王璇

摘 要：廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B，Automatic Dependent Surveillance Broadcast）由于其突出的監(jiān)視性能和低廉的成本，成為國(guó)際民航組織推薦發(fā)展的新航行系統(tǒng)監(jiān)視部分的主要系統(tǒng)。本文主要介紹ADS-B系統(tǒng)在空-地監(jiān)視、空-空監(jiān)視中的應(yīng)用。地-空監(jiān)視中，飛機(jī)廣播信息作為監(jiān)視數(shù)據(jù)傳輸至空中交通管制自動(dòng)化處理系統(tǒng)，無(wú)雷達(dá)區(qū)ADS-B將用于提供類雷達(dá)監(jiān)視服務(wù)；空-空監(jiān)視中，ADS-B可使航空器獲得周圍空中交通信息，并可實(shí)現(xiàn)空中航空器間間隔的保持。ADS-B技術(shù)能夠真正實(shí)現(xiàn)飛行信息的共享?？展芑顒?dòng)中所截獲的航跡信息，對(duì)于本區(qū)域空管是必需的，對(duì)于提高航空公司運(yùn)行管理效率也是十分寶貴的資源。

關(guān)鍵詞：廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視；空-空監(jiān)視；空-地監(jiān)視；機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面監(jiān)視

0 引言

在民航行業(yè)中空中交通管制是指對(duì)航空器在空中的活動(dòng)進(jìn)行管理、控制的服務(wù)。其主要目的是為了防止航空器與航空器相撞、航空器與機(jī)場(chǎng)路面障礙物相撞，保障空中交通順暢，維持空中交通秩序，提高飛行效率，保證飛行的安全。空中交通管制服務(wù)從最早的依靠無(wú)線電電臺(tái)的程序管制，逐漸更新到使用航管一、二次雷達(dá)，經(jīng)歷了數(shù)十年的改革和發(fā)展，每一次技術(shù)手段的更新，都給航管事業(yè)帶來(lái)了運(yùn)作模式的改進(jìn)。

新技術(shù)總是不斷涌現(xiàn)，ADS-B廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B，Automatic Dependent Surveillance-broadcast）是繼二次雷達(dá)后一種由新技術(shù)整合出來(lái)的新的監(jiān)視手段。ADS-B是相關(guān)的、合作式監(jiān)視系統(tǒng)。與二次雷達(dá)一樣，此系統(tǒng)同樣要安裝相對(duì)應(yīng)的機(jī)載設(shè)備，除了位置信息以外，ADS-B還能提供速度、方位等信息。與雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)不同的是，ADS-B的信息可以直接從機(jī)載設(shè)備中得到。

與以往的監(jiān)視手段相比，ADS-B的主要技術(shù)特點(diǎn)如下：①不須雷達(dá)測(cè)量飛機(jī)的位置，飛機(jī)完全依靠全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS自主定位；②飛機(jī)的呼號(hào)、速度等數(shù)據(jù)由飛機(jī)機(jī)載設(shè)備“廣播”出去（ADS-B OUT）；③地面站接收機(jī)接收到“廣播”后，將數(shù)據(jù)傳送到空中交通管制中心，并顯示給管制員；④周圍的飛機(jī)也可以通過(guò)ADS-B IN設(shè)備，收到某飛機(jī)的“廣播”，并且顯示在駕駛艙顯示器上。ADS-B可以使機(jī)組更清晰地了解周邊交通情況，提高情景意識(shí)，并可以用于航空公司的運(yùn)行監(jiān)控管理，為安全高效地飛行提供保障。

1 ADS-B的應(yīng)用現(xiàn)狀

基于中國(guó)民航通用航空運(yùn)行需求和監(jiān)視技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，ADS-B技術(shù)是通用航空運(yùn)行的一種監(jiān)視手段，但中國(guó)航空不排除使用其他的監(jiān)視技術(shù)。我國(guó)ADS-B技術(shù)規(guī)劃從場(chǎng)面監(jiān)視—終端區(qū)監(jiān)視—航路監(jiān)視—空-空監(jiān)視逐步過(guò)渡，另外ADS-B地面臺(tái)的建設(shè)是從西部非繁忙地區(qū)—西部繁忙地區(qū)—東部地區(qū)逐步過(guò)渡。

