廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)控ADS-B系統(tǒng)的探究

劉宗福

摘? 要：廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)控（ADS-B），作為被國際民航組織確定為未來監(jiān)視技術(shù)發(fā)展的主要方向，并且也是中國民航局重點(diǎn)推行的新技術(shù)。從1991年初期，歐洲和美國對ADS-B技術(shù)的研究開始到目前經(jīng)歷了近30年。ADS-B系統(tǒng)也得到了快速發(fā)展。而對于從事民航維修的人員來說，能夠明白ADS-B系統(tǒng)的原理，對ADS-B系統(tǒng)的維護(hù)和保障工作至關(guān)重要。該文就ADS-B系統(tǒng)及工作原理、政策支持和發(fā)展進(jìn)行探究，為維修人員對ADS-B的了解和學(xué)習(xí)提供參考。

關(guān)鍵詞：新技術(shù)? ADS-B? 系統(tǒng)原理? 民航維修

中圖分類號(hào)：V243? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2020）10（c）-0006-03

Abstract： Automatic Broadcast correlation monitoring （ADS-B）， as the main direction of future surveillance technology development determined by the International Civil Aviation Organization （ICAO）， is also a new technology promoted by the Civil Aviation Administration of China. It has been nearly 30 years since European and American research on ADS-B technology began in early 1991. Ads-b systems have also developed rapidly. For the personnel engaged in civil aviation maintenance， it is very important to understand the principle of ADS-B system for the maintenance and guarantee of ADS-B system. This paper explores the ADS-B system and its working principle， policy support and development， so as to provide reference for maintenance personnel to understand and learn ADS-B.

Key Words： New technology; ADS-B; System principle; Civil aviation maintenance

1? ADS-B系統(tǒng)

1.1 概述

ADS-B中文名字叫作廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)控。4個(gè)字母的意思分別解釋如下。

A（Automatic）：自動(dòng)，飛行器自動(dòng)報(bào)告自己的位置，全天候運(yùn)行，無須人為管理。

D（Dependent）：相關(guān)，數(shù)據(jù)源依賴于精準(zhǔn)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（比如GPS、北斗等）。

S（Surveillance）：監(jiān)視，接受者（管制人員和機(jī)組）可以獲取飛行器位置、高度、速度、識(shí)別碼和其他信息。

B（Broadcast）：廣播，飛行器廣播各自的數(shù)據(jù)信息，無須地面管制員詢問或者別的機(jī)組詢問。

概括起來是：ADS-B通過數(shù)據(jù)鏈，在不需要人工操作或者詢問的情況下，能自動(dòng)從相關(guān)機(jī)載設(shè)備獲取參數(shù)并向其他飛機(jī)或地面站廣播飛機(jī)的位置、高度、速度、航向、識(shí)別號(hào)等信息，以供地面管制員對飛機(jī)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，也為航空器周邊其他機(jī)組提供了航空器準(zhǔn)確的位置信息，增強(qiáng)了機(jī)組的位置感知和空中交通情景意識(shí)，提高了飛行安全水平，提升了航班運(yùn)行效率，優(yōu)化了航路結(jié)構(gòu)。

1.2 系統(tǒng)工作原理

ADS-B系統(tǒng)的工作原理簡單來說就是一個(gè)集通信與監(jiān)視為一體的信息系統(tǒng)，首先由機(jī)載GNSS系統(tǒng)（接收GPS信號(hào)）和氣壓高度表（或者是大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)）確定飛機(jī)當(dāng)前的位置和高度，利用航空器上其他的機(jī)載設(shè)備比如慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）、飛行管理計(jì)算機(jī)（FMS）、大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)（ADC）、S模式ATC應(yīng)答機(jī)等其他機(jī)載傳感器獲取信息，比如航空器的航向、航跡、空速、風(fēng)速、飛機(jī)外界溫度、飛機(jī)的識(shí)別信息、高度等數(shù)據(jù)等，通過ADS-B系統(tǒng)的發(fā)送（ADS-B OUT）功能間隔地將所要發(fā)送的數(shù)據(jù)自動(dòng)地發(fā)送到地面的ADS-B接收設(shè)備，地面的ADS-B接收設(shè)備將接收到的信息進(jìn)行編譯處理并送至空管部門相應(yīng)的顯示設(shè)備上顯示，管制員通過顯示器上所顯示的飛機(jī)數(shù)據(jù)信息來跟蹤和監(jiān)控空中交通狀況，起到類似于雷達(dá)的作用。

