終給出綜合評估結果，評估結果可在顯示器中顯示并進行比對。評估的各項指標包括系統覆蓋范圍評估、可靠性評估、高度信息評估以及航班號正常率評估、位置精度和速度信息評估等。在進行這些信息的比對分析過程中，必須要設置準確的參照基準，在參照基準的基礎上進行比對分析。一般在評估子系統中可采用多雷達融合航跡作為參照基準進行對比分析，這種評估方法和實際情況還是具有一定區別的，還需進一步優化。

3.5 ?系統軟件模塊

為保證系統功能的最終實現，還需要保證系統的穩定運行，因此，需要選擇目前相對成熟、主流的系統作為平臺，并且為其匹配相應的開發工具來進行系統開發。對于ADS-B信號預處理系統中的協議轉換、GPS時鐘、信號融合模塊建議采用Linux系統作為開發平臺，而對于其他模塊可以采用Windows系統作為開發平臺[2]。

4 ? ?結語

ADS-B信號預處理系統作為ADS-B系統的基礎，主要應用于信號的預處理，能夠為ADS-B系統提供信號基礎，將信號預處理系統和整個系統進行融合，最終能夠滿足空管自動化系統的實際需求。同時，通過ADS-B信號預處理系統還能夠對信號進行監測和評估，以此來降低ADS-B系統的自動化管理壓力，提高空管水平，降低空管自動化中可能存在的潛在風險問題。

[參考文獻]

[1]馬安恒.自動化系統中ADS-B報文與數據引接分析[J].電子世界，2018（21）：91，93.

[2]牛一波.淺析一種ADS-B數據分析系統的設計與實現[J].民營科技，2018（11）：56.