ADS—B在南中國海的應用分析

肖志杰

摘 要：隨著南中國海航班量的增大和國際ADS-B航路的實施，ADS-B作為一種新興監(jiān)視技術在南中國海的應用顯得尤其重要。本文主要通過對南中國?？沼駻DS-B數據完好性，可靠性及信號覆蓋范圍等重要數據分析了ADS-B在南中國海的應用情況。通過分析證明了ADS-B在南中國海的實用性，為ADS-B監(jiān)視技術的實際應用方面提供相應的經驗。

關鍵詞：ADS-B 完好性 可靠性

中圖分類號：V24 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（b）-0046-02

廣播式自動相關監(jiān)視（ADS-B）是一種基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS）和空地、空空數據鏈通信的航空器運行監(jiān)視技術。隨著航空領域的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的雷達監(jiān)視手段已無法滿足日益增長的空管監(jiān)視需求。ADS-B作為新興的監(jiān)視技術受到了國際民航的重視和推廣。

三亞飛行情報區(qū)于2008年在西沙永興島安裝ERA公司的ADS-B設備，為南中國?？沼蛱峁〢DS-B監(jiān)視服務。作為我國首先提供ADS-B監(jiān)視服務的飛行情報區(qū)，推動了ADS-B監(jiān)視新技術在我國的實際應用，為推廣應用ADS-B監(jiān)視技術提供相關寶貴經驗。中南空管局通過對南中國海ADS-B信號進行評估，證明了ADS-B技術在南中國海的實用性和重要性。

1 ADS-B概述

ADS-B指的是航空器不需要人工的操作或地面站的詢問，通過廣播模式的數據鏈自動提供由機載導航設備和定位系統(tǒng)生成的數據，用于在無雷達覆蓋地區(qū)提供ATC監(jiān)視等應用服務。

航空器通過GPS進行定位，并同時將氣壓高度表、速度表等機載設備信息協(xié)同位置信息輸入機載應答機，由機載應答機通過數據鏈向外周期性廣播飛機的呼號、高度、速度等其他相關的附加數據。其它裝載ADS-B設備的航空器也可接收到廣播信息并進行顯示，作為空空監(jiān)視。ADS-B地面站接收到廣播信息并傳送到管制中心自動化顯示，作為空地監(jiān)視。同時地面站能將空中交通情報服務信息（TIS-B）及飛行情報服務信息（FIS-B）發(fā)送給航空器。

2 ADS-B數據完好性分析

ADS-B數據完好性是指ADS-B報文能否用于自動化系統(tǒng)。這就要求ADS-B數據的循環(huán)冗余校驗（CRC）值是無錯的、且符合Asterix Cat 21格式。另外，完好性可通過ADS-B報文中的完導航不確定度類別（NUC）參數來衡量的。

為了表征導航數據的精度和完好性，GPS接收機輸出水平保護標準（HPL）。在ADS-B機載設備中，HPL被轉換成導航不確定度類別（NUC）。根據ICAO規(guī)定，NUC值（范圍0至9）必須不小于5才符合類雷達服務的數據完好性要求。在一定時間間隔內，從地面接收站輸出的所有飛機的ADS-B報文中提取的NUC值，并統(tǒng)計NUC≧5報文數量占ADS-B報文總數的比例，可以得到ADS-B信號的完好性指標。

2010年8月8日的ADS-B報文總量為831596，其中沒有發(fā)現(xiàn)有CRC錯誤和不符合Cat 21格式的報文。NUC≧5的報文數量占報文總量的92%，其中以NUC值為6與7的報文占了大多數，分別為26%和62%。NUC<5（即不符合類雷達管制完好性要求）的報文數量占報文總量的8%，其中絕大部分是NUC為0的報文。調查了多起NUC為0的情況，一個航班如果產生NUC為0，則其飛行過程中所有報文的NUC值均為0，可能是機載設備問題導致。

3 ADS-B數據可靠性分析

ADS-B數據的可靠性體現(xiàn)在三方面：ADS-B報文輸出的覆蓋范圍內的航班數量占當前航班總量的比例；ADS-B報文更新周期的統(tǒng)計；ADS-B報文延時統(tǒng)計。

3.1 航班覆蓋率統(tǒng)計

當航班覆蓋率必須達到較高的比例時，自動化系統(tǒng)才能通過ADS-B信號把握當前的空域飛行動態(tài)。以三亞Telephonics自動化系統(tǒng)為例，航班覆蓋率計算公式為：

