ADS-B技術(shù)在民航飛行訓(xùn)練中的應(yīng)用

周躍飛 林琳 楊成 中國(guó)民航飛行學(xué)院廣漢分院機(jī)務(wù)部 618307

ADS-B技術(shù)在民航飛行訓(xùn)練中的應(yīng)用

周躍飛 林琳 楊成 中國(guó)民航飛行學(xué)院廣漢分院機(jī)務(wù)部 618307

運(yùn)用廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）技術(shù)進(jìn)行空中交通管制的成本較低，同時(shí)結(jié)合已較為成熟的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在民航飛行訓(xùn)練領(lǐng)域應(yīng)用ADS-B技術(shù)實(shí)施空中交通管制在精度、可靠性、經(jīng)濟(jì)性方面均有較大的優(yōu)勢(shì)。

引言

當(dāng)前，中國(guó)民航業(yè)處于快速成長(zhǎng)期，機(jī)隊(duì)規(guī)模在迅速擴(kuò)大，機(jī)型在不斷更新，傳統(tǒng)空管設(shè)施需要進(jìn)一步改造和完善。廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，ADS-B）技術(shù)與傳統(tǒng)雷達(dá)監(jiān)視技術(shù)相比，具有使用成本低、精度誤差小、監(jiān)視能力強(qiáng)等明顯優(yōu)勢(shì)，對(duì)于高密度飛行區(qū)域的空中交通服務(wù)也有著廣泛的應(yīng)用前景。中國(guó)民航飛行學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱飛院）在國(guó)內(nèi)首先將ADS-B技術(shù)用于飛行教學(xué)訓(xùn)練中，并取得了可喜的成果。

1.概述

ADS-B技術(shù)是基于衛(wèi)星定位和地/空數(shù)據(jù)鏈通信的飛機(jī)運(yùn)行監(jiān)視技術(shù)，核心是把來自機(jī)載設(shè)備的飛機(jī)位置數(shù)據(jù)通過地空數(shù)據(jù)鏈自動(dòng)傳送到地面交通管制部門。ADS-B技術(shù)的工作原理簡(jiǎn)單說就是，首先機(jī)載設(shè)備收到GPS信號(hào)，進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，然后把飛機(jī)位置等數(shù)據(jù)以一定的間隔向外廣播，周圍飛機(jī)和地面基站收到這樣數(shù)據(jù)廣播，同時(shí)本飛機(jī)也收到空域中其它飛機(jī)的數(shù)據(jù)廣播。這樣飛機(jī)和地面基站通過軟件處理可同時(shí)看到地面和空中的飛機(jī)。

地空數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)茿DS-B技術(shù)重要的組成部分。各國(guó)對(duì)ADS-B地空數(shù)據(jù)鏈選擇各持己見，但主流意見基本傾向于以下三種：甚高頻數(shù)據(jù)鏈模式（VDL Mode），在歐洲較流行；通用訪問收發(fā)機(jī)數(shù)據(jù)鏈（Universal AccessTransceiver，UAT）在 美國(guó)較流行，目前發(fā)展較快；1090MHz S模式擴(kuò)展電文數(shù)據(jù)鏈（1090 ES）根據(jù)國(guó)際民航組織建議，主要用于商用飛機(jī)。由于UAT方式的數(shù)據(jù)鏈僅用于廣播式的服務(wù)，機(jī)載電子設(shè)備數(shù)據(jù)鏈接口就僅需支持自帶尋址信息的服務(wù)，不用規(guī)定地址或通信的連接模式。這些修改可優(yōu)化機(jī)載收發(fā)機(jī)數(shù)據(jù)接口，使其簡(jiǎn)單化，提高數(shù)據(jù)流的功效，且建設(shè)成本相對(duì)較低。飛院采用UAT方式的ADS-B技術(shù)。

圖2.1 ADS-B項(xiàng)目驗(yàn)證飛行的實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面（廣漢機(jī)場(chǎng)）

2.系統(tǒng)組成及建設(shè)