1.3 應(yīng)用功能

機(jī)載ADS-B有兩個(gè)基本應(yīng)用功能：一個(gè)是發(fā)送（ADS-B OUT，地-空監(jiān)視）功能，另外一個(gè)是接收（ADS-B IN，空-空監(jiān)視）。ADS-B OUT屬于ADS-B技術(shù)的前期應(yīng)用也是基本功能，重點(diǎn)是增強(qiáng)在雷達(dá)無覆蓋（ADS-B NRA）地區(qū)和雷達(dá)覆蓋監(jiān)視不完備（ADS-B RDA）的地區(qū)進(jìn)行地對空監(jiān)視服務(wù)，以及對機(jī)場地面監(jiān)視服務(wù)（ADS-B APT）進(jìn)行優(yōu)化，比如對地面移動(dòng)的航空器及安裝了ADS-B系統(tǒng)的地面移動(dòng)設(shè)備（車輛等）的監(jiān)視。這一階段，航空器上的ADS-B系統(tǒng)設(shè)備只發(fā)送自身運(yùn)行情況數(shù)據(jù)的航跡和航向等信息。

ADS-B IN功能主要是改進(jìn)ADS-B系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，屬于全面應(yīng)用階段。重點(diǎn)開發(fā)航空器上ADS-B系統(tǒng)對其他航空器運(yùn)行狀況和地面服務(wù)設(shè)備發(fā)送信息的知曉，比如ATSA SURDF、ATSA AIRB、ATSA VSA等功能，機(jī)載ADS-B系統(tǒng)除了要發(fā)送自身運(yùn)行情況數(shù)據(jù)還要能夠接收附近飛行器和地面服務(wù)設(shè)備廣播出的信息，有利于更好地開發(fā)和更有效地利用機(jī)載運(yùn)行數(shù)據(jù)。對于通航飛機(jī)來說，通航飛機(jī)沒有裝載機(jī)載氣象雷達(dá)和空中交通報(bào)警和防撞系統(tǒng)（TCAS），那么就需要ADS-B IN的功能來作為補(bǔ)充。ADS-B IN還能接收到地面站向航空器發(fā)送的信息，主要分為兩類：空中交通情報(bào)服務(wù)廣播（TIS-B）和飛行信息服務(wù)廣播（FIS-B）。

1.4 用于通信的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)

支持ADS-B系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈有3種：第一種是S模式1 090 MHz擴(kuò)展電文（1090ES，1090MHz Extended Squitter）數(shù)據(jù)鏈;第二種是通用訪問收發(fā)（UAT，Universal Access Transceiver）數(shù)據(jù)鏈;第三種是甚高頻模式4（VDL-4，VHF Data Link Mode4）。UAT所用的頻段處于DME（X）波段內(nèi)，機(jī)載和地面設(shè)備的收發(fā)頻率采用978 MHz的頻率;1 090ES直接使用SSR（S模式應(yīng)答機(jī)）應(yīng)答機(jī)的1 090 MHz頻率;VDL-4使用頻率為118～137 MHz，波導(dǎo)頻寬為25 kHz。

3種數(shù)據(jù)鏈都有信道容量大、速度快且具有廣播功能。在不同的航空器現(xiàn)有的設(shè)備條件下，對于已裝有S模式應(yīng)答機(jī)的航空器應(yīng)用1090ES數(shù)據(jù)鏈，只需要更新S模式應(yīng)答機(jī)的軟件和接上可靠的GNSS天線;應(yīng)用UAT模式數(shù)據(jù)鏈需要在航空器上加裝新的設(shè)備（比如SR20飛機(jī)上的GDL90設(shè)備）;應(yīng)用VDL-4數(shù)據(jù)鏈的航空器也需要加裝新的設(shè)備，但是由于VDL-4數(shù)據(jù)鏈源于OSI模型，是需要嚴(yán)格要求時(shí)間同步的規(guī)范化VHF數(shù)據(jù)鏈。1090ES、UAT和VDL-4這3種數(shù)據(jù)線互不兼容，所以未來研究1090ES和UAT相兼容可能能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)數(shù)據(jù)鏈的優(yōu)勢疊加。

2? 當(dāng)前中國民航有關(guān)ADS-B的情況及政策

相對于歐洲1991年做的有關(guān)ADS-B技術(shù)演練和美國在1992年開始的ADS-B技術(shù)正式研究。中國在ADS-B技術(shù)方面的研究是在1998年才開始的，并且啟動(dòng)了第一條基于ADS-B技術(shù)的L888的航路建設(shè)。2004年在我國北京、上海、廣州分別建立了ADS-B管制中心。2005年7月， 在西南地區(qū)的中國民航飛行學(xué)院完成ADS-B在亞洲地區(qū)的首次應(yīng)用測試;2006年12月，完成綿陽、廣漢、新津、遂寧、洛陽5個(gè)地面臺(tái)建設(shè)， 并完成中國民航飛行學(xué)院完的6種機(jī)型近200架飛機(jī)的ADS-B機(jī)載設(shè)備加裝。