ADS-B航班覆蓋率=ADS-B飛越航班數/Telephonics飛越航班數

2010年8月8日至9日，ADS-B航班覆蓋率為59.5%和62.2%，達到了自動化系統(tǒng)的要求。

3.2 ADS-B報文更新周期統(tǒng)計

雷達系統(tǒng)的報文周期通常為4～5s。而ADS-B系統(tǒng)中，正常情況下同一航班連續(xù)兩條報文之間的時間間隔為0.5～1s左右，這是ADS-B的報文周期。但ADS-B地面接收站可能會受到距離、干擾等影響，送出報文的周期可能會有所延長。根據2010年8月9日的統(tǒng)計，75%的ADS-B報文間隔在1 s之內，只有少部分報文（約6%）報文間隔大于1.5 s，因此ADS-B報文間隔相對于普通的二次雷達來說小了很多。

3.3 ADS-B報文延時統(tǒng)計

ADS-B報文中I021/030 Time of Day指示了位置報告時間。通過計算接收時間和位置報告時間的時間差，可以得出ADS-B報文的延時，對2010年9月8日9時34分至2010年9月9日0時34分時間段接收到的ADS-B報文進行統(tǒng)計，得出ADS-B報文的延時均分布在200～1600 ms之間，其中90%的報文延時在400～1400 ms之間，因此，它的報文延時并不穩(wěn)定。假設航空器以900 km/h速度飛行，最大因延遲造成的誤差為400 m。

4 ADS-B信號的覆蓋范圍分析

理論上ADS-B地面站的最遠覆蓋范圍約為250海里，約合460 km?？紤]到地形遮擋，覆蓋范圍可能會有所縮小。使用覆蓋分析軟件可以對理論上的覆蓋情況進行分析，得出目前西沙接收站的高空覆蓋范圍，如圖2所示。

由圖2可得，在8000 m高度ADS-B信號能覆蓋到380 km以內空域，除地形遮擋因素外，設備運行狀況、地形遮擋、天氣、無線電干擾、介質反射、建筑物等因素也會影響實際覆蓋范圍。通過航班跟蹤統(tǒng)計得到西沙ADS-B信號能比較穩(wěn)定地覆蓋到300 km以內的目標，300 km以外覆蓋稍差，最遠覆蓋范圍可達450 km。

5 結語

本文對南中國海ADS-B數據完好性、可靠性及信號覆蓋范圍進行分析。其數據完好性及可靠性基本達到了ADS-B管制運行規(guī)程的要求，其信號覆蓋范圍也達到了與傳統(tǒng)雷達監(jiān)視相同的標準。驗證了ADS-B在南中國海運行的實用性，為ADS-B后繼的應用提供了可靠的經驗數據。

參考文獻

[1] 張利永，王宇.ADS-B在南中國海的實驗分析和應用思考[J].中國民用航空.2011，（121）：59-60.

[2] 陳惠鋒.ADS-B技術在民航空管中的應用及前景展望[J].軟件導刊，2012，11（3）：40-41。

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

摘 要：隨著南中國海航班量的增大和國際ADS-B航路的實施，ADS-B作為一種新興監(jiān)視技術在南中國海的應用顯得尤其重要。本文主要通過對南中國?？沼駻DS-B數據完好性，可靠性及信號覆蓋范圍等重要數據分析了ADS-B在南中國海的應用情況。通過分析證明了ADS-B在南中國海的實用性，為ADS-B監(jiān)視技術的實際應用方面提供相應的經驗。

關鍵詞：ADS-B 完好性 可靠性

中圖分類號：V24 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（b）-0046-02

廣播式自動相關監(jiān)視（ADS-B）是一種基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS）和空地、空空數據鏈通信的航空器運行監(jiān)視技術。隨著航空領域的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的雷達監(jiān)視手段已無法滿足日益增長的空管監(jiān)視需求。ADS-B作為新興的監(jiān)視技術受到了國際民航的重視和推廣。

三亞飛行情報區(qū)于2008年在西沙永興島安裝ERA公司的ADS-B設備，為南中國?？沼蛱峁〢DS-B監(jiān)視服務。作為我國首先提供ADS-B監(jiān)視服務的飛行情報區(qū)，推動了ADS-B監(jiān)視新技術在我國的實際應用，為推廣應用ADS-B監(jiān)視技術提供相關寶貴經驗。中南空管局通過對南中國海ADS-B信號進行評估，證明了ADS-B技術在南中國海的實用性和重要性。

