廣播式自動相關監控ADS-B系統的探究

劉宗福

摘? 要：廣播式自動相關監控（ADS-B），作為被國際民航組織確定為未來監視技術發展的主要方向，并且也是中國民航局重點推行的新技術。從1991年初期，歐洲和美國對ADS-B技術的研究開始到目前經歷了近30年。ADS-B系統也得到了快速發展。而對于從事民航維修的人員來說，能夠明白ADS-B系統的原理，對ADS-B系統的維護和保障工作至關重要。該文就ADS-B系統及工作原理、政策支持和發展進行探究，為維修人員對ADS-B的了解和學習提供參考。

關鍵詞：新技術? ADS-B? 系統原理? 民航維修

中圖分類號：V243? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2020）10（c）-0006-03

Abstract： Automatic Broadcast correlation monitoring （ADS-B）， as the main direction of future surveillance technology development determined by the International Civil Aviation Organization （ICAO）， is also a new technology promoted by the Civil Aviation Administration of China. It has been nearly 30 years since European and American research on ADS-B technology began in early 1991. Ads-b systems have also developed rapidly. For the personnel engaged in civil aviation maintenance， it is very important to understand the principle of ADS-B system for the maintenance and guarantee of ADS-B system. This paper explores the ADS-B system and its working principle， policy support and development， so as to provide reference for maintenance personnel to understand and learn ADS-B.

Key Words： New technology; ADS-B; System principle; Civil aviation maintenance

1? ADS-B系統

1.1 概述

ADS-B中文名字叫作廣播式自動相關監控。4個字母的意思分別解釋如下。

A（Automatic）：自動，飛行器自動報告自己的位置，全天候運行，無須人為管理。

D（Dependent）：相關，數據源依賴于精準的全球衛星導航系統（比如GPS、北斗等）。

S（Surveillance）：監視，接受者（管制人員和機組）可以獲取飛行器位置、高度、速度、識別碼和其他信息。

B（Broadcast）：廣播，飛行器廣播各自的數據信息，無須地面管制員詢問或者別的機組詢問。

概括起來是：ADS-B通過數據鏈，在不需要人工操作或者詢問的情況下，能自動從相關機載設備獲取參數并向其他飛機或地面站廣播飛機的位置、高度、速度、航向、識別號等信息，以供地面管制員對飛機狀態進行監控，也為航空器周邊其他機組提供了航空器準確的位置信息，增強了機組的位置感知和空中交通情景意識，提高了飛行安全水平，提升了航班運行效率，優化了航路結構。

1.2 系統工作原理

ADS-B系統的工作原理簡單來說就是一個集通信與監視為一體的信息系統，首先由機載GNSS系統（接收GPS信號）和氣壓高度表（或者是大氣數據計算機）確定飛機當前的位置和高度，利用航空器上其他的機載設備比如慣性導航系統（INS）、飛行管理計算機（FMS）、大氣數據計算機（ADC）、S模式ATC應答機等其他機載傳感器獲取信息，比如航空器的航向、航跡、空速、風速、飛機外界溫度、飛機的識別信息、高度等數據等，通過ADS-B系統的發送（ADS-B OUT）功能間隔地將所要發送的數據自動地發送到地面的ADS-B接收設備，地面的ADS-B接收設備將接收到的信息進行編譯處理并送至空管部門相應的顯示設備上顯示，管制員通過顯示器上所顯示的飛機數據信息來跟蹤和監控空中交通狀況，起到類似于雷達的作用。

1.3 應用功能

機載ADS-B有兩個基本應用功能：一個是發送（ADS-B OUT，地-空監視）功能，另外一個是接收（ADS-B IN，空-空監視）。ADS-B OUT屬于ADS-B技術的前期應用也是基本功能，重點是增強在雷達無覆蓋（ADS-B NRA）地區和雷達覆蓋監視不完備（ADS-B RDA）的地區進行地對空監視服務，以及對機場地面監視服務（ADS-B APT）進行優化，比如對地面移動的航空器及安裝了ADS-B系統的地面移動設備（車輛等）的監視。這一階段，航空器上的ADS-B系統設備只發送自身運行情況數據的航跡和航向等信息。

ADS-B IN功能主要是改進ADS-B系統的應用軟件，屬于全面應用階段。重點開發航空器上ADS-B系統對其他航空器運行狀況和地面服務設備發送信息的知曉，比如ATSA SURDF、ATSA AIRB、ATSA VSA等功能，機載ADS-B系統除了要發送自身運行情況數據還要能夠接收附近飛行器和地面服務設備廣播出的信息，有利于更好地開發和更有效地利用機載運行數據。對于通航飛機來說，通航飛機沒有裝載機載氣象雷達和空中交通報警和防撞系統（TCAS），那么就需要ADS-B IN的功能來作為補充。ADS-B IN還能接收到地面站向航空器發送的信息，主要分為兩類：空中交通情報服務廣播（TIS-B）和飛行信息服務廣播（FIS-B）。

