ADS-B技術(shù)在飛行訓練管理中的運用現(xiàn)狀和前景探討

摘 要：我國通用航空產(chǎn)業(yè)近幾年發(fā)展迅速，通航飛行活動旺盛，飛機飛行時間飛速增長。從2010年開始，國家陸續(xù)發(fā)布了《關(guān)于深化我國低空空域管理改革的意見》等多項規(guī)章。隨著飛行總量的快速提升，受限于空域緊張，通航領(lǐng)域需要更新一代的導航技術(shù)，在控制成本的前提下進一步提升飛行管理的效率和準確性。基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的ADS-B導航，可以在全球范圍為民航飛機提供監(jiān)視服務。它向地面監(jiān)控臺站提供航空器的位置、高度以及身份信息，從而實現(xiàn)地面控制臺對航空器在全球范圍實施監(jiān)控。這是深化通航導航技術(shù)產(chǎn)業(yè)升級的重要手段，將在未來通航快速發(fā)展中起到重要作用。

關(guān)鍵詞：星基增強;北斗導航;數(shù)字技術(shù);通用航空

在國家想干政策扶持下，近幾年我國通航產(chǎn)業(yè)規(guī)模有所增長。但是我們應當認識到，我國的通用航空產(chǎn)業(yè)在世界范圍內(nèi)仍然處于初級階段，與發(fā)達國家相比我們發(fā)展的基礎(chǔ)薄弱，硬件配套不足。在產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱和飛行量迅速增長的雙重壓力下，我們需要開拓思路，采用更先進的技術(shù)。目前，中國民航部門正在推進ADS-B技術(shù)的廣泛應用。但ADS-B技術(shù)在我國存在的局限性，由于GPS的限制，我國不能使用其星基增強功能（SBAS），導致我國所安裝的ADS-B不能用于飛機的進近和著陸。隨著我國北斗衛(wèi)星的組網(wǎng)完成，通航產(chǎn)業(yè)應當將目光更多地投向北斗衛(wèi)星系統(tǒng)在通航領(lǐng)域的運用，改變通航產(chǎn)業(yè)投資大，回報率低的現(xiàn)狀。

1 ADS-B系統(tǒng)介紹

ADS-B系統(tǒng)是由美國主導開發(fā)的基于GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的導航定位系統(tǒng)，主要包括UAT、1090ES、VDL4這三種互相競爭的數(shù)據(jù)鏈。VDL4主要在北歐應用，主要用于機場監(jiān)視，其實際應用較少。目前UAT與1090ES在世界范圍內(nèi)使用較為廣泛。1090ES系統(tǒng)由于與機載應答機同頻率，可以與應答機擴展報文進行良好兼容，主要應用于商業(yè)運輸航空領(lǐng)域。UAT數(shù)據(jù)鏈主要應用于通用航空領(lǐng)域，目前在澳大利亞和亞洲部分地區(qū)有較好的運用。

1090ES對機載設(shè)備改裝要求不高，可以升級裝機應答機實現(xiàn)ADS-B OUT/IN功能，得到了航空公司和運輸飛機制造商的支持，目前大多數(shù)國家都采用了該系統(tǒng)。與UAT系統(tǒng)相比較，1090ES系統(tǒng)具有更加強大的信息傳輸能力，其擴展報文能除了傳輸飛行定位、機號、高度等信息外，還能傳輸飛機運行狀態(tài)信息，更能滿足航空公司運行的要求。

UAT系統(tǒng)的特點是載設(shè)備簡單，改裝成本低。但受影響于1090ES的高市場占有率，原來的UAT設(shè)備生產(chǎn)商GARMIN公司，縮減了UAT設(shè)備生產(chǎn)，設(shè)備維護成本逐漸升高。由于UAT和1090ES系統(tǒng)采用了不同頻率，不能簡單進行連接，裝配了一個數(shù)據(jù)鏈的飛機，不能直接接收另一個系統(tǒng)的飛機數(shù)據(jù)。為了提高ADS-B系統(tǒng)的定位精度，多個國家研發(fā)了自己的星基增強系統(tǒng)。采用星基增強系統(tǒng)以后，可以提供更好的定位精度通航飛機完全可以使用該系統(tǒng)進行進近和著陸，由此節(jié)省了大量機場地面臺站建設(shè)費用。

