國內外星載ADS睟應用現狀及展望

孔令輝 朱俊杰 李澤健 張永昊 彭眾望

摘?要：星載ADSB在陸基ADSB的基礎之上發展而來，既延續了陸基ADSB系統的優點，又在可靠性、經濟性、使用壽命等方面有所改善。但從投入運行的方面考慮，其仍存在諸多不足。本文通過總結、對比國內外星載ADSB的應用現狀及發展趨勢，探討星載ADSB目前發展中仍可提升的方面，來為星載ADSB的進一步研究提供參考。

關鍵詞：星載ADSB;銥星;全球星;北斗衛星

Current?situation?and?prospect?of?Spacebased?ADSB?in?domestic?and?abroad

Kong?Linghui?Zhu?Junjie?Li?Zejian?Zhang?Yonghao?Peng?Zhongwang

Air?Traffic?Management?College，Civil?Aviation?University?of?China?Tianjin?300300

Abstract：Spacebased?ADSB?is?developed?on?the?basis?of?landbased?ADSB，which?not?only?continues?the?advantages?of?landbased?ADSB?system，but?also?improves?reliability，economy，and?service?life.However，in?terms?of?putting?it?into?operation，there?are?still?many?shortcomings.By?summarizing?and?comparing?the?application?status?and?development?trend?of?Spacebased?ADSB?in?domestic?and?abroad，as?well?discussing?the?aspects?that?can?still?be?improved?in?the?current?development?of?it，the?paper?provides?reference?for?the?further?research?of?Spacebased?ADSB.

Keywords：Spacebased?ADSB;Iridium?Satellite;Globalstar;BeiDou?Satellite

1?緒論

隨著我國經濟和民航業的飛速發展，航空器的數量逐年增加，空域的負擔愈發嚴重。空管部門對所管轄區域內的航空器也缺乏有效的監控和通信手段，這一點嚴重影響和制約了飛行安全與運行效率。在此背景下，基于低軌道衛星搭載接收機實施監控的星載ADSB系統應時而生。

21世紀以來，使用星載ADSB來實現全球范圍內航空器監視的方案也引起了世界各國的廣泛關注。美國的銥星二代星載ADSB率先完成建設、試用并投入運行，2020年Aireon和EUROCONTRO簽署共享星載ADSB數據的協議，此項協議的簽署將大大增強歐洲各個國家的流量管理能力。全球星公司和ADSB技術公司聯合推出了基于“全球星”二代衛星的ADSB鏈路增強系統ALAS，目前已對部分區域實現覆蓋。在中國，隨著北斗系統的最后一顆全球組網衛星于2020年6月順利發射升空，北斗三號全球衛星導航系統至此已經全面建設完成，為我國ADSB技術發展和應用提供堅實可靠的星基基礎。

全球范圍內星載ADSB迅速發展，但其也存在著一些可提升的方面亟待發掘和探討。

2?星載ADSB概述

星載ADSB利用低軌道衛星搭載ADSB接收機的方式對航班實施監控，通過機載GNSS或者INS輸出航空器自身的三維位置位置、飛行速度以及其他與航空器飛行相關的數據，將這些數據上傳給裝載有ADSB接收機的低軌道通信衛星，再通過低軌道通信衛星下傳此ADSB報文到地面接收站[1]。

傳統陸基ADSB系統對地面設備的依賴性較強，地面設備布置一般只沿著飛行的航路航線、機場的終端區等陸地區域，對于沙漠、海洋、高山等地形復雜的區域，由于鋪設地面設備的難度較大，很難做到全面覆蓋[2]。由于星載ADSB系統主要利用低軌道通信衛星上載有的ADSB接收機而不依賴于地面設備，所以可覆蓋到陸基ADSB系統未能覆蓋到的區域，從而形成一個能夠全面覆蓋全球各個區域的ADSB網絡，達到對全球飛機的飛行追蹤和實時監控的目的[3]。與此同時，星載ADSB在可靠性、經濟型、使用壽命方面相較于陸基ADSB均有一定程度的提升，其必將在未來發揮更加重要的作用。

