基于ASTERIX CAT021 標(biāo)準(zhǔn)的ADS-B 數(shù)據(jù)格式解析

中國(guó)民用航空華北地區(qū)空中交通管理局 古葉

為持續(xù)提升空管空域容量和運(yùn)行效率，ADS-B 技術(shù)在我國(guó)深入地推廣應(yīng)用。本文針對(duì)ADS-B 數(shù)據(jù)分類與傳輸、機(jī)載設(shè)備和數(shù)據(jù)封裝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，依據(jù)實(shí)例詳細(xì)解析ASTERIX CAT021 ADS-B 數(shù)據(jù)格式。

ADS-B（Automatic Dependent Surveillance -Broadcast）廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視，基于GPS 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)和空對(duì)空、地對(duì)空數(shù)據(jù)鏈通信的航空器運(yùn)行監(jiān)視技術(shù)。相較于普通航管一次、二次雷達(dá)的監(jiān)視功能，ADS-B 具有建設(shè)和維修成本低、使用壽命長(zhǎng)、監(jiān)視范圍廣、定位精度高和更新率快等特性。2019 年10 月我國(guó)正式實(shí)施第一階段ADS-B 管制運(yùn)行工作，2022 年完成民航空管ADS-B 技術(shù)應(yīng)用全鏈條優(yōu)化調(diào)整。

1 ADS-B 數(shù)據(jù)分類與傳輸

ADS-B 數(shù)據(jù)采用廣播方式發(fā)送，所有用戶均可接收。根據(jù)航空器的信息傳遞方向，機(jī)載ADS-B 應(yīng)用功能可分為發(fā)送（OUT)和接收(IN)兩類。

（1）ADS-B IN 是指航空器接收其他航空器發(fā)送的ADS-B OUT 信息或地面服務(wù)設(shè)備發(fā)送的信息，并將其顯示在機(jī)組駕駛艙交通信息顯示設(shè)備(CDTI）上，使飛行員可以“看到”其他航空器的運(yùn)行狀況，從而提高機(jī)組的空中交通情景意識(shí)。機(jī)組人員通過ADS-BIN 信息可以保持航空器空中間隔，機(jī)組按照規(guī)定的最小空中間隔標(biāo)準(zhǔn)和適用的飛行規(guī)則與其他航空器保持間隔。

（2）ADS-B OUT 是機(jī)載 ADS-B 設(shè)備的基本功能，航空器的機(jī)載發(fā)射機(jī)以一定的周期發(fā)送其位置、高度、速度、方向、爬升率和航空器識(shí)別信息(ID）等信息。地面系統(tǒng)通過接收機(jī)載設(shè)備發(fā)送的ADS-B OUT 信息,監(jiān)視空中交通狀況。目前主要用于三個(gè)方面：無雷達(dá)區(qū)、有雷達(dá)區(qū)和機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面監(jiān)視。在無雷達(dá)區(qū)域內(nèi)，ADS-B OUT 信息可作為唯一的機(jī)載監(jiān)視數(shù)據(jù)源對(duì)空中交通進(jìn)行監(jiān)視。在雷達(dá)覆蓋區(qū)域內(nèi)，雷達(dá)和ADS-B 同時(shí)提供監(jiān)視信息，解決雷達(dá)覆蓋邊緣區(qū)域覆蓋弱問題。場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)、多點(diǎn)定位系統(tǒng)綜合使用ADS-B 和其他監(jiān)視數(shù)據(jù)源，為機(jī)場(chǎng)的地面交通提供監(jiān)視信息。

ADS-B 的OUT 和IN 功能都是基于數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)，目前全球普遍使用1090ES 數(shù)據(jù)鏈。當(dāng)今商業(yè)化的S模式二次雷達(dá)應(yīng)答機(jī)，已經(jīng)能夠滿足ADS-B OUT 對(duì)機(jī)載系統(tǒng)性能的需求。

2 RTCADO260 系列和ASTERIX 標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

RTCA(航空無線電技術(shù)委員會(huì))標(biāo)準(zhǔn)文件定義了使用1090MHz 擴(kuò)展電文(1090ES)ADS-B 和交通信息服務(wù)廣播(TIS-B)的機(jī)載設(shè)備的最低操作性能標(biāo)準(zhǔn)(MOPS)。截至2022 年，RTCA 共 發(fā) 布4 個(gè) 版 本：RTCADO-260 和DO-260 A/B/C。