1 ADS-B概述

ADS-B指的是航空器不需要人工的操作或地面站的詢問，通過廣播模式的數據鏈自動提供由機載導航設備和定位系統(tǒng)生成的數據，用于在無雷達覆蓋地區(qū)提供ATC監(jiān)視等應用服務。

航空器通過GPS進行定位，并同時將氣壓高度表、速度表等機載設備信息協(xié)同位置信息輸入機載應答機，由機載應答機通過數據鏈向外周期性廣播飛機的呼號、高度、速度等其他相關的附加數據。其它裝載ADS-B設備的航空器也可接收到廣播信息并進行顯示，作為空空監(jiān)視。ADS-B地面站接收到廣播信息并傳送到管制中心自動化顯示，作為空地監(jiān)視。同時地面站能將空中交通情報服務信息（TIS-B）及飛行情報服務信息（FIS-B）發(fā)送給航空器。

2 ADS-B數據完好性分析

ADS-B數據完好性是指ADS-B報文能否用于自動化系統(tǒng)。這就要求ADS-B數據的循環(huán)冗余校驗（CRC）值是無錯的、且符合Asterix Cat 21格式。另外，完好性可通過ADS-B報文中的完導航不確定度類別（NUC）參數來衡量的。

為了表征導航數據的精度和完好性，GPS接收機輸出水平保護標準（HPL）。在ADS-B機載設備中，HPL被轉換成導航不確定度類別（NUC）。根據ICAO規(guī)定，NUC值（范圍0至9）必須不小于5才符合類雷達服務的數據完好性要求。在一定時間間隔內，從地面接收站輸出的所有飛機的ADS-B報文中提取的NUC值，并統(tǒng)計NUC≧5報文數量占ADS-B報文總數的比例，可以得到ADS-B信號的完好性指標。

2010年8月8日的ADS-B報文總量為831596，其中沒有發(fā)現(xiàn)有CRC錯誤和不符合Cat 21格式的報文。NUC≧5的報文數量占報文總量的92%，其中以NUC值為6與7的報文占了大多數，分別為26%和62%。NUC<5（即不符合類雷達管制完好性要求）的報文數量占報文總量的8%，其中絕大部分是NUC為0的報文。調查了多起NUC為0的情況，一個航班如果產生NUC為0，則其飛行過程中所有報文的NUC值均為0，可能是機載設備問題導致。

3 ADS-B數據可靠性分析

ADS-B數據的可靠性體現(xiàn)在三方面：ADS-B報文輸出的覆蓋范圍內的航班數量占當前航班總量的比例；ADS-B報文更新周期的統(tǒng)計；ADS-B報文延時統(tǒng)計。

3.1 航班覆蓋率統(tǒng)計

當航班覆蓋率必須達到較高的比例時，自動化系統(tǒng)才能通過ADS-B信號把握當前的空域飛行動態(tài)。以三亞Telephonics自動化系統(tǒng)為例，航班覆蓋率計算公式為：

ADS-B航班覆蓋率=ADS-B飛越航班數/Telephonics飛越航班數

2010年8月8日至9日，ADS-B航班覆蓋率為59.5%和62.2%，達到了自動化系統(tǒng)的要求。

3.2 ADS-B報文更新周期統(tǒng)計

雷達系統(tǒng)的報文周期通常為4～5s。而ADS-B系統(tǒng)中，正常情況下同一航班連續(xù)兩條報文之間的時間間隔為0.5～1s左右，這是ADS-B的報文周期。但ADS-B地面接收站可能會受到距離、干擾等影響，送出報文的周期可能會有所延長。根據2010年8月9日的統(tǒng)計，75%的ADS-B報文間隔在1 s之內，只有少部分報文（約6%）報文間隔大于1.5 s，因此ADS-B報文間隔相對于普通的二次雷達來說小了很多。

3.3 ADS-B報文延時統(tǒng)計

ADS-B報文中I021/030 Time of Day指示了位置報告時間。通過計算接收時間和位置報告時間的時間差，可以得出ADS-B報文的延時，對2010年9月8日9時34分至2010年9月9日0時34分時間段接收到的ADS-B報文進行統(tǒng)計，得出ADS-B報文的延時均分布在200～1600 ms之間，其中90%的報文延時在400～1400 ms之間，因此，它的報文延時并不穩(wěn)定。假設航空器以900 km/h速度飛行，最大因延遲造成的誤差為400 m。