除此之外，由于星載ADSB本身的精度高，采用高頻多模，覆蓋率高，因此運行成本有所降低，系統的精度和可靠性有所提升，可以有效避免類似民航史上航班失聯事件的發生[4]。

3?星載ADSB系統國外發展現狀

目前，國外的一些國家如歐洲、美國都一直進行著關于星基ADSB方面的工作，且歐洲、美國ADSB技術較為成熟。這里主要介紹“銥星二代”系統和“全球星二代”系統。

3.1?銥星二代ADSB系統

銥星系統是美國于1987年提出的通信星座系統，銥星公司在1998年5月完成發射了66顆低軌道衛星，均采用L頻段。IridiumNext系統是第二代銥星系統，2017年1月14日，第一批10顆銥星二代衛星成功發射，并且已完成了一系列的實驗驗證功能。

通過銥星二代ADSB系統，能夠實現24h提供飛機位置定位和實時追蹤的服務。飛機的位置高度等信息通過衛星數據鏈傳輸到地面站，隨后通過專用網絡傳送至處理中心，處理中心的Aireon告警服務可以做到全天候提供服務，提供飛機所在空域的位置信息和航跡等。

2019年2月7日，Aireon的星載ADSB監視系統完全控制了最后六個銥星ADSB載荷。這實際上標志著傳統的陸基ADSB無線電接收機已被重新設計為性能和覆蓋范圍極大改善的空間級接收機。

2019年10月21日，Aireon和Atech?Negocios?em?Tecnologias?S/A宣布，星基廣播式自動相關監視（ADSB）數據已成功集成到Atech的空中交通管制（ATC）自動化SAGITARIO平臺中，由巴西航空航天控制局（DECEA）使用。SAGITARIO將星基ADSB數據與其他監視源融合在一起，例如地面ADSB、雷達和Multilateration（MLAT）。這可以為DECEA等Atech客戶提供完整的空中交通管制服務——從始發地到目的地機場的門到門的服務。

2020年2月28日，Aireon和EUROCONTROL（歐洲空中交通管制）宣布，簽署了一項為期10年的協議，以提供星基自動相關監視廣播（ADSB）數據。這將增強EUROCONTROL?41個歐洲成員國和兩個綜合協議（CA）國家之間的流量管理能力，從而有助于改善可預測性、容量、環境影響，從而支持整個歐洲地區的可持續增長。

3.2?全球星二代ADSB系統

全球星二代ADSB系統是一種基于全球星二代衛星的ADSB鏈路增強系統——ALAS（ADSB?Link?Augmentation?System），由全球星公司和ADSB技術公司合作研究的。該系統使用成本低且兼容性好，能夠良好兼容現有的已經裝備ADSB設備的航空器，不會對ADSB數據鏈傳輸產生干擾等情況。通過使用全球星二代系統的衛星網絡和地面站服務站，全球星二代ADSB系統能夠持續、高效、準確地為ATCS提供通信服務和星基ADSB監視服務。

截至目前為止，共有24顆全球星二代衛星成功發射，并且基于現有的ALAS系統，全球星公司也實地進行了大量的飛行試驗等有關可靠性的評估，實驗結果也表明ALAS系統可以通過星基鏈路提供航空器相關的實時監視服務。

全球星二代ADSB系統的監視范圍很廣、監視性能很強。例如，以其實驗評估結果為例，在1600km的半徑內，僅需一個全球星二代衛星就可以實現監控這一范圍內至多3000架航空器。ALAS系統可兼容兩種數據鏈模式的航空設備源，一種是978MHz的UAT?ADSB模式，另一種是1090MHZ的1090ES?ADSB模式。ALAS系統支持雙向氣象情報和陸空通信數據以及飛行數據記錄器FDR信息的實時返回，支持飛行情報服務/航站情報服務信息的傳遞等功能。

