ERA ADS—B地面站系統(tǒng)應(yīng)用分析

林戴琳

摘 要：廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）是一種新興的空管監(jiān)視技術(shù)，是未來空管監(jiān)視技術(shù)發(fā)展的主要方向。目前我國(guó)ADS-B技術(shù)主要作為雷達(dá)監(jiān)視的補(bǔ)盲，主要應(yīng)用在洋區(qū)和山區(qū)等邊遠(yuǎn)地區(qū)。西沙雷達(dá)站作為我國(guó)首批ADS-B技術(shù)試點(diǎn)臺(tái)站之一，最先安裝和使用了ADS-B地面站設(shè)備。本文主要對(duì)西沙雷達(dá)站使用的ERA ADS-B地面站系統(tǒng)的工作原理及應(yīng)用情況進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

關(guān)鍵詞：ERA ADS-B 地面站 監(jiān)視技術(shù) 應(yīng)用分析

中圖分類號(hào)：V24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）07（b）-0024-01

ADS-B是一種基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS）和空地、空空數(shù)據(jù)鏈通信的航空器運(yùn)行監(jiān)視技術(shù)。它通過廣播航空器自身位置的方法，向空中交通管制（ATC）或者其他航空器提供航空器識(shí)別信息、位置、高度、速度、方向和爬升率等監(jiān)視信息。對(duì)傳統(tǒng)的雷達(dá)技術(shù)而言ADS-B技術(shù)有著建設(shè)成本低、定位精度高和刷新率快等方面的明顯優(yōu)點(diǎn)，可用于無雷達(dá)覆蓋的航空管制盲區(qū)，作為類雷達(dá)管制監(jiān)視和雷達(dá)補(bǔ)充監(jiān)視。

1 ADS-B工作原理

ADS-B系統(tǒng)通常由機(jī)載信息設(shè)備、機(jī)載ADS-B收發(fā)信機(jī)、ADS-B地面站等組成。

機(jī)載信息設(shè)備一般由CDTI、機(jī)載GNSS接收機(jī)和其它機(jī)載信息源等組成，主要用于飛機(jī)自身定位和提供飛行器代碼、高度和速度等信息。

機(jī)載ADS-B收發(fā)信機(jī)主要用于飛行器對(duì)外廣播ADS-B數(shù)據(jù)信息，接收來自地面站的空中交通情報(bào)服務(wù)（FIS-B）和飛行情報(bào)服務(wù)（TIS-B）等信息，同時(shí)還能接收來自其他航空器的ADS-B信號(hào)用于進(jìn)行空中識(shí)別，保障空中飛行間隔。

ADS-B地面站主要用于接收飛行器廣播的ADS-B數(shù)據(jù)信息，并能將FIS-B和TIS-B等信息發(fā)送至飛行器。地面站接收到的ADS-B數(shù)據(jù)信息可以同其他監(jiān)視設(shè)備的信號(hào)通過監(jiān)視信息處理進(jìn)行合并，并通過數(shù)據(jù)融合/轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備分別送至ATC中心。

2 ERA ADS-B地面站系統(tǒng)組成

ERA ADS-B單機(jī)設(shè)備分為室外部分和室內(nèi)部分。室外部分主要由全向接收天線、GPS接收天線和測(cè)試信號(hào)天線組成；室內(nèi)部分主要由SSR接收機(jī)、GPS接收和診斷單元、測(cè)量單元、控制單元、初級(jí)供電單元、次級(jí)供電單元、風(fēng)扇單元以及本地監(jiān)控電腦（LCMS）和遠(yuǎn)程監(jiān)控電腦（RCMS）組成。各個(gè)組成模塊功能如下。

全向接收天線：具有全向特性的信號(hào)接收天線，用于接收ADS-B數(shù)據(jù)信息

GPS接收天線：接收GPS信號(hào)作為對(duì)接收的ADS-B信號(hào)進(jìn)行時(shí)間同步并為ADS-B數(shù)據(jù)信息打上信號(hào)時(shí)間標(biāo)志。

測(cè)試信號(hào)天線（SQB）：產(chǎn)生ADS-B測(cè)試信號(hào)，作為設(shè)備測(cè)試和校準(zhǔn)。

SSR接收機(jī)：將ADS-B天線接收到的1090MHz射頻脈沖串經(jīng)浪涌組件和帶通濾波后進(jìn)行低噪聲放大，并與穩(wěn)定本振混頻后進(jìn)行對(duì)數(shù)放大和檢波，最后將信號(hào)進(jìn)行視頻放大輸出至測(cè)量單元。

GPS接收和診斷單元（GPSD）：由GPS接收機(jī)及檢測(cè)板組成，產(chǎn)生GPS時(shí)間標(biāo)志脈沖（PPS）送給測(cè)量單元，并將GPS數(shù)據(jù)送給地面接收站計(jì)算機(jī)，同時(shí)還具有檢測(cè)地面站狀態(tài)的功能。

測(cè)量單元（MUDA1）：負(fù)責(zé)檢測(cè)S模式應(yīng)答、A/C模式應(yīng)答以及GPS時(shí)間標(biāo)志脈沖（PPS）到達(dá)時(shí)間（TOA），并進(jìn)行測(cè)量計(jì)算。