4 ADS-B信號的覆蓋范圍分析

理論上ADS-B地面站的最遠覆蓋范圍約為250海里，約合460 km。考慮到地形遮擋，覆蓋范圍可能會有所縮小。使用覆蓋分析軟件可以對理論上的覆蓋情況進行分析，得出目前西沙接收站的高空覆蓋范圍，如圖2所示。

由圖2可得，在8000 m高度ADS-B信號能覆蓋到380 km以內空域，除地形遮擋因素外，設備運行狀況、地形遮擋、天氣、無線電干擾、介質反射、建筑物等因素也會影響實際覆蓋范圍。通過航班跟蹤統(tǒng)計得到西沙ADS-B信號能比較穩(wěn)定地覆蓋到300 km以內的目標，300 km以外覆蓋稍差，最遠覆蓋范圍可達450 km。

5 結語

本文對南中國海ADS-B數據完好性、可靠性及信號覆蓋范圍進行分析。其數據完好性及可靠性基本達到了ADS-B管制運行規(guī)程的要求，其信號覆蓋范圍也達到了與傳統(tǒng)雷達監(jiān)視相同的標準。驗證了ADS-B在南中國海運行的實用性，為ADS-B后繼的應用提供了可靠的經驗數據。

參考文獻

[1] 張利永，王宇.ADS-B在南中國海的實驗分析和應用思考[J].中國民用航空.2011，（121）：59-60.

[2] 陳惠鋒.ADS-B技術在民航空管中的應用及前景展望[J].軟件導刊，2012，11（3）：40-41。

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

摘 要：隨著南中國海航班量的增大和國際ADS-B航路的實施，ADS-B作為一種新興監(jiān)視技術在南中國海的應用顯得尤其重要。本文主要通過對南中國?？沼駻DS-B數據完好性，可靠性及信號覆蓋范圍等重要數據分析了ADS-B在南中國海的應用情況。通過分析證明了ADS-B在南中國海的實用性，為ADS-B監(jiān)視技術的實際應用方面提供相應的經驗。

關鍵詞：ADS-B 完好性 可靠性

中圖分類號：V24 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（b）-0046-02

廣播式自動相關監(jiān)視（ADS-B）是一種基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS）和空地、空空數據鏈通信的航空器運行監(jiān)視技術。隨著航空領域的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的雷達監(jiān)視手段已無法滿足日益增長的空管監(jiān)視需求。ADS-B作為新興的監(jiān)視技術受到了國際民航的重視和推廣。

三亞飛行情報區(qū)于2008年在西沙永興島安裝ERA公司的ADS-B設備，為南中國?？沼蛱峁〢DS-B監(jiān)視服務。作為我國首先提供ADS-B監(jiān)視服務的飛行情報區(qū)，推動了ADS-B監(jiān)視新技術在我國的實際應用，為推廣應用ADS-B監(jiān)視技術提供相關寶貴經驗。中南空管局通過對南中國海ADS-B信號進行評估，證明了ADS-B技術在南中國海的實用性和重要性。

1 ADS-B概述

ADS-B指的是航空器不需要人工的操作或地面站的詢問，通過廣播模式的數據鏈自動提供由機載導航設備和定位系統(tǒng)生成的數據，用于在無雷達覆蓋地區(qū)提供ATC監(jiān)視等應用服務。

航空器通過GPS進行定位，并同時將氣壓高度表、速度表等機載設備信息協(xié)同位置信息輸入機載應答機，由機載應答機通過數據鏈向外周期性廣播飛機的呼號、高度、速度等其他相關的附加數據。其它裝載ADS-B設備的航空器也可接收到廣播信息并進行顯示，作為空空監(jiān)視。ADS-B地面站接收到廣播信息并傳送到管制中心自動化顯示，作為空地監(jiān)視。同時地面站能將空中交通情報服務信息（TIS-B）及飛行情報服務信息（FIS-B）發(fā)送給航空器。

2 ADS-B數據完好性分析

ADS-B數據完好性是指ADS-B報文能否用于自動化系統(tǒng)。這就要求ADS-B數據的循環(huán)冗余校驗（CRC）值是無錯的、且符合Asterix Cat 21格式。另外，完好性可通過ADS-B報文中的完導航不確定度類別（NUC）參數來衡量的。

