ADS-B技術(shù)在空中交通管理中的應(yīng)用

張匯文

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ADS-B技術(shù)在空中交通管理中的應(yīng)用

張匯文

中國民用航空中南地區(qū)空中交通管理局，廣東 廣州 510405

廣播式自動相關(guān)監(jiān)視技術(shù)（ADS-B）做一種新型的監(jiān)視手段，未來將重新定義空中交通管制的通信、導(dǎo)航、監(jiān)視方式方法。介紹了ADS-B的概念，然后講解了ADS-B的技術(shù)原理，最后則展望了應(yīng)用方向和前景。

ADS-B；空中交通管理；監(jiān)視；應(yīng)用

1 ADS-B概述

廣播式自動相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）是一種監(jiān)視技術(shù)，即航空器通過廣播模式的數(shù)據(jù)鏈，自動提供由機載導(dǎo)航設(shè)備和定位系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)，包括航空器識別、四維定位以及其他相關(guān)的附加數(shù)據(jù)。地面和其他航空器可以接收此數(shù)據(jù)，并用于各種用途，如在無雷達覆蓋地區(qū)提供ATC監(jiān)視，機場場面監(jiān)視以及未來空-空監(jiān)視等應(yīng)用服務(wù)[1]。目前國內(nèi)ADS-B通常用于雷達補盲或作為雷達的補充，如三亞情報區(qū)洋面AR02、AR03扇區(qū)有多條主要國際航路，AR03主要靠西沙二次雷達實施雷達管制，由于西沙地理和氣候原因，雷達天線、大盤等硬件易于磨損、腐蝕，故障率偏高，因此在西沙安裝ADS-B地面接收站，提高該區(qū)域監(jiān)視質(zhì)量。其特點有：減少陸空通話次數(shù)，由飛機自動發(fā)送位置報告。能提供飛機精確的四維位置，可靈活指揮飛機的最佳飛行路線，提高運行效率、增大空中交通流量。完善了地面監(jiān)控手段：雷達不能在所有的地方建臺，有效地解決雷達監(jiān)視的覆蓋問題，提供高質(zhì)量的監(jiān)控[1]。有效促進了飛行器監(jiān)控：實現(xiàn)自我識別、監(jiān)控指揮、場面監(jiān)視等功能。保障了飛行安全：為航空器提供相關(guān)交通信息，傳送天氣、地形、空域限制等飛行信息。其他監(jiān)視技術(shù)的比較，ADS-B有監(jiān)視信息更豐富、定位精度高、數(shù)據(jù)更新率快 、建設(shè)、運行維護成本低優(yōu)點。然而局限性是目標(biāo)定位依賴全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）。

2 ADS-B技術(shù)

ADS-B由信息源、信息傳輸通道和信息處理與顯示三部分組成。ADS-B的主要信息包括飛機的4 維位置信息（經(jīng)度、緯度、高度和時間）、飛機的識別信息和類別信息以及一些附加信息，這些信息從機載航空電子設(shè)備獲得。信息傳輸通道以ADS-B 報文形式，通過空-空、空-地數(shù)據(jù)鏈廣播。信息處理與顯示主要包括位置信息和其他附加信息的提取和處理，形成清晰、直觀的背景地圖和航跡、交通態(tài)勢分布、參數(shù)窗口以及報文窗口等，最后以準(zhǔn)雷達畫面實時地提供給用戶。機載發(fā)射機以一定周期發(fā)送航空器的各種信息，即ADS-B OUT。只要相關(guān)機載電子設(shè)備正確安裝且正常運行，ADS-B OUT 系統(tǒng)一般無需飛行機組干預(yù)即可自動工作。航空器也可接收其他航空器發(fā)送的信息或地面服務(wù)設(shè)施發(fā)送的信息，為機組提供運行支持，即ADS-B IN。ADS-B IN 的一個典型應(yīng)用是機組通過駕駛艙交通信息顯示設(shè)備獲知其他航空器的運行狀況，從而提高機組的空中交通情景意識。目前，我國空中交通管制中的ADS-B 應(yīng)用中以O(shè)UT功能為主。航空器的位置是由飛行控制系統(tǒng)計算出來的，它使用了所有可獲得的數(shù)據(jù)（慣導(dǎo)系統(tǒng)、GPS、VOR、DME）并且選用最優(yōu)數(shù)據(jù)。飛行控制系統(tǒng)會根據(jù)信息的不同來源采用相應(yīng)的算法，算出其位置精度值（位置誤差的估計）并下發(fā)。如果位置信息來源于機載GPS 接收機，大部分GPS 接收機會以水平保護標(biāo)準(zhǔn)（Horizontal Protect Level，HPL）的格式輸出位置精度值信息。為減少飛機廣播參數(shù)的數(shù)量和長度，飛行控制系統(tǒng)會將HPL 轉(zhuǎn)換為簡單的參數(shù)下發(fā)。HPL 是由GPS 接收機通過特殊的算法——接收機自主完好性檢測（Receiver Autonomous Integrity Monitoring，RAIM）計算得出的。RAIM 技術(shù)的基本原則是增加觀測衛(wèi)星的數(shù)量，利用余度信息對衛(wèi)星信號進行判斷：可見衛(wèi)星是否能夠正常導(dǎo)航，如果出現(xiàn)故障，判斷哪一顆出現(xiàn)故障，并在一定的時間要求范圍內(nèi)發(fā)出報警，然后重新接收衛(wèi)星信號進行判斷，在這一過程中對其警告的漏報率和誤報率必須嚴(yán)格要求。如果沒有發(fā)現(xiàn)故障衛(wèi)星，接收機不會出現(xiàn)誤警情況。RAIM 算法對故障衛(wèi)星的檢測識別受可見衛(wèi)星數(shù)目和衛(wèi)星幾何分布的影響，倘若少于5 顆定位衛(wèi)星，則提醒用戶此時RAIM 無效，需要重新接收定位信號；其次，需要根據(jù)性能指標(biāo)對當(dāng)前可見星的幾何分布進行判斷，決定其是否適合進行完好性監(jiān)測。根據(jù)接收到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，將計算出的HPL 與系統(tǒng)給定的水平警告門限相比較，如果HPL小于系統(tǒng)門限，說明此時可見星幾何結(jié)構(gòu)滿足RAIM要求，此時的完好性監(jiān)測結(jié)果是有效的。ADS-B 的數(shù)據(jù)鏈路以廣播方式傳輸飛行器狀態(tài)、位置、速度等重要監(jiān)視信息，數(shù)據(jù)鏈路是ADS-B 技術(shù)的重要組成部分，目前ADS-B 技術(shù)可選的數(shù)據(jù)鏈技術(shù)有以下三種：Mode S 1090 ES、VDL MODE 4、UAT。采用S 模式1090ES、VDL MODE 4 和UAT 三種技術(shù)在地面建站都相對容易實現(xiàn)，但對于飛機，VDL MODE 4 和UAT都需要加裝新的機載設(shè)備，需要投入大量資金，在短期內(nèi)不易實現(xiàn)。目前所有的商業(yè)運輸飛機的機載應(yīng)答機均裝備了S 模式應(yīng)答機，采用S 模式1090 ES 技術(shù)，僅需要升級應(yīng)答機軟件及加裝一條GPS 連線，不僅工作量小、簡單易行，而且從經(jīng)濟效益角度來講也有很大優(yōu)勢。