控制單元Control Unit）：由商用計(jì)算機(jī)模塊及其相關(guān)軟件組成，負(fù)責(zé)將原始測(cè)量數(shù)據(jù)處理和壓縮生成ADS-B信息并發(fā)送給路由器，同時(shí)處理和生成系統(tǒng)的相關(guān)監(jiān)控告警信息。

初級(jí)供電單元（SPB）：將220V交流電轉(zhuǎn)為設(shè)備使用的24 V穩(wěn)壓直流電并提供過流保護(hù)。

次級(jí)供電單元：將24 V直流電壓轉(zhuǎn)換成適合控制單元計(jì)算機(jī)、測(cè)量單元和GPS接收單元用的低電壓。次級(jí)供電單元還包含了以下模塊：24 V輸入模塊、電源控制模塊，+5 V/+12 V輸出模塊和CPCI供電模塊。

風(fēng)扇單元：3個(gè)風(fēng)扇組成，由下至上給機(jī)柜提供直接散熱。

本地監(jiān)控電腦（LCMS）：放置于西沙雷達(dá)站，用于對(duì)ADS-B設(shè)備和GPS狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和對(duì)ADS-B目標(biāo)查看。

遠(yuǎn)程監(jiān)控電腦（RCMS）：放置與三亞鳳凰機(jī)場(chǎng)航管樓，用于對(duì)ADS-B設(shè)備和GPS狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和對(duì)ADS-B目標(biāo)查看。

3 ERA ADS-B地面站信號(hào)流程

SSR接收天線接收到機(jī)載發(fā)射機(jī)發(fā)射的S模式1090MHz信號(hào)，通過射頻電纜將信號(hào)送到SSR接收機(jī)，經(jīng)過SSR接收機(jī)處理形成TTL視頻信號(hào)送至測(cè)量單元。

GPS接收天線接收GPS數(shù)據(jù)并送至GPS接收機(jī)，GPSD對(duì)接收GPS信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并將GPS數(shù)據(jù)送至控制單元，同時(shí)產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)志脈沖（PPM）送至測(cè)量單元。GPSD檢測(cè)地面站工作狀況，并將檢測(cè)信息送至控制單元。控制單元將接收到的GPS數(shù)據(jù)信息和檢測(cè)信息進(jìn)一步處理并生成系統(tǒng)相關(guān)告警信息。PPM送至測(cè)量單元后，由測(cè)量單元測(cè)量出時(shí)間標(biāo)志脈沖的到達(dá)時(shí)間（TOA），對(duì)時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)和確定后，將所接收到的TTL視頻信號(hào)加上時(shí)間標(biāo)識(shí)送至控制單元。控制單元將原始測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并壓縮生成標(biāo)準(zhǔn)的ADS-B報(bào)告，以Category 021的數(shù)據(jù)格式發(fā)送至ADS-B數(shù)據(jù)用戶。

4 運(yùn)行期間存在的問題

三亞區(qū)管AeroTrac自動(dòng)化系統(tǒng)引接西沙ADS-B數(shù)據(jù)與其他雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合顯示。在ERA ADS-B運(yùn)行期間，多次出現(xiàn)ADS-B航跡與多雷達(dá)MRT航跡分裂的情況。一種情況為某目標(biāo)的ADS-B航跡與多雷達(dá)MRT航跡一直保持分裂狀態(tài)，且其ADS-B航跡與多雷達(dá)MRT航跡的距離和相對(duì)位置較固定 ；第二種情況為某目標(biāo)的ADS-B航跡與多雷達(dá)MRT航跡時(shí)而分裂時(shí)而融合，這時(shí)通常其ADS-B航跡與多雷達(dá)MRT航跡之間的距離較近且相對(duì)位置不固定。由此可以看出，單一的ADS-B信號(hào)并不是十分穩(wěn)定，單獨(dú)ADS-B信號(hào)航跡目前不能完全替代MRT航跡的功能。因此需要通過增加ADS-B地面站的數(shù)量，對(duì)各個(gè)地面站信號(hào)進(jìn)行的比對(duì)選擇從而改善整體的信號(hào)質(zhì)量，同時(shí)自動(dòng)化系統(tǒng)的融合算法也是影響ADS-B信號(hào)融合的關(guān)鍵。

5 結(jié)語

西沙雷達(dá)站ERA ADS-B安裝至今整體運(yùn)行平穩(wěn)，未出現(xiàn)較大故障。隨著三亞飛行情報(bào)區(qū)航班量的持續(xù)增長(zhǎng)以及中低空開放等空域發(fā)展，西沙雷達(dá)站近幾年將持續(xù)加大對(duì)ADS-B地面站設(shè)備的建設(shè)。由此可見，我國(guó)ADS-B技術(shù)雖然在發(fā)展和應(yīng)用上仍然屬于探索階段，但ADS-B作為未來監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展方向已是大勢(shì)所趨。

參考文獻(xiàn)

[1] 王哲明.新興監(jiān)視技術(shù)在三亞區(qū)管應(yīng)用的研究[J].空中交通管理，2008（1）：26-27.

[2] 《System_description》 ERA公司endprint