基于北斗RDSS和ADS—B的航空監視系統架構研究

張永旺

摘要：伴隨著中國經濟的飛速發展，人民生活水平日益提高。航空器運輸業也迎來了大發展的機遇時期。但是，由于我國的特殊國情，高中低空空域的管理具有獨特的屬性，無法直接套用發達國家成熟的中低空空管模式。目前在低空飛行器種類繁多，性能差異較大、執行的任務各異、天氣對中低空飛行器會造成較大的影響。為此，該文針對我國低空空域管理的特點，通過結合北斗RDSS和ADS-B技術，構建了獨立的航空監視系統架構，為低空空域的空管工作空白提供了一種有益的技術保障思路和手段。

關鍵詞： 中低空空管；北斗RDSS；ADS-B；空管動態監視系統

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）26-0169-02

1 概述

基于中國國內特殊的國情，目前中低空空域主要劃分為管制、監視和報告三類空域，三類空域均為受管制狀態，特別是臨近機場的范圍更是監控的重點。特別近期無人機、通用航空等多種民用飛行活動日益增加，低空飛行器難于管理，空管部門無法通過一二級雷達有效監控的問題異常突出。為更好解決空管部門對于低空空域飛行器的管理，本文結合空管日常運營管理工作模式，采用了北斗RDSS和ADS-B技術，擬構建一套符合低空空域監視導航管理工作的管理體系結構，為低空空域的空管技術保障工作提供了一種新的思路。

2 中國低空管制工作特點

結合中國低空空域管制工作實際情況，《關于深化我國低空空域管理改革的意見》明確指出，相對高度1000米以下空域為低空管制區域，根據不同航空器活動的特性和空域使用要求，區分為了管制、監視、報告的三類空域管理體系。

民用航空器在低空飛行時，需要接受空中交通管制部門的空管服務引導，并提前向相關管制單位提交飛行計劃并得到批準；空中交通管制部門要隨時對航空器飛行狀態進行實時監控，有效地進行管理和指揮，特別是對于低空空域飛行的航空器，空管部門除了提供常規的飛行動態服務和預警服務為，還應結合中高空空域的飛行安全需求，制定相應的低空飛行時間段，以有效的配合整體空域安全的需求。

3 中國低空管制工作存在問題

3.1 低空管制工作缺乏成套的體系和實施細則

近年來伴隨著無人機、通航的大規模應用，對于低空管制工作的一系列管理和政策相繼出臺，但此類政策僅僅對低空管制工作提出了基礎意的意見和思路，對于具體的管制工作開展、管制體系的構建、通信導航監視系統的建設，都缺乏有效的運行規范和體系支撐，相關的管理與控制機制亟待完善。

3.2 航行服務保障能力缺乏可用性

低空管制服務與中高空管制服務不同，相應的空域服務方案并不成熟，管制、氣象、技術保障三大領域均沒有對應的設備和人員進行管理和控制，在出現特殊情況時，相關應急保障能力缺失嚴重，對于低空飛行的整體安全有一定消極影響。

3.3 地空甚高頻、高頻話音通信缺失

地空通信系統目前主要使用甚高頻、高頻進行通話。低空空域目前飛行器主要為通航和無人機等，缺乏對應的地空通信手段，同時由于中低空的地形地貌影響，無線電通信系統性能并不暢通，難以保障有效地地空通信。

3.4 低空監視能力不足

空管一二次雷達對于航路的覆蓋受到地形的影響，對于低空區域沒法實現完整覆蓋，同時雷達電波本身存在的盲區特性，導致部分管制和監視空域存在“黑洞”情況。

4 航行動態監視體系架構的設計

4.1 北斗衛星定位系統

低空航行動態監視體系擬采用北斗衛星定位導航系統進行近地區域的導航定位和地空數據鏈的位置發送工作，同時相關報文也利用北斗自帶的數據鏈功能進行傳輸。管制監視系統采用北斗數據實現監視終端對飛行器位置的顯示，同時對低空飛行器進行指揮調度。