2 星基增強系統(tǒng)介紹（SBAS）

星基增強系統(tǒng)（SBAS）是基于GPS的增強系統(tǒng)，它是由已知經(jīng)緯度位置的地面站對GPS衛(wèi)星定位信號進行監(jiān)測，進而獲得衛(wèi)星發(fā)布的相位信息、原始偽距等衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)。地面差分基站將這些衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳送至中央處理基站。中央處理基站通過一系列計算，獲得定位修正信息，然后將這些修正后的數(shù)據(jù)通過上行發(fā)給地球靜止軌道衛(wèi)星，然后在播發(fā)給廣大用戶。

目前，全球已經(jīng)建立起了多個星基增強系統(tǒng)，如美國的WAAS、歐洲的EGNOS、日本的MSAS、加拿大的CWAAS、俄羅斯的SDCM等。美國和加拿大一起研發(fā)廣域差分GPS系統(tǒng)（WAAS）于2003年開始投入運行，之后在阿拉斯加、墨西哥以等地區(qū)增設(shè)了多個地面差分參考點，有效地提高了GPS的定位精度，大幅度地提高了該系統(tǒng)的可用性、連續(xù)性以及完好性。目前該系統(tǒng)主要為美洲地區(qū)提供衛(wèi)星定位導航服務。截止2020年9月，北美地區(qū)具備星基增強能力的飛機場已經(jīng)達1700多個。

從1999年開始，以德法為主導的歐盟開始研發(fā)靜地星導航重疊服務（EGNOS系統(tǒng)）。該項目投資約2千億歐元。EGNOS系統(tǒng)大幅提高了歐洲地區(qū)的GPS導航精度，在歐洲中心地區(qū)，垂直和水平方向的服務定位精度均可達1米。2009年10月EGNOS系統(tǒng)開始提供服務。歐洲已建成具備EGNOS運行能力的飛機場數(shù)量超過了130個，以法國（11個）和德國（62個）為主。這其中102個機場頒布了LPV的飛行程序，另外有33個機場頒布了APVⅡ飛行程序。

3 國內(nèi)ADS-B系統(tǒng)運行情況

2005年在民航局的支持下，中國民用航空飛行學院成為ADS-B運行的試點單位。最初引入978MHz ADS-B系統(tǒng)（UAT），陸續(xù)完成了完成了200多架飛機的機載設(shè)備加裝，完成5個地面基站的建設(shè)以及基站間的網(wǎng)絡(luò)連接工作。UAT系統(tǒng)已在飛行學院五個分院安全運行15年。通過UAT系統(tǒng)對本場訓練飛機進行實時、準確的跟蹤監(jiān)控，飛機之間也可以互相了解對方的位置和高度，部分替代了應答機系統(tǒng)和TCAS系統(tǒng)功能，提高了飛行訓練的安全性，為UAT系統(tǒng)在我國通用航空的使用進行了有意義的探索。

2017年民航局頒發(fā)《中國民用航空ADS-B實施計劃》，2020年前將實現(xiàn)1090ES ADS-B（OUT）的全面運行。國內(nèi)各大機場已初步完成1090ES ADS-B臺站建設(shè)，民航飛機也在逐步完成ADS-B加裝工作。

2019年開始，飛行學院開始對現(xiàn)有飛機安裝1090ES ADS-B系統(tǒng)。目前已完成初中教飛機改裝以及臺站建設(shè)工作。由于兩套ADS-B系統(tǒng)（1090ES和UAT）同時安裝并運行，學院正在對兩套系統(tǒng)進行融合。機載設(shè)備的兼容和與地面系統(tǒng)的匹配將是對雙傳輸媒介系統(tǒng)共存的穩(wěn)定性的一次重要考驗。

ADS-B系統(tǒng)在我國大規(guī)模運用的同時也存在一些局限性。由于GPS對中國地區(qū)的限制，我國沒有開發(fā)SBAS系統(tǒng)，盡管很多飛機安裝了WAAS功能，但在國內(nèi)無法使用。由于無法提高定位精度，國內(nèi)的ADS-B系統(tǒng)不能用于進近和著陸，其直接影響是新修小型通用飛機機場也必須安裝著陸儀表系統(tǒng)臺站，大大增加了機場建設(shè)費用和后期維護費用。