ASTERIX CAT021 由歐洲航空安全組織發(fā)布相關(guān)ADS-B 數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。ADS-B 地面站接收航空器廣播的ADS-B 信號(hào)后，經(jīng)過一系列處理獲得目標(biāo)信息，并將信息封裝成標(biāo)準(zhǔn)的ASTERIX 格式報(bào)文輸出至顯示終端。ASTERIX CAT021 格式最早版本V0.10 于1999 年12 月發(fā)布[1]，至今已更新至V2.5。目前廣泛使用的版本有ASTERIX CAT021 V0.26 和V2.1。ASTERIX CAT021V0.26 版 本 對(duì) 應(yīng) 早 期 的RTCA DO-260 標(biāo) 準(zhǔn) 的ADS-B 設(shè) 備，V2.1 對(duì) 應(yīng) 后 期 的RTCA DO-260A/B 標(biāo)準(zhǔn)的ADS-B 設(shè)備。

3 ADS-B 數(shù)據(jù)格式解析

本文截取北京ADS-B 二級(jí)數(shù)據(jù)中心中的一幀ADS-B原始數(shù)據(jù)如表1 所示，原始數(shù)據(jù)以16 進(jìn)制（Hex）表示，數(shù)據(jù)項(xiàng)編號(hào)以一字節(jié)為單位，將原始數(shù)據(jù)依據(jù)ASTERIX CAT021 V2.1 中的格式進(jìn)行拆分，其中00 位代表CAT編號(hào)，15（Hex）轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制為21；01-02 位表示數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度，0057（Hex）轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制為87；03-08 位為FSPEC（Field Specification）數(shù) 據(jù)項(xiàng) 指 示，F(xiàn)F 9F FB EB C3 A4 轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制后，對(duì)應(yīng)[2]中的用戶相關(guān)表（UAP）進(jìn)行FRN 的索引，將置‘1’的Data Item 填入表1 中。若對(duì)應(yīng)的FRN 被置為‘0’，則此幀ADS-B 數(shù)據(jù)不包含此項(xiàng)Data Item。具體Data Item 解析如下：

表1 ASTERIX CAT021 V2.1 ADS-B 原始數(shù)據(jù)和UAP 表項(xiàng)對(duì)應(yīng)關(guān)系Tab.1 Mapping between ASTERIX CAT021 V2.1 ADS-B raw data and UAP entries

（1）FRN1 09-10:表示SAC 和SIC 碼，分別代表系統(tǒng)區(qū)域碼和系統(tǒng)識(shí)別碼，其中SAC=16（Hex）=22（Dec）表示中國(guó)，SIC=CA（Hex）=202（Dec），表示不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備。

（2）FRN2 11-12:為目標(biāo)報(bào)告描述符，0100（Hex）轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制為0000 0001 0000 0000，從左到右共16位bit，分別代表ATP（地址碼類型=0 表示24 位ICAO地址，3bits）、ARC（高度報(bào)告能力=0 表示25 ft，2 bits）、RC（范圍檢查=0 表示默認(rèn)值，1bit）、RAB（報(bào)告類型=0 表示從目標(biāo)應(yīng)答機(jī)下發(fā)的報(bào)告，1bit）、FX（擴(kuò)展位=1 表示向后擴(kuò)展一個(gè)字節(jié)，1bit）、DCR（差分校正=0 表示沒有差分校正，1bit）、GBS（接地位=0 表示未設(shè)置接地位，1bit）、SIM（模擬目標(biāo)=0 表示實(shí)際目標(biāo)報(bào)告，1bit）、TST（測(cè)試目標(biāo)=0 表示默認(rèn)值，1bit）、SAA（選擇高度性能=0 表示設(shè)備有能力提供選擇高度，1bit）、CL（可信度=0 表示報(bào)告有效，2bits）、FX（擴(kuò)展位=0 表示不向后擴(kuò)展字節(jié)，1bit）。

（3）FRN3 13-14:表示唯一的航跡號(hào)，BC89 轉(zhuǎn)換成10 進(jìn)制為3205。

（4）FRN4 15:為服務(wù)號(hào)，用于提供給1 個(gè)或多個(gè)用戶，34（Dec）。

（5）FRN5 16-18:表示位置報(bào)告應(yīng)用時(shí)間是09:45:35.750，UTC 時(shí)。

（6）FRN6 19-24:表 示 位 置WGS-84 坐 標(biāo)：42 °08'53″ N 119°34' 43″ E；高精度的位置WGS-84 坐標(biāo)在FRN7 25-32: 42°08' 54.849″ N 119°34' 38.244″ E。

（7）FRN8 22-35:為報(bào)告速度適用時(shí)間是09:45:35.750，UTC 時(shí)。

（8）FRN11 36-38:為24 位地址碼: 78 14 7B（Hex）。

（9）FRN12 39-41:為位置報(bào)文接收時(shí)間是09:45:35.750；FRN13 42-45:高精度的位置報(bào)文接收時(shí)間是09:45:35.7549506655002，UTC 時(shí)。

（10）FRN14 46-48：為速度報(bào)文接收時(shí)間是09:45:28.46875；FRN15 49-52:高精度的速度報(bào)文接收時(shí)間是09:45:28.4748848397162，UTC 時(shí)。

（11）FRN16 53-54：為幾何高度，轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制為11033.76m。