4?星載ADSB系統國內發展現狀

中國計劃在2025年前全面實現地面及基于衛星的全國ADSB系統建設。為了實現在2020—2025年建成國內獨立自主的ADSB系統的衛星星座，更好地為國內各相關民航部門提供星載ADSB系統服務，從2015年開始，基于衛星的ADSB系統研制工作已經在國內多家民航科研機構以及民航科研院校進行推進開展。國內星載ADSB偵收系統首次實現了業務運行的標志是，我國在2015年9月底發射了其主星“呂梁一號”搭載了ADSB接收機的“天拓三號”納米衛星，其能力為在全球范圍內平均每天接收40多萬條ADSB報文數據。根據在2017年8月，中國民用航空局發布的《中國民航航空器追蹤監控體系建設實施路線圖》，我國提出在2025年底前建成以自主知識產權為主的航空器全球追蹤系統，其主要包括自主衛星通信系統、自主星基ADSB系統、“北斗”系統以及自主知識產權機載設備的制造、測試與適航審定等，并形成相關標準。

我國早在2017年12月26日就對大型公共運輸航空器加改裝ADSB機載設備提出了明確的規定。根據中國民用航空局下發的明傳電報《關于ADSB機載設備加改裝相關工作要求的通知》，文件中要求，安裝滿足RTCA?DO260B標準并已經通過相關適航批準的S模式的應答機;安裝通過星載增強系統增強GNSS信號功能，或安裝具備SAAWARE并得到相關適航批準的衛星接收設備或定位信號，并于2022年12月31日前完成加改裝。預計未來兩年，我國國內民用航空器將陸續迎來ADSB改裝的高潮。

2019年3月“民用航空器北斗追蹤監視項目”正式實施，該示范項目的立項實施，標志著我國民用航空器北斗追蹤監視項目進入了正式的實施階段。該項目由中國國際航空公司、中國民航大學聯合承擔實施，項目的整體內容和整體目標為在2019年完成2架飛機加改裝，在2020年完成18架飛機加改裝，在2023年實現全部機隊共約3000架飛機加改裝。

通過利用北斗的全球和區域短報文、定位功能，我國民用航空運輸業能更好地實現基于北斗的ADSB數據傳輸。解決當前民航自主產權發展的關鍵性問題是能夠取得相關適航認證，如果北斗衛星在民航適航等方面取得突破，就可以替代GPS，為民航提供自主優質的定位數據服務。中國已于2020年6月23日成功發射北斗三號最后一顆全球組網衛星，標志著我國北斗三號全球衛星導航系統星座部署完成了全面建設。由此，可以對未來我國民用航空器追蹤監視和北斗衛星相結合的體系作出預見性和建設性的期想和構思。

我國將通過結合ACARS、二次雷達等監控方式，來構建“空—天—地”一體化的民航追蹤監視體系，不斷提高民航監控體系的服務質量和水平，同時由區域服務向全球服務擴展，實現在全球范圍內的空中交通服務和空域追蹤監視。北斗在我國民航的應用進入實施階段的標志是，中國民用航空局發布的基于北斗二號系統的機載設備CTSOA技術標準及組織開展的飛機加改裝工作。[5]

5?星載ADSB國內外發展對比

星載ADSB的概念的正式提出是在2008年，由于星載ADSB技術的優越性及應用可行性，世界各國的政府、相關商業公司以及科研機構均爭先恐后開展相關研究。研究范圍主要涉及星載ADSB系統性能的評估、星載ADSB系統可行性技術驗證以及星載ADSB系統方案。

美國的“銥星”系統方案是建設方案方面最為成熟的，通過發射大量低軌道衛星，并對這些低軌道衛星在組網方式方面開展研究，從而使得衛星覆蓋的范圍擴展到全球，成為全球范圍內全覆蓋的監視系統。

德國對于星載ADSB系統的可行性技術驗證方面走在技術前列。最早提出了目前被廣泛采用的將ADSB的接收機裝載于低軌道衛星上實現監視的方法，即利用低軌道通信衛星代替陸基的ADSB地面站，接收ADSB的信號，再通過數據傳輸的方式將其傳給地面站。

