廣播式自動相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)探究

高山 郭孟越 先文俊

摘 要：廣播式自動相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)簡稱ADS-B，由地面接收處理設(shè)備和機(jī)載設(shè)備組成，運(yùn)用網(wǎng)狀、多點(diǎn)對多點(diǎn)等雙向通信方式，實(shí)現(xiàn)飛行目標(biāo)精準(zhǔn)、實(shí)時展示。中國民用航空飛行學(xué)院長期使用UAT模式ADS-B，最近技術(shù)改造升級，引入1090ES模式ADS-B。本文將從ADS-B組成出發(fā)，結(jié)合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，探究ADS-B系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)心得，增強(qiáng)行業(yè)內(nèi)從業(yè)人員對ADS-B系統(tǒng)的認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：ADS-B;拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);維護(hù)

1 ADS-B簡單介紹

傳統(tǒng)監(jiān)視設(shè)備是一、二次雷達(dá)監(jiān)視。一次雷達(dá)監(jiān)視是地面站全方位發(fā)送電磁波，通過接收飛機(jī)反射的信號進(jìn)行判斷目標(biāo)位置，缺點(diǎn)是無法判斷目標(biāo)身份;二次雷達(dá)是地面站發(fā)送電磁波，通過飛機(jī)上應(yīng)答機(jī)反饋其ID信息判斷目標(biāo)飛行動態(tài)資料。廣播式自動相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)（簡稱ADS-B）的工作原理有別于以傳統(tǒng)監(jiān)視設(shè)備，飛機(jī)上ADS-B機(jī)載設(shè)備實(shí)時向外發(fā)送自身參數(shù)信息（如高度，空度，方向，機(jī)號等），通常500ms更新一次位置信息，地面站解析后為指揮員實(shí)時展示飛行信息。地面服務(wù)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可提供輔助參數(shù)資料，如時間、告警、預(yù)警等服務(wù)。另外，地面站可向外發(fā)送情報信息，機(jī)載設(shè)備接收處理后為飛行員提供服務(wù)。搭載了ADS-B接收器的飛行器在實(shí)時發(fā)送飛行參數(shù)的同時，可實(shí)時獲取其他飛行目標(biāo)，有助于提升飛行員對空中態(tài)勢的認(rèn)知能力，提升飛機(jī)間協(xié)同飛行能力。一、二次雷達(dá)監(jiān)視設(shè)備目前技術(shù)成熟，但是更新率低于ADS-B，同時新建或維護(hù)成本過大，使得該類導(dǎo)航設(shè)備僅在大型機(jī)場中常見，偏遠(yuǎn)山區(qū)或小型機(jī)場一般ADS-B更多。

根據(jù)機(jī)載設(shè)備和地面接收機(jī)之間的通信協(xié)議，如頻率差異，ADS-B主要有三種，ADS-B有基于異頻收發(fā)的S模式SSR收發(fā)機(jī)的1090ES數(shù)據(jù)鏈、UAT模式數(shù)據(jù)鏈（如978MHz）和模式4甚高頻數(shù)據(jù)鏈（VDL-4）三種通信方式。VDL-4采用甚高頻頻段，在歐洲流行;UAT模式頻率為978MHz，美國比較流行;1090ES是國際民航組織推薦，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。多數(shù)飛機(jī)裝備的S模式應(yīng)答機(jī)，加裝一GPS連接線并升級應(yīng)答機(jī)軟件即可實(shí)現(xiàn)1090ES模式的機(jī)載ADS-B。但VDL MODE 4和UAT均需要加裝新的UAT設(shè)備，故目前所有航班運(yùn)輸飛機(jī)上均配備1090ES模式機(jī)載ADS-B。早期國內(nèi)自主訓(xùn)練飛機(jī)較少，大多航校引進(jìn)西方優(yōu)秀機(jī)型，因而造成通航企業(yè)UAT模式ADS-B較多的現(xiàn)狀。

ADS-B運(yùn)用十分廣泛：①空中交通管制，偏遠(yuǎn)山區(qū)或小型機(jī)場由于受經(jīng)費(fèi)限制，只能部署性價比較高的監(jiān)視設(shè)備。ADS-B更新率快，精度高，可為管制提供高質(zhì)量監(jiān)視服務(wù)，縮減飛行間隔，同時ADS-B上行數(shù)據(jù)可為飛行提供情報服務(wù);②預(yù)告警，ADS-B數(shù)據(jù)是雙向自主實(shí)時通信，主動發(fā)送，機(jī)載程序或地面站程序可以輕易實(shí)現(xiàn)防撞沖突預(yù)警和告警;③地面監(jiān)視，飛行器自動實(shí)時向外發(fā)送自身數(shù)據(jù)，1090ES模式的ADS-B數(shù)據(jù)格式即二次雷達(dá)S模式長報文格式，被機(jī)場場監(jiān)雷達(dá)解析后可實(shí)現(xiàn)地面飛機(jī)所有全方位覆蓋監(jiān)視，對于運(yùn)輸機(jī)場而言，可實(shí)現(xiàn)“門到門”的交通管理。