主要實現功能包括：

（1） 航空定位服務

機載設備通過北斗芯片和相關發射單元，接收北斗衛星導航定位信號，與數據地圖重疊計算當前位置，同時通過固定報文格式向北斗系統發送當前位置報文信息，通過北斗衛星定位系統地空數據鏈轉發到北斗地面設備；北斗地面設備通過地空數據鏈接收航空器位置信息，經過處理在監視終端顯示對應的航空器位置信息。

（2） 機載設備數據傳輸

機載設備可提前預存多個常用短信息，在于航行動態監視體系進行通信時，可以直接調用進行傳輸；航空器操縱人員可通過比選方式進行信息的傳遞，并經由北斗系統轉發后，由地面站工作人員進行解讀。

（3） 航行動態監視終端發送管制指令

航行動態監視終端可通過北斗短信息服務，通過編輯方式傳輸對應的短信息報文至機載設備，航空器操縱人員在讀取相應信息后，執行相關指令，或進行短信息的反饋。

4.2 ADS-B地面站

航行動態監視系統內部需要設置ADS-B地面站，通過地面站來對地空數據廣播報文進行接收、發送和處理，航行動態監視系統管理范圍航空器通過可備份的ADS-B地面站進行數據信息的傳輸，空管部門通過地面站對空域狀態進行整體性控制，從而有效保障低空空域的航空安全保障力度。

ADS-B地面站數據傳輸采用CAT033格式報文，通地調制時隙后進行無線電發送；同時地面站天線通過接收航空器機載設備ADS-B報文進行數據的交互。航行動態監視終端顯示數據通過對CAT033和CAT023報文進行解析后呈現。

ADS-B航空器機載設備可通過北斗衛星定位數據接口、高度儀、水平儀等數據對航空器的飛行姿態和位置形成準確定位和狀態數據，并采用CAT033報文格式發達ADS-B報文到地面站設備。機載設備在接收到地空數據鏈傳輸的報文信息后，通過解調過程對數據進行處理，生產符合機載顯示終端顯示規范的CDTI接口數據，通過顯示接口顯示。endprint

4.3 航行動態監視終端

航行動態監視終端是低空空域管制技術保障工作中的重要環節。相關ADS-B報文數據的傳輸、處理都需要其后臺進行，對于低空空域航空器的統一監視和管理具有重要意義。根據軟件設計的基本規范，通過航行動態監視終端系統可分為三層架構體系：系統軟件層、共享軟件層、服務軟件層。

系統軟件層定義了系統運行的基礎操作系統環境和通信協議版本；共享軟件層定義了系統運行中共享使用的GPS時鐘校正、數據庫平臺、GIS地理服務平臺和地空數據鏈管理系統；服務軟件層是航行動態監視系統的核心，它直接控制了系統的內部管理、數據通信邏輯、信息邏輯界面展示等多個領域。

對于航行動態監視系統而言，數據通信邏輯模塊是北斗系統與ADS-B地面站系統實現交互和信息處理的核心環節，該模塊結合不同格式的報文信息解析、編譯工作，將多個不同的數據接口有機的進行了融合，把異構數據進行了同質化處理，使得北斗系統與ADS-B地面站協同工作成為可能，也為管制工作的監視數據提供奠定了數據基礎。

數據處理模塊作為對于低空空域航空器位置、姿態信息進行管理的功能模塊，它直接負責對相關的安全性進行辨識，通過融合包括數據處理、位置沖突判斷、航空器預警報文處理等多個功能，最終實現了相關安全信息的提前處置。

信息邏輯界面展示功能主要對航空器位置、姿態等在空管管制部門進行實時的展示，顯示通過北斗和地面站得到的相關監視數據，為管制員和技術人員提供可供參考的航跡信息、地圖高度信息、系統配置信息等操作接口。

5 結論

自2015年國務院下發關于低空空域管制的相關指導意見以來，關于低空空域管理和發展的一系列政策和規范逐步出臺，對于低空空域承載業務的需求和管理思路有了原則性的指導意見，但是技術上對于相關航空器的監視和管制仍缺少有效的支撐，本文采用了基于北斗RDSS和ADS-B的航空監視系統架構體系，為雷達管制、地空通信、多點定位的技術實施進行了初步的探索，通過構建多路徑的監視系統，為低空空域管理安全提供了堅實的保障。

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