1.4 用于通信的數據鏈系統

支持ADS-B系統的數據鏈有3種：第一種是S模式1 090 MHz擴展電文（1090ES，1090MHz Extended Squitter）數據鏈;第二種是通用訪問收發（UAT，Universal Access Transceiver）數據鏈;第三種是甚高頻模式4（VDL-4，VHF Data Link Mode4）。UAT所用的頻段處于DME（X）波段內，機載和地面設備的收發頻率采用978 MHz的頻率;1 090ES直接使用SSR（S模式應答機）應答機的1 090 MHz頻率;VDL-4使用頻率為118～137 MHz，波導頻寬為25 kHz。

3種數據鏈都有信道容量大、速度快且具有廣播功能。在不同的航空器現有的設備條件下，對于已裝有S模式應答機的航空器應用1090ES數據鏈，只需要更新S模式應答機的軟件和接上可靠的GNSS天線;應用UAT模式數據鏈需要在航空器上加裝新的設備（比如SR20飛機上的GDL90設備）;應用VDL-4數據鏈的航空器也需要加裝新的設備，但是由于VDL-4數據鏈源于OSI模型，是需要嚴格要求時間同步的規范化VHF數據鏈。1090ES、UAT和VDL-4這3種數據線互不兼容，所以未來研究1090ES和UAT相兼容可能能實現兩個數據鏈的優勢疊加。

2? 當前中國民航有關ADS-B的情況及政策

相對于歐洲1991年做的有關ADS-B技術演練和美國在1992年開始的ADS-B技術正式研究。中國在ADS-B技術方面的研究是在1998年才開始的，并且啟動了第一條基于ADS-B技術的L888的航路建設。2004年在我國北京、上海、廣州分別建立了ADS-B管制中心。2005年7月， 在西南地區的中國民航飛行學院完成ADS-B在亞洲地區的首次應用測試;2006年12月，完成綿陽、廣漢、新津、遂寧、洛陽5個地面臺建設， 并完成中國民航飛行學院完的6種機型近200架飛機的ADS-B機載設備加裝。

明航局發布的關于“通用航空‘十三五發展規劃”提出組織開展兼容“北斗”衛星導航系統的ADS-B機載設備適航審定標準規范研究和編制。以及在《中國民用航空ADS-B實施規劃》中提出了在2017—2020年，實現全空域ADS-B OUT的全面運行的目標和2020—2025年完善全空域ADS-B OUT的運行網絡，實現ADS-B IN初始運行的目標。

中國民航最開始在通用航空飛行活動頻繁的特殊區域采用UAT作為支持ADS-B系統的數據鏈技術，考慮的是UAT機載設備和地面站的性價比、功能特性。而后中國對ADS-B技術的政策更新，考慮的是我國未來空管系統與國際接軌問題及在全球范圍內的互操作性，即中國民航在實施ADS-B項目計劃時優先考慮使用1090ES作為數據鏈路技術。作為國內最大的飛行員培訓基地，中國民航飛行學院在2019年完成了從基于UAT數據鏈的ADS-B系統到基于1090ES數據鏈的ADS-B系統的改裝，相關的機載設備也做了更換。

3? 傳統的導航程序與ADS-B技術的特點

（1）筆者通過對傳統導航程序和ADS-B技術進行學習和比較發現：傳統導航程序是通過機載設備，C模式二次雷達或者S模式二次雷達應答機的詢問，和地面設備的應答來定位。精度等級有200 n mile、60 n mile、18 n mile;而ADS-B以機載設備GPS和S模式的二次雷達應答機，利用GPS定位，導航數據源誤差在10 m+系統誤差。相比較而言，ADS-B定位精度更精確。

（2）各自優缺點：傳統的導航優點在于能夠獨立協同監視，應用航空器應答機發射的發射信號，不需要額外的機載設備，覆蓋范圍廣 ，個地面站可以獨立運行;缺點是建設和運行維護成本高，更新率低且地面設施受地形的影響。而ADS-B技術可以提供更多信息，監視方式多樣化，精確度高更新頻率快，建設維護成本低，地面站建設簡單且能獨立運行;缺點是ADS-B自身沒有定位數據源，得依靠GPS定位，如果GPS設備或者信號失效會影響它的正常工作。相比較而言ADS-B技術的優勢更大，發展前景更好。

4? 結語

該文通過從ADS-B系統的簡介、運行原理、基本功能以及通信數據鏈進行詳細的介紹，結合筆者對傳統導航和ADS-B系統做的對比，可以讓大家更好地理解ADS-B，希望對剛開始接觸或者聽說過ADS-B系統的維修人員提供學習參考。

參考文獻

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