ADS-B中經緯度編解碼算法及實現

紀愛玲 張正華

摘要：在1090ES廣播式自動相關監視（ADS-B）模式下，針對飛機的位置信息中涉及經緯度編解碼算法的內容進行了簡要介紹，主要涉及經緯度編碼、本地解碼、全球解碼算法的具體實現步驟。通過檢飛驗證，研究結果表明，簡潔位置報告（Compact Position Reporting，CPR）編解碼具有很高的有效性和準確性，能有效提高成功接收報文的概率。

關鍵詞：廣播式自動相關監視；簡潔位置報告；編碼；解碼

中圖分類號：TN79文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2023）01-59-5

0引言

1090ES廣播式自動相互監視（Automatic Dependent Surverillance-Broadcast，ADS-B）是國際民航組織（ICAO）為了未來航空運輸發展的需要，以衛星技術、數據通信技術和計算機技術為基礎提出的一種監視技術[1]。ADS-B系統主要實現空對空監視，一般情況下只需機載電子設備（如GPS接收機、數據鏈收發機及其天線、駕駛艙沖突信息顯示器），不需要任何地面輔助設備即可完成相關功能，實時、自發、間歇性地對外廣播自身狀態參數[2]。

ADS-B技術優于傳統的雷達監視技術，體現在高精度、小誤差、較強的監視能力等方面。單個ADS-B監視基站監控范圍覆蓋方圓200 n mile以上，可提供全視角監視、監控更新頻率是雷達的4倍，精度可達米級，成本卻只有雷達的1/10[3]。ADS-B技術在實現空對空通信、導航、監視方面具有重大應用前景。

1簡潔位置報告編解碼算法及驗證

簡潔位置報告（Compact Position Reporting，CPR）算法包括編碼和解碼2部分，其示意如圖1所示。

1.1編碼

目標飛機的經度和緯度信息運用CPR算法可以分解成17 bit的二進制編碼值，空中飛機ADS-B報文有112 bit，即14 Byte，其信息格式如表1所示[4]。當=17時，代表基于1 090 MHz ES的發射機數據通信包；CA代表CommA或者CommB的通信標志；AA代表發射機唯一的ICAO地址；PI代表CRC校驗，計算時包含該字段前面88 bit的校驗值；ME代表預留值，可以擴展為多種信息，例如飛機標識與類型信息、空中速度信息、地面位置信息和空中位置信息等[5]。

空中位置信息報文的“ME”字段如表2所示[5]。

地球根據經度和緯度可以劃分為很多編號不同的區域（Zone），以此來準確地確認飛機的精準位置。CPR編碼指的是依據對經度和緯度的編碼計算飛機的空中實際坐標位置。編碼過程依據經度和緯度的值，以輸入的實數形式為準，轉化成整數形式的和坐標。=0時代表偶編碼；=1時代表奇編碼[6]。飛機空中位置的編碼實現的具體步驟如下：

1.2.2全球解碼

在ADS-B系統中，為提高數據的傳輸效率，飛機位置報文采用CPR的形式[9]。不發送高階位的信息會引起飛機不同位置的編碼值是一樣的，所以編碼時把地球劃分為南北方向上的緯度Zone和東西方向上的經度Zone。其中緯度Zone和經度Zone根據不同的編碼形式，劃分為“奇/偶”緯度Zone，“奇/偶”經度Zone[1]。

空中飛機交替發送含有偶形式（0，0）和奇形式（1，1）兩種CPR編碼的位置報文，解碼時接收設備依據規定的時間范圍內（空中目標約10 s，地面目標約50 s）接收到一組含奇/偶編碼的報文信息，便可準確地計算出飛機的空中位置[10]。

解碼算法中用下標區分奇偶編碼，=0時代表偶編碼，=1時代表奇編碼，目標飛機空中位置全球解碼經緯度算法如下：

1.3 CPR編解碼算法仿真驗證

1.3.1 CPR編碼仿真驗證

隨機抽取10組飛機的位置信息經緯度值進行CPR編碼驗證，如表4所示。

1.3.2 CPR本地解碼仿真驗證

實現過程中，系統在成功接收到1 090 MHz頻率上的報文信息之后，選用=17格式的信息進行CPR本地解碼驗證，隨機抽取其中10組數據，如表5所示[11]。

1.3.3 CPR全球解碼仿真驗證

實現過程中，系統在成功接收到1 090 MHz頻率上的報文信息之后，選用=17格式的信息進行CPR全球解碼驗證，隨機抽取其中10組數據，如表6所示[12]。

對CPR解碼的測試數據進行綜合分析，實際數據誤差處于10-6～10-4，充分體現了CPR解碼算法的有效性和可靠性。CPR算法使經度碼位（24 bit）和緯度碼位（23 bit）均降為17 bit，降低了位置信息編解碼的位數。在傳輸帶寬有限的條件下，為1 090ES數據鏈提供了更多的可用空間，有效地提高了信息的傳輸效率。

2 CPR解碼的實現

2.1原理框圖

系統組成框圖如圖2所示，接收到飛機ADS-B信息后，混頻到中頻60 MHz，進行AD采樣，DDC到零中頻。對零中頻信號進行PPM解調獲得飛機的112 bit報文信息，報文信息通過網口通信送至計算機端進行經緯度解碼。

經緯度解碼可采用本地解碼方式，也可采用全球解碼方式。

2.2飛機解碼實驗結果

全球解碼后ADS-B監視的目標飛機信息如圖3所示。

3結束語

本文針對飛機空中位置ADS-B報文信息的CPR編解碼算法，給出了詳細的解決步驟，通過仿真實驗與方案論證，最終通過硬件實現以及檢飛驗證，達到預期效果。但從單個ADS-B基站得到的目標軌跡異常點較多，丟點也不少，實際效果比理論值差。如何關聯歷史目標點跡，用本地解碼等方式過濾掉異常點跡，優化算法降低丟點率，以保證ADS-B目標識別的正確性和平穩性是下一步研究的重點。

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