4 北斗報文數(shù)據(jù)的ADS-B編碼

由于ADS-B導航定位精度以及信號強度的問題，同時隨著我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的組網(wǎng)完成，國內(nèi)學者將目光更多投向北斗系統(tǒng)。目前我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)已能向全球提供服務，承諾導航精度5—10米，亞太地區(qū)實測導航精度1—2米。且北斗系統(tǒng)采用更具特色的技術(shù)，如星間鏈路和短報文。其中星間鏈路技術(shù)提高了定位的精度和可靠性，而短報文技術(shù)則有更廣泛的應用，如一種基于ADS-B報文的北斗終端。

ADS-B報文北斗終端主要目的是使用北斗系統(tǒng)對ADS-B系統(tǒng)的定位精度和穩(wěn)定性進行改善。在ADS-B信號覆蓋較差的區(qū)域提高信號的穩(wěn)定性，同時提高ADS-B系統(tǒng)的定位精度，其作用類似于SBAS系統(tǒng)。地面便攜終端獲取飛機北斗衛(wèi)星的定位信息，發(fā)送給ADS-B監(jiān)視平臺，用于修正ADS-B定位信息。由于該便攜終端設(shè)計采用了ADS-B報文格式來傳輸北斗衛(wèi)星的時空狀態(tài)信息，因此獲取的北斗報文需要按照ADS-B報文格式進行重新編碼。預制的編碼協(xié)議可以將獲取的時空狀態(tài)信息，按照ADS-B的報文格式編碼，然后在ADS-B監(jiān)視平臺進行數(shù)據(jù)的解碼及顯示。相關(guān)研究已經(jīng)對基于ADS-B報文編碼的北斗衛(wèi)星便攜式終端，結(jié)合ADS-B網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視平臺進行了多項測試。測試結(jié)果表明，該設(shè)備可將北斗衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)正確編制為ADS-B報文編碼并傳輸至地面ADS-B監(jiān)控臺站，并在地面監(jiān)視中心進行準確的譯碼和顯示。這項研究的成功，將為ADS-B在國內(nèi)進一步運用提供很好的研究基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

當前，世界范圍內(nèi)都在積極推進ADS-B建設(shè)，為整個航空運輸系統(tǒng)提供導航服務。為順應國際航空業(yè)的發(fā)展，我國業(yè)完成ADS-B系統(tǒng)的建設(shè)。但缺乏星基增強的ADS-B系統(tǒng)其功能大打折扣。在這種情況下，利用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)對ADS-B系統(tǒng)進行修正將是我國航空導航發(fā)展的一個重要趨勢。這將大大減少我國通航機場的建設(shè)費用，為我國由民航大國走向強國奠定堅實的基礎(chǔ)。

導航技術(shù)是我國通用航空領(lǐng)域健康穩(wěn)定發(fā)展的重要技術(shù)途徑，新技術(shù)的穩(wěn)定高速是確保通航能夠及時調(diào)度和準確指揮的堅實基礎(chǔ)，對民航安全飛行有著重要意義。隨著北斗衛(wèi)星的建設(shè)，我國通航領(lǐng)域還需要在各方面加大技術(shù)研發(fā)的投入。由于我國通航領(lǐng)域?qū)Ш脚c國際先進水平之間存在一定差距，需要我們民航人學習國外的先進的體系以及技術(shù)，促使航空領(lǐng)域新技術(shù)的應用深度，以滿足同步衛(wèi)星準確定位技術(shù)與電子信息技術(shù)的發(fā)展需求，促進通航事業(yè)在我國的快速高效發(fā)展。

參考文獻：

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[2]王焱濱.通用飛機航空電子系統(tǒng)架構(gòu)研究綜述[J].電訊技術(shù)，2020，4：477-482.

作者簡介：孟鑫（1985— ），女，漢族，四川廣漢人，本科，助理研究員，現(xiàn)任中國民航飛行學院廣漢分院計量管理員，研究方向：飛機適航與維護以及計量管理。