廣播式自動相關監視系統探究

高山 郭孟越 先文俊

摘 要：廣播式自動相關監視系統簡稱ADS-B，由地面接收處理設備和機載設備組成，運用網狀、多點對多點等雙向通信方式，實現飛行目標精準、實時展示。中國民用航空飛行學院長期使用UAT模式ADS-B，最近技術改造升級，引入1090ES模式ADS-B。本文將從ADS-B組成出發，結合拓撲結構，探究ADS-B系統運行維護心得，增強行業內從業人員對ADS-B系統的認識。

關鍵詞：ADS-B;拓撲結構;維護

1 ADS-B簡單介紹

傳統監視設備是一、二次雷達監視。一次雷達監視是地面站全方位發送電磁波，通過接收飛機反射的信號進行判斷目標位置，缺點是無法判斷目標身份;二次雷達是地面站發送電磁波，通過飛機上應答機反饋其ID信息判斷目標飛行動態資料。廣播式自動相關監視系統（簡稱ADS-B）的工作原理有別于以傳統監視設備，飛機上ADS-B機載設備實時向外發送自身參數信息（如高度，空度，方向，機號等），通常500ms更新一次位置信息，地面站解析后為指揮員實時展示飛行信息。地面服務器對數據進行處理，可提供輔助參數資料，如時間、告警、預警等服務。另外，地面站可向外發送情報信息，機載設備接收處理后為飛行員提供服務。搭載了ADS-B接收器的飛行器在實時發送飛行參數的同時，可實時獲取其他飛行目標，有助于提升飛行員對空中態勢的認知能力，提升飛機間協同飛行能力。一、二次雷達監視設備目前技術成熟，但是更新率低于ADS-B，同時新建或維護成本過大，使得該類導航設備僅在大型機場中常見，偏遠山區或小型機場一般ADS-B更多。

根據機載設備和地面接收機之間的通信協議，如頻率差異，ADS-B主要有三種，ADS-B有基于異頻收發的S模式SSR收發機的1090ES數據鏈、UAT模式數據鏈（如978MHz）和模式4甚高頻數據鏈（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，標準統一。多數飛機裝備的S模式應答機，加裝一GPS連接線并升級應答機軟件即可實現1090ES模式的機載ADS-B。但VDL MODE 4和UAT均需要加裝新的UAT設備，故目前所有航班運輸飛機上均配備1090ES模式機載ADS-B。早期國內自主訓練飛機較少，大多航校引進西方優秀機型，因而造成通航企業UAT模式ADS-B較多的現狀。

ADS-B運用十分廣泛：①空中交通管制，偏遠山區或小型機場由于受經費限制，只能部署性價比較高的監視設備。ADS-B更新率快，精度高，可為管制提供高質量監視服務，縮減飛行間隔，同時ADS-B上行數據可為飛行提供情報服務;②預告警，ADS-B數據是雙向自主實時通信，主動發送，機載程序或地面站程序可以輕易實現防撞沖突預警和告警;③地面監視，飛行器自動實時向外發送自身數據，1090ES模式的ADS-B數據格式即二次雷達S模式長報文格式，被機場場監雷達解析后可實現地面飛機所有全方位覆蓋監視，對于運輸機場而言，可實現“門到門”的交通管理。

2 ADS-B的發展

早在19世紀90年代，歐洲開展了ADS-B技術與CDTI聯合演示。二十世紀初，FAA調研發現阿拉斯加通航飛行較多，但地理環境和氣候條件惡劣，不利于雷達站建設。評估該地區ADS-B服務可行后，對180架飛機進行UAT設備安裝，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設備安裝，隨著澳大利亞開展高空空域項目（UAP）和歐洲CRISTAL實驗的逐步展開，ADS-B技術標準逐漸成熟。

2005年中國民用航空飛行學院率先引入ADS-B，經過多次技術升級更新，早已實現新津、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，中國民用航空飛行學院建立了用于飛行學院實施ADS-B 類雷達管制運行標準程序，該標準包含間隔、報告方式、移交和終止等程序。該標準由中國民用航空飛行學院結合自身實際情況研究提出，僅適用于學院管制空域內飛行管控。幾百萬安全飛行小時驗證了中國民用航空飛行學院飛行標準的合理性，也彰顯了ADS-B系統穩定優異的監視能力。

鑒于國際民航組織亞太區的建議和在全球范圍內的互操作性，我國在西部實施利用ADS-B技術提供類雷達監視服務時，首先考慮使用1090 ES作為ADS-B數據鏈。2014年民航局立項，投資建設支線ADS-B中小顯系統，地區管理局負責具體實施，要求所有運輸機場于2020年12月31日前均實現ADS-B監視。以西南地區為例，該次ADS-B系統投資建設共新增29套1090ES模式ADS-B系統，空管局提供技術咨詢服務，支線機場負責現場管理，應急處置以及日常服務器。該項目順利實施表明國內機場對ADS-B技術的認可。到目前為止并未出現因ADS-B原因導致某機場出現飛行事故，標志ADS-B的可行性和成熟性，同時也說明ADS-B更應該引起重視。

3 ADS-B拓撲結構解析

準確說，ADS-B系統由地面站、機載設備、衛星系統三部分組成?？罩酗w行器的機載ADS-B實時向外發送飛行參數，約一秒發送一次，地面站接收機接收ADS-B數據信號，解析后發送給服務器，服務器再將數據處理后分發到所有終端以展示飛機位置信息，服務器能根據飛機航向和位置等信息判斷設定區域內任意飛機的間隔有無沖突的可能并加以警示。具備ADS-B IN功能的飛行器可實現地面站功能，可解析ADS-B數據并將信息展示于駕駛艙交通信息顯示器（CDTI）上。

飛機上機載設備從全球衛星導航系統接收機（GNSS）、慣性導航系統（INS）、慣性參考系統（IRS）、飛行管理器和其它機載傳感器等航空電子設備上獲取飛行相關參數，并通過無線電的方式向外發送。地面站將接收機接收到的脈沖形式無線電信號解碼為相應的報文，如常見的CAT021、DF17或明文。服務器將報文進一步解析，獲取到飛機實時高度、航向、經緯度等信息，通過計算機技術將飛機目標展示于終端席位，以助于指揮員了解飛行態勢。