現(xiàn)在我國(guó)主要的ADS-B系統(tǒng)項(xiàng)目有成都-拉薩航線監(jiān)視工程、成都-九寨應(yīng)用監(jiān)視系統(tǒng)、B215航路空管新技術(shù)應(yīng)用工程以及西沙ADS-B實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。成都-拉薩航線監(jiān)視工程設(shè)置了5套ADS-B地面站，實(shí)現(xiàn)成都-拉薩航線主要高度層的ADS-B單重連續(xù)覆蓋，現(xiàn)已投入運(yùn)行。成都-九寨ADS-B應(yīng)用監(jiān)視工程分別在成都和九寨各設(shè)了一個(gè)ADS-B地面站，它主要是為了評(píng)估ADS-B系統(tǒng)的技術(shù)性能，檢驗(yàn)ADS-B技術(shù)在我國(guó)民航空管應(yīng)用的可行性，為我國(guó)的ADS-B技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)政策運(yùn)行、程序制定提供可靠依據(jù)。西沙ADS-B試驗(yàn)系統(tǒng)于2008年11月完成安裝調(diào)試并配置一套雙冗余地面站，它作為西沙雷達(dá)的補(bǔ)充，加強(qiáng)對(duì)南中國(guó)海的空域監(jiān)視能力。B215航路空管新技術(shù)應(yīng)用工程還在建設(shè)階段。

“十二五”對(duì)ADS-B未來(lái)的發(fā)展做了詳細(xì)規(guī)劃。主要是加強(qiáng)西部無(wú)雷達(dá)覆蓋地區(qū)的ADS-B地面臺(tái)建設(shè)，著重解決西部地區(qū)主要航路航線“看不見”的問題。ADS-B作為區(qū)域雷達(dá)監(jiān)視的補(bǔ)充手段。在“十二五”期間將在全國(guó)范圍內(nèi)建設(shè)41套ADS-B地面站，并進(jìn)一步推廣使用。增強(qiáng)對(duì)洋區(qū)的航空監(jiān)視能力，擴(kuò)大對(duì)洋區(qū)的航空監(jiān)視覆蓋范圍。

2 廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視技術(shù)

2.1 基本概念

“廣播”采用廣播式發(fā)送數(shù)據(jù)，所有用戶都可接收這些數(shù)據(jù)；“自動(dòng)”表明無(wú)須機(jī)組人工發(fā)送飛機(jī)的位置；“相關(guān)”表明地面站依賴飛機(jī)的應(yīng)答來(lái)得知飛機(jī)的準(zhǔn)確位置；“監(jiān)視”即飛機(jī)的位置得到了監(jiān)視。ADS-B基于GPS來(lái)確定空中飛機(jī)的準(zhǔn)確位置，然后將位置信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字碼，該數(shù)字碼結(jié)合了其他的一些信息（如速度、高度及飛機(jī)是否轉(zhuǎn)彎、爬升、下降等）。ADS-B設(shè)備一般安裝在飛機(jī)、機(jī)場(chǎng)移動(dòng)車輛和地面基站上，共同享有相互的速度、位置和其他信息。飛機(jī)可獲得自身周圍飛機(jī)的位置數(shù)據(jù)并計(jì)算出相對(duì)本飛機(jī)的位置和移動(dòng)方位。同時(shí)地面收發(fā)站也能監(jiān)控安裝有通用訪問收發(fā)機(jī)飛機(jī)的情況，獲得飛機(jī)型號(hào)、速度以及飛機(jī)的識(shí)別碼和經(jīng)緯度等。