3 ADS-B應(yīng)用

3.1 交通信息座艙顯示

交通信息座艙顯示（CDTI）用于給飛行員顯示包括位置信息在內(nèi)的對其他飛機的監(jiān)視信息。CDTI的交通信息是從一個或多個信息源（包括ADS-B，TCAS和TIS）獲得的，并且用于不同的應(yīng)用。

3.2 機載防撞

（1）對現(xiàn)有防撞系統(tǒng)的改進：現(xiàn)有的ACAS系統(tǒng)在自己的監(jiān)視范圍內(nèi)主動地詢問并跟蹤其他飛機。利用高精度的ADS-B位置矢量、飛機意圖和其他信息，能提高防撞算法的性能。ACAS設(shè)備提供的交通顯示也可以當(dāng)作CDTI支持其他應(yīng)用。系統(tǒng)可以擴展到在1000ft以下的防撞，并且能夠檢測跑道入侵。（2）基于ADS-B的ACAS：對未來的ACAS系統(tǒng)可能將唯一使用ADS-B。這發(fā)生在一個給定的空域中多數(shù)飛機都裝備了ADS-B設(shè)備的情況下，這些飛機必須有備份設(shè)備和能夠處理系統(tǒng)故障的程序，并且這種ADS-B的應(yīng)用要經(jīng)過長期經(jīng)驗的驗證。另外，當(dāng)利用ADS-B作為保證飛行間隔和避免碰撞的基本手段時，需要建立通用失效模型以使碰撞的風(fēng)險能夠被忽略。

3.3 沖突管理和空域沖突防止

（1）機載沖突管理和空域沖突防止。ADS-B支持沖突管理所需的間隔和排序優(yōu)化功能，允許飛機交換意圖信息并且規(guī)劃它們的飛行路線以預(yù)測潛在的沖突。（2）ATS監(jiān)視和沖突管理。機場場面監(jiān)視和場面移動，在低/零能見度條件下支持場面移動。預(yù)備在沒有雷達覆蓋的空域提高監(jiān)視能力。包括低高度空域、偏遠地區(qū)空域（山區(qū)等）、沿海水域。增強監(jiān)視性能和減小飛行間隔標(biāo)準(zhǔn)。隨著裝備水平的提高，ADS-B在多數(shù)空域?qū)⒊蔀橹饕谋O(jiān)視信息源。

3.4 ATS一致性監(jiān)視

（1）同時進近。目前PRM技術(shù)支持同時進近，但PRM技術(shù)相對價格昂貴。在目前不能確定裝備PRM的費效比是合理的機場或者沒有傳統(tǒng)進近監(jiān)視設(shè)備的機場，ADS-B也允許進行同時進近。（2）入侵處理。ADS-B信息可以用于支持空中和機場場面的入侵處理。并且要定義以下的特殊區(qū)域：特殊用途空域、限制空域、危險天氣空域、跑道和滑行道、燈光控制區(qū)域（由ATS控制燈光的區(qū)域）、重量限制或翼展限制區(qū)域、其他運行控制區(qū)域，如噪音敏感區(qū)域。

[1]陳飛成.淺析ADS-B技術(shù)在空中管制中的應(yīng)用[J].科技致富向?qū)В?013（21）：312.

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1009-6434（2016）05-0038-01