我國在星載ADSB方面的研究相比于其他西方發達國家起步較晚，但是從未停歇。工信部和科技部等相關部委已通過科研課題項目等方式對星載ADSB系統開展深入的研究。并且各高校和科研機構已在此領域取得諸多進展。隨著我國北斗全球衛星導航系統的全面建設完成，星載ADSB系統的相關研究必將邁上一個新的臺階。

6?我國星載ADSB目前可提升的方面

6.1?我國ADSB技術對北斗衛星依賴較少

星載ADSB系統只有基于全球衛星導航系統才能夠實現對航空器的位置進行采集，因此全球衛星國導航系統的準確性決定了航空器位置采集的準確性。但由于ADSB自身無法實現對信息準確性的驗證，因此一旦全球衛星導航系統定位的精度出現問題，地面站將接收到錯誤的位置信息，提供給空中交通管制員的信息也因此發生錯誤，這將會引起一連串后續問題的發生。隨著我國北斗衛星導航系統全面部署完成，全球大多數區域內定位精度都可以得到保證，我國星載ADSB技術的發展和應用也有了堅實可靠的星基基礎。并且目前能夠同時利用GPS系統與北斗全球衛星系統的雙模導航信息接收產品的數量也在逐漸增多。相信在不遠的將來，北斗系統在民航領域的應用范圍也將逐步擴大。

如果北斗衛星導航系統能與ADSB技術相結合，那么我國空管技術的發展將產生質的飛躍。同時，推動關于星載ADSB組網技術的研究必將加快我國ADSB系統走向星載的進程。

6.2?星載ADSB接收機的高靈敏度問題

飛機的ADSB報文數據在經過發送至星載ADSB接收器再下傳到地面的過程中，雖然接收信號的覆蓋面積范圍擴大，但考慮到遠距離傳輸以及環境等因素的影響，對星載ADSB接收機的靈敏度和穩定性要求要更高，因此深入開展星載ADSB數據處理方面的研究具有重要意義。

6.3?ADSB?OUT和ADSB?IN的應用

ADSB?OUT可使空中飛機間自主保持間隔，從而進一步縮短管制的間隔，提高航路容量和運行效率，更好地利用有限的空域資源。空中飛機間可以利用ADSB?IN傳輸氣象、航路等信息，提升飛機間數據共享的能力，從而提高飛行安全性。在應用方面，ADSB?OUT和ADSB?IN在提高運行效率和提升飛行安全性方面具有重要作用，我們需要對其開展部分預見性研究，只有不斷進行技術突破并加快其應用進程，才能發揮出它們巨大的應用潛力。

7?結語

目前我國航空業正處在跨越式發展的重要階段，通過技術更新來提升管制部門的指揮效率、減小空域負擔已成為我國空管部門的主要選擇。關于星載ADSB數據處理及北斗依賴性方面的研究將會加快星載ADSB的應用進程。在未來飛行平臺不斷增加、空域日益擁擠的情況下，此類研究對于優化空域使用顯然具有重大意義。

星載ADSB技術在我國具有廣大的發展空間，利用星載ADSB技術對航空器實施準確監控將會成為未來全球空中交通監視的主要方式。

參考文獻：

[1]劉慧.星基ADSB多重交疊信號分離算法研究[D].中國民航大學，2019.

[2]王運帷.陸基與星基ADSB系統數據質量研究[D].中國民航大學，2018.

[3]王洪全，劉天華，歐陽承曦，姚待艷.基于星基的ADSB系統現狀及發展建議[J].通信技術，2017，50（11）：24832489.

[4]王潤東，潘衛軍.基于星載ADSB的航空器跟蹤監視發展概況及趨勢[J].現代制造技術與裝備，2018（01）：1517.

[5]任奇，陶志平，孟斌，周中華，何大海，張承皓.基于北斗的民航追蹤監視體系應用發展綜述[J].國防科技工業，2020（08）：6265.

基金項目：中國民航大學大學生創新創業訓練計劃項目（202010059088）。項目名稱：“星載ADSB數據處理及組網技術研究”（市級）

作者簡介：孔令輝（2001—?），男，漢族，河南鹿邑人，本科生。