2.2 ADS-B組成

ADS-B監(jiān)視系統(tǒng)由多個(gè)地面站和機(jī)載設(shè)備構(gòu)成，以多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、網(wǎng)狀的方式完成視距范圍內(nèi)數(shù)據(jù)的雙向通信。地面站設(shè)備主要包括地面收發(fā)機(jī)、GPS天線和ADS-B的數(shù)據(jù)服務(wù)器；機(jī)載電子設(shè)備一般由天線、ADS-B收發(fā)機(jī)、GPS接收機(jī)和CDTI組成。

3 ADS-B的應(yīng)用

ICAO發(fā)展的ADS-B主要用于海洋和邊遠(yuǎn)陸地地區(qū)，在世界各國(guó)對(duì)新航行系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程中，規(guī)劃和建立了一些ADS-B航路。例如，高低緯度的墨西哥海灣以及低緯度的美國(guó)阿拉斯加州。ADS-B作為廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視，飛機(jī)自動(dòng)向周圍的飛機(jī)、車輛和地面收發(fā)臺(tái)發(fā)射自身的位置等信息，所以可以實(shí)現(xiàn)多種功能。其功能主要有在空中飛機(jī)與飛機(jī)之間能自動(dòng)識(shí)別出對(duì)方的位置來(lái)自我保持間隔；地面管制員對(duì)終端區(qū)和航路飛行的飛機(jī)進(jìn)行監(jiān)控和指揮；機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面活動(dòng)的飛機(jī)和飛機(jī)及車輛之間保持間隔，起到場(chǎng)面監(jiān)視的作用。

ADS-B的應(yīng)用包括防撞，提高飛行員的環(huán)境意識(shí)，無(wú)雷達(dá)區(qū)的空中交通管制以及洋區(qū)監(jiān)視，雷達(dá)區(qū)可以取代雷達(dá)，機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面監(jiān)視可避免跑道入侵。

3.1 空-空監(jiān)視

一般情況下只需機(jī)載電子設(shè)備，不需任何地面設(shè)備。裝備了ADS-B的飛機(jī)通過(guò)數(shù)字式數(shù)據(jù)鏈廣播其精確位置及其他數(shù)據(jù)，包括其高度、速度及飛機(jī)是否爬升、下降、轉(zhuǎn)彎等信息。和傳統(tǒng)的航管監(jiān)視雷達(dá)不同，ADS-B可以在低空和地面工作。因此能用來(lái)監(jiān)控滑行道和跑道上的沖突，并且能有效地用在山區(qū)或偏遠(yuǎn)地區(qū)雷達(dá)無(wú)法覆蓋或受限制的地區(qū)。ADS-B優(yōu)點(diǎn)之一就是，它能向機(jī)組或管制員提供實(shí)時(shí)信息，可以使組和管制員“看到”同樣的信息。

機(jī)載ADS-B設(shè)備：ADS-B的機(jī)載設(shè)備一般由主控制器、CDTI、數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)瞻l(fā)設(shè)備、差分GPS等。差分GPS接收GPS基準(zhǔn)站的定位差分?jǐn)?shù)據(jù)，計(jì)算得到飛機(jī)的精確定位數(shù)據(jù)。ADS-B機(jī)載設(shè)備把自己的位置數(shù)據(jù)和其他相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)鏈設(shè)備廣播發(fā)出，同時(shí)接收其他飛機(jī)廣播的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)把其他飛機(jī)和本飛機(jī)的位置等信息顯示到以機(jī)場(chǎng)數(shù)據(jù)地圖為背景的CDTI上面。飛行員通過(guò)CDTI就能夠清楚地知道周圍交通狀況，避免飛機(jī)碰撞的危險(xiǎn)。

3.2 空-地監(jiān)視

3.2.1 無(wú)雷達(dá)區(qū)

ADS-B在中低流量非雷達(dá)覆蓋區(qū)域（如某些終端區(qū)或航路不適合安裝雷達(dá)區(qū)）提供ATC監(jiān)視（程序類控制），對(duì)于雷達(dá)監(jiān)視盲區(qū)，它也是一種性價(jià)比較好的解決方案。