UAT方式ADS-B系統(tǒng)分機(jī)載系統(tǒng)和地面站系統(tǒng)兩大部分。

單套UAT方式機(jī)載ADS-B系統(tǒng)主要包括以下設(shè)備：

1)GDL90收發(fā)機(jī)（UAT）一臺(tái)（內(nèi)置GPS接收機(jī)）；

2)GPS天線一個(gè)；

3)氣壓高度編碼器一臺(tái)；

4)通信天線兩個(gè)；

5)機(jī)載顯示器一套。

單套地面站系統(tǒng)的硬件組成如下：

1)GBT（地面收發(fā)機(jī)）一套；

2)GPS天線一套、L波段通訊天線一套；

3)防浪涌保護(hù)器三個(gè)；

4)GBT直流電源一套、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)一臺(tái)；

5)ADS-B數(shù)據(jù)服務(wù)器一臺(tái)，15吋液晶顯示器一臺(tái)；

6)控制顯示客戶端計(jì)算機(jī)一臺(tái)，20吋高分辨率液晶顯示器一臺(tái)；

在完成機(jī)載設(shè)備和地面基站的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及安裝調(diào)試后，ADS-B系統(tǒng)即可正常運(yùn)行，單架飛機(jī)上通過自己配置的顯示器即可了解周圍其他安裝了ADS-B的飛機(jī)的即時(shí)飛機(jī)信息，其他飛機(jī)同時(shí)接收到該架飛機(jī)的即時(shí)信息，飛機(jī)之間可以相互知道對(duì)方的位置，飛行趨勢(shì)，避免危險(xiǎn)接近，實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航。但是飛院日出機(jī)量大，平均每天有近80架飛機(jī)在各機(jī)場(chǎng)上空盤旋，而每一架飛機(jī)都需要在塔臺(tái)調(diào)度員的指揮監(jiān)控下飛行。如何讓塔臺(tái)指揮人員和其他相關(guān)人員適時(shí)地掌握空域內(nèi)所有飛機(jī)的飛行動(dòng)態(tài)，為此，針對(duì)飛行調(diào)度和指揮的需求，開發(fā)了ADS-B系統(tǒng)的空管客戶端軟件——“縱目”飛行監(jiān)控和指揮系統(tǒng)軟件。在飛院廣漢分院建立了第一臺(tái)ADS-B地面站進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)在兩架西門諾爾飛機(jī)上驗(yàn)證ADS-B的使用情況。圖2.1為ADSB項(xiàng)目驗(yàn)證飛行的實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面（廣漢機(jī)場(chǎng)）。

目前，學(xué)院已完成七種機(jī)型（TB20、TB200、172R、小鷹500、西門諾爾、夏延3A、CJ1）共234架飛機(jī)的機(jī)載設(shè)備加裝，在學(xué)院所屬新津、廣漢、洛陽和綿陽分院，遂寧航站完成5個(gè)地面基站的建設(shè)以及基站間的網(wǎng)絡(luò)連接工作。ADS-B系統(tǒng)通過在學(xué)院近五年的使用，累計(jì)飛行約70多萬小時(shí)，括機(jī)載和地面部分的整個(gè)系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

3.意義

ADS-B技術(shù)在飛行訓(xùn)練上的應(yīng)用，具體來說有以下的意義：

3.1 在國(guó)內(nèi)率先實(shí)踐應(yīng)用ADS-B技術(shù)

采用UAT方式的ADS-B技術(shù)，在飛院范圍內(nèi)的五個(gè)機(jī)場(chǎng)全面建設(shè)地面基站，在飛院執(zhí)管的全部主力機(jī)型上加裝機(jī)載設(shè)備，并開發(fā)適用的中文應(yīng)用軟件，在飛院內(nèi)空中交通管制中使用ADS-B設(shè)備試運(yùn)行作為管制的輔助手段，協(xié)調(diào)空管、機(jī)務(wù)、飛行、網(wǎng)絡(luò)等各部門，在實(shí)際應(yīng)用中采集各方面的使用信息、校驗(yàn)設(shè)備的具體性能參數(shù)，從設(shè)計(jì)、使用各方面對(duì)UAT方式的ADS-B技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐。