明航局發(fā)布的關(guān)于“通用航空‘十三五發(fā)展規(guī)劃”提出組織開展兼容“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的ADS-B機(jī)載設(shè)備適航審定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范研究和編制。以及在《中國民用航空ADS-B實(shí)施規(guī)劃》中提出了在2017—2020年，實(shí)現(xiàn)全空域ADS-B OUT的全面運(yùn)行的目標(biāo)和2020—2025年完善全空域ADS-B OUT的運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)ADS-B IN初始運(yùn)行的目標(biāo)。

中國民航最開始在通用航空飛行活動(dòng)頻繁的特殊區(qū)域采用UAT作為支持ADS-B系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，考慮的是UAT機(jī)載設(shè)備和地面站的性價(jià)比、功能特性。而后中國對ADS-B技術(shù)的政策更新，考慮的是我國未來空管系統(tǒng)與國際接軌問題及在全球范圍內(nèi)的互操作性，即中國民航在實(shí)施ADS-B項(xiàng)目計(jì)劃時(shí)優(yōu)先考慮使用1090ES作為數(shù)據(jù)鏈路技術(shù)。作為國內(nèi)最大的飛行員培訓(xùn)基地，中國民航飛行學(xué)院在2019年完成了從基于UAT數(shù)據(jù)鏈的ADS-B系統(tǒng)到基于1090ES數(shù)據(jù)鏈的ADS-B系統(tǒng)的改裝，相關(guān)的機(jī)載設(shè)備也做了更換。

3? 傳統(tǒng)的導(dǎo)航程序與ADS-B技術(shù)的特點(diǎn)

（1）筆者通過對傳統(tǒng)導(dǎo)航程序和ADS-B技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和比較發(fā)現(xiàn)：傳統(tǒng)導(dǎo)航程序是通過機(jī)載設(shè)備，C模式二次雷達(dá)或者S模式二次雷達(dá)應(yīng)答機(jī)的詢問，和地面設(shè)備的應(yīng)答來定位。精度等級有200 n mile、60 n mile、18 n mile;而ADS-B以機(jī)載設(shè)備GPS和S模式的二次雷達(dá)應(yīng)答機(jī)，利用GPS定位，導(dǎo)航數(shù)據(jù)源誤差在10 m+系統(tǒng)誤差。相比較而言，ADS-B定位精度更精確。

（2）各自優(yōu)缺點(diǎn)：傳統(tǒng)的導(dǎo)航優(yōu)點(diǎn)在于能夠獨(dú)立協(xié)同監(jiān)視，應(yīng)用航空器應(yīng)答機(jī)發(fā)射的發(fā)射信號(hào)，不需要額外的機(jī)載設(shè)備，覆蓋范圍廣 ，個(gè)地面站可以獨(dú)立運(yùn)行;缺點(diǎn)是建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)成本高，更新率低且地面設(shè)施受地形的影響。而ADS-B技術(shù)可以提供更多信息，監(jiān)視方式多樣化，精確度高更新頻率快，建設(shè)維護(hù)成本低，地面站建設(shè)簡單且能獨(dú)立運(yùn)行;缺點(diǎn)是ADS-B自身沒有定位數(shù)據(jù)源，得依靠GPS定位，如果GPS設(shè)備或者信號(hào)失效會(huì)影響它的正常工作。相比較而言ADS-B技術(shù)的優(yōu)勢更大，發(fā)展前景更好。

4? 結(jié)語

該文通過從ADS-B系統(tǒng)的簡介、運(yùn)行原理、基本功能以及通信數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行詳細(xì)的介紹，結(jié)合筆者對傳統(tǒng)導(dǎo)航和ADS-B系統(tǒng)做的對比，可以讓大家更好地理解ADS-B，希望對剛開始接觸或者聽說過ADS-B系統(tǒng)的維修人員提供學(xué)習(xí)參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 王爾申，叢笑林.基于ADS-B IN的通航飛機(jī)飛行態(tài)勢監(jiān)視終端系統(tǒng)研究[J].電光與控制，2020，27（5）：1-4.

[2] 楊明.中國民航ADS-B的現(xiàn)狀與改裝[J].航空維修與工程，2019（4）：16-17.

[3] 郭健偉.ADS-B廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)及其應(yīng)用研究[J].通信電源技術(shù)，2019，36（1）：90-91.

[4] 陳強(qiáng).通用航空器改裝1090ES ADS-B機(jī)載設(shè)備選型研究[J].中國設(shè)備工程，2019（21）：86-87.

[5] 中國民用航空局.ADS-B實(shí)施規(guī)劃（2015年第一次修訂）[Z].2015.

[6] 中國民用航空局.通用航空發(fā)展“十三五”規(guī)劃[Z].2016.