（1）工作中心/公司/航線跟蹤

無(wú)雷達(dá)環(huán)境的航班跟蹤將允許工作中心或者其他有興趣的團(tuán)體來(lái)監(jiān)視航班在離開SSR覆蓋區(qū)時(shí)的進(jìn)度?，F(xiàn)代的航班跟蹤能力被限定在二次雷達(dá)區(qū)域。這些航班跟蹤服務(wù)的好處將被用于更有效地管理他們的艦隊(duì)，這也將允許航空院校和機(jī)構(gòu)在低海拔訓(xùn)練區(qū)域跟蹤他們的學(xué)員。由于這些信息已經(jīng)被用于二次雷達(dá)區(qū)域，所以只有駕駛員工作在無(wú)雷達(dá)環(huán)境時(shí)才可獲得利益。

ADS-B地面站：ADS-B地面站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)瞻l(fā)設(shè)備接收視距范圍內(nèi)飛機(jī)的ADS-B廣播報(bào)文，并且與其他地面站聯(lián)網(wǎng)。在本系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)主機(jī)只需要機(jī)場(chǎng)上的飛機(jī)和即將降落飛機(jī)的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)主機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)定時(shí)從ADS-B地面站讀取這些飛機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

（2）類雷達(dá)儀表飛行航路間隔

現(xiàn)代在無(wú)雷達(dá)環(huán)境下，管理者必須采取某種辦法來(lái)設(shè)定間隔以保持飛機(jī)間的距離，這些程序大大減少了在一定空域條件下的飛機(jī)數(shù)量。類雷達(dá)間隔將增加無(wú)雷達(dá)區(qū)域的區(qū)域容量，減少延遲，只有工作在無(wú)雷達(dá)環(huán)境下遵守儀表飛行規(guī)則的飛機(jī)才能享有這些好處。

（3）增加了IFR機(jī)場(chǎng)進(jìn)近率

在正常情況下，沒有雷達(dá)覆蓋的機(jī)場(chǎng)將轉(zhuǎn)換到一個(gè)進(jìn)、一個(gè)出的程序，大大限制了進(jìn)近速率。有了ADS-B，管理者將用ADS-B地面收發(fā)臺(tái)來(lái)保持類雷達(dá)間隔標(biāo)準(zhǔn)。這樣可以在不執(zhí)行優(yōu)先進(jìn)近的無(wú)雷達(dá)機(jī)場(chǎng)增加進(jìn)近速率。墨西哥的海灣、阿拉斯加和多巖石地區(qū)常作為區(qū)域安置點(diǎn)來(lái)增加IFR進(jìn)近率，但是也有很多的通用航空機(jī)場(chǎng)，其進(jìn)近率不低于橫跨國(guó)際空域的非雷達(dá)覆蓋區(qū)域。在未來(lái)由于更多的機(jī)場(chǎng)達(dá)到了配備標(biāo)準(zhǔn)，更多的飛機(jī)將使用這些小機(jī)場(chǎng)。目前不是所有的飛機(jī)都配備了ADS-B設(shè)備，裝有這一設(shè)備的機(jī)場(chǎng)將對(duì)配備ADS-B設(shè)備的飛機(jī)以優(yōu)先對(duì)待的方式提高進(jìn)近速率。

（4）增加了目視飛行航班的范圍

很多依靠目視飛行的首席航空飛行員，使用ATC管制航班下的服務(wù)。這些服務(wù)允許管制員使用最小安全高度警告給飛行員提供附近的交通狀況。然而，當(dāng)航班飛行在低海拔地區(qū)時(shí)，由于雷達(dá)覆蓋范圍的限制，這些服務(wù)經(jīng)常是無(wú)法使用的。提高目視飛行航班覆蓋范圍將對(duì)低海拔下配備有ADS-B OUT的航空飛機(jī)非常有利。通過(guò)擴(kuò)大這些服務(wù)到ADS-B覆蓋的區(qū)域，中空域的沖突和通過(guò)地形管制飛機(jī)所產(chǎn)生的危害將大大減少。MSAW也將被應(yīng)用在無(wú)雷達(dá)空域的飛行儀表航班計(jì)劃中。