3.2 ADS-B技術(shù)能夠真正實(shí)現(xiàn)多機(jī)場(chǎng)飛行信息共享

單個(gè)地面站的作用距離為200公里左右，適用于機(jī)場(chǎng)附近空域的飛機(jī)監(jiān)控。如果在需要監(jiān)視的較大范圍內(nèi)建立多個(gè)地面站，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸各個(gè)地面站的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，由主服務(wù)器進(jìn)行多個(gè)地面站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的綜合，實(shí)現(xiàn)大面積電子地圖的無縫連接，可實(shí)現(xiàn)較大空域的連續(xù)監(jiān)控，對(duì)多個(gè)地面站覆蓋范圍內(nèi)的飛機(jī)實(shí)現(xiàn)全過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)通過進(jìn)一步開發(fā)，可與目前通用的二次雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)交聯(lián)和共享。飛院通過使用ADS-B系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)院內(nèi)各個(gè)機(jī)場(chǎng)空域范圍內(nèi)的ADS-B系統(tǒng)獨(dú)立監(jiān)視，使得多個(gè)機(jī)場(chǎng)地面臺(tái)站監(jiān)視數(shù)據(jù)的聯(lián)網(wǎng)共享，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)飛院在川內(nèi)機(jī)場(chǎng)范圍內(nèi)飛行的飛機(jī)從地面開車到起飛、本場(chǎng)、空域、轉(zhuǎn)場(chǎng)、落地的全過程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。飛院的幾個(gè)分院地面站之間的數(shù)據(jù)綜合和共享如圖3.1所示。

圖3.1各分院地面站數(shù)據(jù)綜合和共享示意圖

3.3 提高空中管制和塔臺(tái)指揮飛機(jī)的監(jiān)控水平

安裝ADS-B系統(tǒng)后，即使在沒有地面二次雷達(dá)的機(jī)場(chǎng)也可準(zhǔn)確的對(duì)空中和地面的飛機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤定位，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控和警告，避免飛機(jī)危險(xiǎn)接近、減小了飛機(jī)的間隔，從而擴(kuò)大飛行容量，提高了空域和機(jī)場(chǎng)的利用率，提高空管指揮的管理水平，保證飛行訓(xùn)練的安全性。

3.4.擴(kuò)大培訓(xùn)能力

ADS-B系統(tǒng)改變了學(xué)院傳統(tǒng)的空管指揮方式，系統(tǒng)覆蓋學(xué)院所有訓(xùn)練機(jī)場(chǎng)、空域和地面飛機(jī)滑行監(jiān)控,有助于縮小飛機(jī)間距，增加飛機(jī)密度，擴(kuò)大培訓(xùn)能力，同時(shí)可用于學(xué)院空管專業(yè)學(xué)生的教學(xué)。以學(xué)院廣漢分院1999年到2009年期間的飛行訓(xùn)練時(shí)間為例，見圖3.2，從表中我們可以看見從2006年起，教學(xué)訓(xùn)練時(shí)間年年都創(chuàng)新高。

圖3.2廣漢分院2000-2009年期間的飛行訓(xùn)練時(shí)間統(tǒng)計(jì)

4.結(jié)論

ADS-B技術(shù)在飛院的全面應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空中和地面的飛機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤定位，有助于減小飛機(jī)的間隔，從而擴(kuò)大飛行容量，提高空域和機(jī)場(chǎng)的利用率，達(dá)到有效提高空中交通管制水平、保證飛行安全的目的。另外，在學(xué)院范圍內(nèi)，利用學(xué)院機(jī)場(chǎng)相對(duì)獨(dú)立，飛機(jī)數(shù)量多，飛行密度大的特點(diǎn)，在一定范圍內(nèi)成規(guī)模應(yīng)用ADSB技術(shù)，為該技術(shù)在全國(guó)空管行業(yè)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)、打下基礎(chǔ)。

[1]馬存寶.民機(jī)通信導(dǎo)航與雷達(dá)[M].西北工業(yè)大學(xué)出版社.2004,(12),5-25

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周躍飛，碩士，助理工程師，主要研究

領(lǐng)域?yàn)橛?jì)算機(jī)軟件工程。

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.20.052

廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）;通用訪問收發(fā)機(jī)（UAT）;空中交通管制