淺析ADS-B地面接收器的構建

摘 要 ADS-B是空管系統中監視的關鍵技術之一。本文著重分析了構建基于1090ES鏈路的ADS-B地面接收器所需要研究的各部分，并在分析各部分后實際通過開源的軟硬件解決方案構建一個ADS-B數據接收器實例。

關鍵詞 廣播式自動相關監視;地面接收器;解決方案

引言

隨著民航空管技術飛速發展，出現了一種新的監視技術——廣播式自動相關監視（ADS-B， Automatic Dependent Surveillance-Broadcast的縮寫），它使用了已廣泛應用的全球導航衛星系統（GNSS， Global Navigation Satellite System的縮寫）。與雷達監視技術相比，ADS-B監視技術不僅提供更高精度的數據，而且具有更快的數據更新率等特點。

1現狀分析與研究意義

ADS-B作為空管系統中監視的關鍵技術之一[1]，使空管人員可以在計算機屏幕上完成對航空器的監視。如今ADS-B技術的研究是民航技術工作研究的一個熱點。

基于1090ES鏈路的ADS-B地面站指所有接收和處理ADS-B數據（1090擴展斷續振蕩器報文），并且可以將該報文轉發到空管部門（ATC），最終顯示在終端界面，為使用者提供航空器飛行信息的監視功能[2]，因此對ADS-B技術的研究有著很強的現實意義。

市場上雖有的多種地面接收系統，但由于市場的技術保密等原因，對于地面接收器研制與構建的闡述寥寥無幾，并且多以理論介紹為主。鑒于此，本文將分析基于1090ES鏈路ASD-B地面接收器的各個部件，在文章的最后介紹實際使用開源軟硬件解決方案搭建一個地面站接收系統，希望能夠為同樣正在研究ADS-B技術的人士提供幫助[3]。

2ADS-B地面接收器部件

ADS-B地面接收器接收航空器以廣播的方式發送的3D信息[4]（經度、緯度、高度）與其他信息（ICAO唯一地址碼、速度、是否轉彎、爬升和下降等）。本文分析的ADS-B地面接收器，接收S模式的擴展斷續震蕩信號，然后將數據輸出到其他應用設備，并且發送給ATC的信息應該符合ASTERIX標準21類（專用于ADS-B報告信息），由于采用1090MHz ES數據鏈的S模式ADS-B下行鏈路頻率為1090MHz，所以接收消息的硬件部分由接收天線（1090MHz）和射頻信號接收裝置（射頻前端接收模塊和解碼芯片）組成。軟件部分由數據解碼模塊和數據輸出模塊組成，可以將數據輸送至客戶端軟件進行顯示。如圖1所示，ADS-B數據地面接收器的各部分組成。

2.1 硬件部分介紹

①1090M Hz接收天線。如圖1中所示，ADS-B信號屬于垂直極化方式，接收ADS-B的信號需要的是制作一根1090 MHz的垂直極化天線，具有大約130mm的長度，此長度是1090 MHz的信號的波長的一半，作為天線是一種電偶極子，并從各個方向接收信號。②射頻前端接收器。S模式的ADS-B斷續振蕩器，工作在1090 MHz的頻點上，射頻前端接收器需要對1090M Hz的射頻脈沖信號進行接收，包括8μs的消息前導信號的接收和56（或112）比特消息數據塊的接收。③解碼芯片。S模式的數據鏈下行ADS-B數據采用脈沖位置編碼調制（Pulse Position Modulation，簡稱 PPM），它是一種脈沖位置根據被調信號的變化而變化的調制方法。所以對解碼芯片的研究也是ADS-B接收機需要著重研究的部分。

2.2 軟件部分介紹

①ADS-B數據解碼模塊。S模式的應答形式也有長短形式之分（56位和112位），末尾也有24位的奇偶校驗碼。數據的解碼的軟件的解碼模塊是通過讀取2.1節中解碼芯片的解碼數據。下行鏈路位域（DF： DownlinkFormat）DF=11或者DF=17為5比特。設備能力標識位域（CA： Capability ）為3比特，表示ADS-B系統發射機的能力。ICAO地址位域（AA）為24比特，它是ICAO為每個航空器分配的全球唯一地址碼。奇偶校驗位域（PI：Parity/Interrogator ID）為24比特。②ADS-B數據輸出模塊。將解碼模塊解碼的數據，以網絡或串口等方式輸出到其他應用系統或者設備的客戶端分析或顯示。

3幾種構建的解決方案

4結束語

本文分析了研制基于1090ES鏈路的ADS-B地面接收器所需要研究的組成部件，并在介紹各部分模塊作用后，通過分析多種解決方案，實際構建一個ADS-B數據地面接收器的實例。

參考文獻

[1] 方音.S模式ADS-B系統[J].航空電子技術，1999，（4）：6-9.

[2] 劉依萍.ADS-B無雷達航空區ATC監視解決方案[J].空中交通管理，2003，（6）：56-57.

[3] 呂小平.ADS-B技術介紹[J].空中交通管理，2005，（4）：24-25.

[4] 姚姣.ADS-B監視功能的性能研究和仿真[D].成都：電子科技大學，2010.

作者簡介

祁振杰（1984-），男，山西人;畢業院校：貴州大學，專業：計算機應用，學歷：碩士研究生，主任工程師，現就職單位：民航貴州空管分局，研究方向：空管自動化的研究與維護。