（5）ATC塔臺(tái)終端進(jìn)近

ADS-B也可以用在地面來(lái)減少地面沖突和跑道侵入。通過(guò)配備地面設(shè)備以及飛機(jī)配備ADS-B OUT和裝載ADS-B GBT，地面的交通狀況可以展示給塔臺(tái)來(lái)協(xié)助地面在機(jī)場(chǎng)周圍的設(shè)備轉(zhuǎn)移的管理。

3.2.2 在雷達(dá)區(qū)的應(yīng)用

在有雷達(dá)的空域中和中、高流量區(qū)域提供空管監(jiān)視服務(wù)，ADS-B作為雷達(dá)的補(bǔ)充或替代手段，有更加準(zhǔn)確的速度/位置信息的航跡和將來(lái)航跡趨勢(shì)，有利于較大提升航跡計(jì)算精確度，提供給管制員更準(zhǔn)確的軌跡顯示，增強(qiáng)基于監(jiān)視的網(wǎng)絡(luò)安全，為管制員提供決策支持工具，這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)高密度空域尤其重要，特別是有人工飛機(jī)調(diào)配需求的高密度終端區(qū)和平行跑道情況下高密度終端區(qū)的飛機(jī)著陸。

ADS-B監(jiān)視數(shù)據(jù)相對(duì)于現(xiàn)在的雷達(dá)數(shù)據(jù)是有一定優(yōu)勢(shì)的。首先它的更新速率是每秒一次，大大高于終端區(qū)雷達(dá)的4.2 Hz的更新率和航路雷達(dá)的12 Hz的更新率，更高的更新速率意味著管制員可以更快地發(fā)現(xiàn)問題，同時(shí)，ADS-B的位置信息比雷達(dá)提供的位置信息更精確，而且精確度沒有因?yàn)榈孛嬲镜木嚯x而減小。另外，ADS-B OUT的數(shù)據(jù)比現(xiàn)有的從雷達(dá)獲得的數(shù)據(jù)包含了更多的信息。它包括飛機(jī)的航向、空速、海拔、目標(biāo)航向和海拔、地速、地面航跡、垂直速度以及配置。

（1）改善了ATC下的交通狀況

由ADS-B提供的其他信息可以應(yīng)用于空中交通管制的自動(dòng)化處理系統(tǒng)，來(lái)改善空中交通管理系統(tǒng)的預(yù)測(cè)能力。這些信息也可以用于更好地分析交通容量事件，ADS-B可以增強(qiáng)容量自動(dòng)化。然而，由于沒有可行的標(biāo)準(zhǔn)，大大限制了ADS-B提供目標(biāo)信息的能力。運(yùn)用ADS-B能夠減少擁塞、縮短路程并且提供更有效的高度信息，大大改善了交通狀況。

（2）增大航路容量

由于擁有更好的自動(dòng)化系統(tǒng)和更精確的ADS-B信息，管制員將更有效地為飛行器在航路飛行中導(dǎo)航。澳大利亞的ADS-B測(cè)試所得的信息顯示它可以減少管制員的壓力，進(jìn)而在不用改變最低所需間隔的情況下改進(jìn)所需間隔、增加容量。增大航路容量可以通過(guò)減少間隔標(biāo)準(zhǔn)、自我間隔或者間隔控制來(lái)達(dá)到。

（3）改善工作區(qū)/公司/航線追蹤

ADS-B數(shù)據(jù)可以幫助航空公司改善他們的航線追蹤程序。來(lái)自ADS-B的數(shù)據(jù)有更高的更新率，含有除了當(dāng)前二次雷達(dá)提供的數(shù)據(jù)以外的飛機(jī)航向、空速等附加信息。并且，不像當(dāng)前的航班跟蹤，如果他們擁有來(lái)自ATC指定的代碼，機(jī)群追蹤對(duì)于所有的飛機(jī)都將適用，而且是獨(dú)立的，這將允許航空院校更好地追蹤飛行訓(xùn)練機(jī)。