（12）FRN17 55-58:表 示ADS-B 數(shù) 據(jù) 質(zhì) 量 標(biāo) 志。4 個(gè)字節(jié)（共32bits）的原始數(shù)據(jù)2F F3 011 B0，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制后，從左至右依次為（每個(gè)字節(jié)最后一個(gè)bit為FX 擴(kuò)展位，不再進(jìn)行重復(fù)贅述）：NACV=1（速度導(dǎo)航精度類別，及報(bào)告的飛機(jī)速度的準(zhǔn)確性水平＜10m/s，垂直＜15.2m/s，3bits）、NIC=7（導(dǎo)航完整性類別，及飛機(jī)報(bào)告位置周圍的完整性限制半徑＜0.1NM，4bits）、NICBARO=1（氣壓高度的導(dǎo)航完整性類別，1bit）、SIL=3（監(jiān)視源完整性級(jí)別，及水平位置超過NIC 定義的限制半徑的概率水平＜1×10-7，垂直＜2×10-7，2 bits）、NACP=9(位置導(dǎo)航精度類別，及飛機(jī)位置的準(zhǔn)確性水平＜30m，垂直＜45m，4bits)、SILS=0（SIL 補(bǔ)充位，概率基于每小時(shí)，1bit）、SDA=0（水平位置系統(tǒng)設(shè)計(jì)保證級(jí)別，2bits）、GVA=0（幾何高度精度，2bits）、PIC=11(完整性包含邊界＜0.1NM，4bits)。

（13）FRN18 59:MOPS 版 本。Bit-7:VNS=0 表 示MOPS 版本被地面站支持；Bit-6/4:VN=2 表示MOPS版本是ED102A/DO-260B；Bit3/1:LTT=2 表示鏈路技術(shù)種類使用1090ES。

（14）FRN19 60-61:二次代碼通過轉(zhuǎn)換至十進(jìn)制1382。

（15）FRN21 62-63:飛行高度層（氣壓高度，非QNH 修正）為10393.68m。

（16）FRN22 64-65:磁航向?yàn)?。

（17）FRN23 66:目 標(biāo) 狀 態(tài) 為00。Bit-8：ICF=0 表示意圖改變標(biāo)志未激活；Bit-7：LNAV=0 表示LNAV 模式已引用；Bit-5/3：PS=0 表示非緊急/不報(bào)告；Bit-2/1：SS=0 表示監(jiān)視狀態(tài)為無條件報(bào)告。

（18）FRN24 67-68:氣壓垂直速率為0。

（19）FRN26 69-72:前兩果然字節(jié)表示地速：408.2kt（0.11328125NM/s，在范圍內(nèi)），后兩個(gè)字節(jié)表示航跡角度：233.376°。

（20）FRN28 73-75:報(bào)告?zhèn)魉蜁r(shí)間是09:45:35.750，UTC 時(shí)。

（21）FRN29 76-81:航班號(hào)依據(jù)航班號(hào)字符編碼表進(jìn)行解析，該數(shù)據(jù)航班號(hào)為CSN3666。

（22）FRN30 82:應(yīng)答機(jī)類型為3，及75000 lbs＜中等a/c＜300000 lbs。

（23）FRN35 83:00 表示地面站提供的服務(wù)管理為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式。

（24）FRN36 84:00 為 飛 機(jī) 操 作 狀 態(tài)，包 括Bit-8：CA=0 表 示TCASII 和ACASRA 沒 有 被 激 活；Bit7/6:TC=0表示無航跡變更報(bào)告能力；Bit-5:TS=0 表示不支持目標(biāo)狀態(tài)報(bào)告能力；Bit-4:ARV=0 表示無生成ARV 報(bào)告能力；Bit-3:CDTI/A=0 表 示CDTI 處 于 非 運(yùn) 行 狀 態(tài)；Bit-2:NotTCAS 表 示TCAS 處 于 運(yùn) 行 狀 態(tài)；Bit-1:SA=0 表 示天線分集狀態(tài)。

（25）FRN38 85:B5 為信號(hào)強(qiáng)度，181dBm。

（26）FRN41 86:00 為地面站接收ID。

4 結(jié)語

隨著機(jī)載應(yīng)答機(jī)和ADS-B 地面設(shè)備的發(fā)展與進(jìn)步，ADS-B 數(shù)據(jù)包含信息不斷增加。本文提供的解析方法可用 于 所 有ASTERIX CAT021 V2.1 版 本 的ADS-B 原 始數(shù)據(jù)。通過解析，可以深層次了解V2.1 版本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)框架與具體含義，同時(shí)為信號(hào)質(zhì)量、機(jī)載性能和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等研究奠定基礎(chǔ)，不斷完善、解決ADS-B 數(shù)據(jù)精度與完好性等問題，提升空管運(yùn)行監(jiān)視手段的精確性與安全性。