2 ADS-B的發(fā)展

早在19世紀(jì)90年代，歐洲開展了ADS-B技術(shù)與CDTI聯(lián)合演示。二十世紀(jì)初，F(xiàn)AA調(diào)研發(fā)現(xiàn)阿拉斯加通航飛行較多，但地理環(huán)境和氣候條件惡劣，不利于雷達(dá)站建設(shè)。評估該地區(qū)ADS-B服務(wù)可行后，對180架飛機(jī)進(jìn)行UAT設(shè)備安裝，以致2年時間，阿拉斯加的飛行安全性提高了80%。緊接著FAA對多地開展ADS-B設(shè)備安裝，隨著澳大利亞開展高空空域項目（UAP）和歐洲CRISTAL實(shí)驗的逐步展開，ADS-B技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)逐漸成熟。

2005年中國民用航空飛行學(xué)院率先引入ADS-B，經(jīng)過多次技術(shù)升級更新，早已實(shí)現(xiàn)新津、廣漢、綿陽、遂寧和洛陽分院本場和大部分航路覆蓋。以此為基礎(chǔ)，中國民用航空飛行學(xué)院建立了用于飛行學(xué)院實(shí)施ADS-B 類雷達(dá)管制運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)程序，該標(biāo)準(zhǔn)包含間隔、報告方式、移交和終止等程序。該標(biāo)準(zhǔn)由中國民用航空飛行學(xué)院結(jié)合自身實(shí)際情況研究提出，僅適用于學(xué)院管制空域內(nèi)飛行管控。幾百萬安全飛行小時驗證了中國民用航空飛行學(xué)院飛行標(biāo)準(zhǔn)的合理性，也彰顯了ADS-B系統(tǒng)穩(wěn)定優(yōu)異的監(jiān)視能力。

鑒于國際民航組織亞太區(qū)的建議和在全球范圍內(nèi)的互操作性，我國在西部實(shí)施利用ADS-B技術(shù)提供類雷達(dá)監(jiān)視服務(wù)時，首先考慮使用1090 ES作為ADS-B數(shù)據(jù)鏈。2014年民航局立項，投資建設(shè)支線ADS-B中小顯系統(tǒng)，地區(qū)管理局負(fù)責(zé)具體實(shí)施，要求所有運(yùn)輸機(jī)場于2020年12月31日前均實(shí)現(xiàn)ADS-B監(jiān)視。以西南地區(qū)為例，該次ADS-B系統(tǒng)投資建設(shè)共新增29套1090ES模式ADS-B系統(tǒng)，空管局提供技術(shù)咨詢服務(wù)，支線機(jī)場負(fù)責(zé)現(xiàn)場管理，應(yīng)急處置以及日常服務(wù)器。該項目順利實(shí)施表明國內(nèi)機(jī)場對ADS-B技術(shù)的認(rèn)可。到目前為止并未出現(xiàn)因ADS-B原因?qū)е履硻C(jī)場出現(xiàn)飛行事故，標(biāo)志ADS-B的可行性和成熟性，同時也說明ADS-B更應(yīng)該引起重視。

3 ADS-B拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)解析

準(zhǔn)確說，ADS-B系統(tǒng)由地面站、機(jī)載設(shè)備、衛(wèi)星系統(tǒng)三部分組成。空中飛行器的機(jī)載ADS-B實(shí)時向外發(fā)送飛行參數(shù)，約一秒發(fā)送一次，地面站接收機(jī)接收ADS-B數(shù)據(jù)信號，解析后發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器再將數(shù)據(jù)處理后分發(fā)到所有終端以展示飛機(jī)位置信息，服務(wù)器能根據(jù)飛機(jī)航向和位置等信息判斷設(shè)定區(qū)域內(nèi)任意飛機(jī)的間隔有無沖突的可能并加以警示。具備ADS-B IN功能的飛行器可實(shí)現(xiàn)地面站功能，可解析ADS-B數(shù)據(jù)并將信息展示于駕駛艙交通信息顯示器（CDTI）上。

飛機(jī)上機(jī)載設(shè)備從全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)（GNSS）、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）、慣性參考系統(tǒng)（IRS）、飛行管理器和其它機(jī)載傳感器等航空電子設(shè)備上獲取飛行相關(guān)參數(shù)，并通過無線電的方式向外發(fā)送。地面站將接收機(jī)接收到的脈沖形式無線電信號解碼為相應(yīng)的報文，如常見的CAT021、DF17或明文。服務(wù)器將報文進(jìn)一步解析，獲取到飛機(jī)實(shí)時高度、航向、經(jīng)緯度等信息，通過計算機(jī)技術(shù)將飛機(jī)目標(biāo)展示于終端席位，以助于指揮員了解飛行態(tài)勢。