（4）進(jìn)近區(qū)的監(jiān)視

目前，對(duì)于低于4300英尺的平行跑道而言，在IFR條件下，進(jìn)近時(shí)需要精度跑道監(jiān)視雷達(dá)。PRM雷達(dá)在非覆蓋區(qū)和ADS-B一樣，更新率為1 Hz，裝備有ADS-B GBT和ADS-B OUT的飛機(jī)，不需要PRM雷達(dá)，或者沒有PRM雷達(dá)時(shí)也可以平行進(jìn)近。在機(jī)場(chǎng)配備ADS-B的條件下，PRM雷達(dá)可以提高進(jìn)近率，也鼓勵(lì)在繁忙的機(jī)場(chǎng)建造更多的密集跑道。此應(yīng)用程序建立在機(jī)場(chǎng)部署的基礎(chǔ)上，因此它只受益于PRM雷達(dá)老化和新建了緊密空間平行跑道的機(jī)場(chǎng)。

（5）減小間隔標(biāo)準(zhǔn)

通過(guò)改進(jìn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，目前間隔標(biāo)準(zhǔn)可以減少?，F(xiàn)有的分類標(biāo)準(zhǔn)是建立在第一代雷達(dá)技術(shù)和喚醒渦流損耗基礎(chǔ)上的。有了ADS-B，位置不確定性降低消除了不確定性的間距對(duì)雷達(dá)的需求。另外，更快的更新速度偏差和遵守，可以更快地由控制器確定，進(jìn)一步減少了由于飛機(jī)跟蹤不確定性對(duì)間距的需要。如果控制器可以處理更多的ADS-B飛機(jī)或扇區(qū)可以進(jìn)一步細(xì)分，減小間隔標(biāo)準(zhǔn)可能增加扇區(qū)的能力。

（6）提供更精確的搜尋和救援響應(yīng)

最新的ADS-B位置報(bào)告比由事故定位發(fā)射機(jī)提供的位置更精確，包括最新的406MHz發(fā)射機(jī)（不包括裝備有GPS的）。這意味著飛機(jī)做出的ADS-B地面覆蓋站緊急或預(yù)防性著陸將獲得更快的搜索和救援的反應(yīng)。

4 結(jié)論

ADS-B技術(shù)在空中交通管制中的應(yīng)用即使在雷達(dá)覆蓋地區(qū)也可以不增加雷達(dá)設(shè)備以較低成本增加雷達(dá)系統(tǒng)的監(jiān)視能力，提高航路乃至終端區(qū)飛行容量；也可以在無(wú)法安裝航管一、二次雷達(dá)的大陸區(qū)域使用為航空器提供優(yōu)于雷達(dá)間隔標(biāo)準(zhǔn)的類似雷達(dá)管制服務(wù)。ADS-B技術(shù)在空中交通管理上的應(yīng)用，預(yù)示著傳統(tǒng)的空中交通監(jiān)視技術(shù)即將發(fā)生重大的變革。

加速ADS-B技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)空中交通管理技術(shù)跨越式發(fā)展的突破口。當(dāng)前，正處于成長(zhǎng)期的我國(guó)民航運(yùn)輸業(yè)，機(jī)型在更新、機(jī)隊(duì)規(guī)模在擴(kuò)大，空管設(shè)施將面臨進(jìn)一步的改善，其為空中交通管理的超常規(guī)發(fā)展提供了良好的機(jī)遇。但ADS-B技術(shù)的推廣應(yīng)用，涉及更新機(jī)載設(shè)備、改造空管設(shè)施設(shè)備、研發(fā)和生產(chǎn)新技術(shù)產(chǎn)品等方面，必須同時(shí)協(xié)調(diào)推進(jìn)。

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（作者單位：民航新疆空中交通管理局）