為了表征導航數據的精度和完好性，GPS接收機輸出水平保護標準（HPL）。在ADS-B機載設備中，HPL被轉換成導航不確定度類別（NUC）。根據ICAO規(guī)定，NUC值（范圍0至9）必須不小于5才符合類雷達服務的數據完好性要求。在一定時間間隔內，從地面接收站輸出的所有飛機的ADS-B報文中提取的NUC值，并統(tǒng)計NUC≧5報文數量占ADS-B報文總數的比例，可以得到ADS-B信號的完好性指標。

2010年8月8日的ADS-B報文總量為831596，其中沒有發(fā)現(xiàn)有CRC錯誤和不符合Cat 21格式的報文。NUC≧5的報文數量占報文總量的92%，其中以NUC值為6與7的報文占了大多數，分別為26%和62%。NUC<5（即不符合類雷達管制完好性要求）的報文數量占報文總量的8%，其中絕大部分是NUC為0的報文。調查了多起NUC為0的情況，一個航班如果產生NUC為0，則其飛行過程中所有報文的NUC值均為0，可能是機載設備問題導致。

3 ADS-B數據可靠性分析

ADS-B數據的可靠性體現(xiàn)在三方面：ADS-B報文輸出的覆蓋范圍內的航班數量占當前航班總量的比例；ADS-B報文更新周期的統(tǒng)計；ADS-B報文延時統(tǒng)計。

3.1 航班覆蓋率統(tǒng)計

當航班覆蓋率必須達到較高的比例時，自動化系統(tǒng)才能通過ADS-B信號把握當前的空域飛行動態(tài)。以三亞Telephonics自動化系統(tǒng)為例，航班覆蓋率計算公式為：

ADS-B航班覆蓋率=ADS-B飛越航班數/Telephonics飛越航班數

2010年8月8日至9日，ADS-B航班覆蓋率為59.5%和62.2%，達到了自動化系統(tǒng)的要求。

3.2 ADS-B報文更新周期統(tǒng)計

雷達系統(tǒng)的報文周期通常為4～5s。而ADS-B系統(tǒng)中，正常情況下同一航班連續(xù)兩條報文之間的時間間隔為0.5～1s左右，這是ADS-B的報文周期。但ADS-B地面接收站可能會受到距離、干擾等影響，送出報文的周期可能會有所延長。根據2010年8月9日的統(tǒng)計，75%的ADS-B報文間隔在1 s之內，只有少部分報文（約6%）報文間隔大于1.5 s，因此ADS-B報文間隔相對于普通的二次雷達來說小了很多。

3.3 ADS-B報文延時統(tǒng)計

ADS-B報文中I021/030 Time of Day指示了位置報告時間。通過計算接收時間和位置報告時間的時間差，可以得出ADS-B報文的延時，對2010年9月8日9時34分至2010年9月9日0時34分時間段接收到的ADS-B報文進行統(tǒng)計，得出ADS-B報文的延時均分布在200～1600 ms之間，其中90%的報文延時在400～1400 ms之間，因此，它的報文延時并不穩(wěn)定。假設航空器以900 km/h速度飛行，最大因延遲造成的誤差為400 m。

4 ADS-B信號的覆蓋范圍分析

理論上ADS-B地面站的最遠覆蓋范圍約為250海里，約合460 km?？紤]到地形遮擋，覆蓋范圍可能會有所縮小。使用覆蓋分析軟件可以對理論上的覆蓋情況進行分析，得出目前西沙接收站的高空覆蓋范圍，如圖2所示。

由圖2可得，在8000 m高度ADS-B信號能覆蓋到380 km以內空域，除地形遮擋因素外，設備運行狀況、地形遮擋、天氣、無線電干擾、介質反射、建筑物等因素也會影響實際覆蓋范圍。通過航班跟蹤統(tǒng)計得到西沙ADS-B信號能比較穩(wěn)定地覆蓋到300 km以內的目標，300 km以外覆蓋稍差，最遠覆蓋范圍可達450 km。

5 結語

本文對南中國海ADS-B數據完好性、可靠性及信號覆蓋范圍進行分析。其數據完好性及可靠性基本達到了ADS-B管制運行規(guī)程的要求，其信號覆蓋范圍也達到了與傳統(tǒng)雷達監(jiān)視相同的標準。驗證了ADS-B在南中國海運行的實用性，為ADS-B后繼的應用提供了可靠的經驗數據。

參考文獻

[1] 張利永，王宇.ADS-B在南中國海的實驗分析和應用思考[J].中國民用航空.2011，（121）：59-60.

[2] 陳惠鋒.ADS-B技術在民航空管中的應用及前景展望[J].軟件導刊，2012，11（3）：40-41。

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