ADS—B監(jiān)視技術(shù)功能探討及特點分析

高永剛

摘要：ADS-B技術(shù)是國際民航組織建議的未來空管監(jiān)視技術(shù)的主要發(fā)展方向。它是結(jié)合地面設備、航空器機載設備以及衛(wèi)星導航等相關(guān)先進技術(shù)，其采用了更為安全、及時、 有效的空中交通管理監(jiān)視手段，能夠?qū)⒐苤茊T與飛行員的實時運行態(tài)勢分析能力充分以及相應空域的使用率充分提高，同時能夠擴大空中交通的監(jiān)視范圍，提升空中交通管理能力和服務質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：ADS-B；1090ES；信號處理；數(shù)據(jù)鏈

中圖分類號：TB文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2018.04.089

1引言

目前，我國民航部門正在積極推進空中交通監(jiān)視技術(shù)的升級，努力打造天、空、地一體化基于ADS-B技術(shù)的運行體系，積極推動ADS-B的建設與運行，計劃在不遠的未來，盡早完成全面加裝改裝飛行器機載設備和地面基礎ADS-B的建設，組成完善的民用航空ADS-B 運行監(jiān)視和信息服務體系，為空中交通管理提供全空域監(jiān)視手段，為民航企業(yè)提供全面ADS-B 信息服務，為實現(xiàn)我國民航事業(yè)提供最強有力的技術(shù)支撐，奠定提高民航飛行的安全水平、空域容量、運行效率和服務能力的強大基礎。

當前，國內(nèi)航班量持續(xù)增長，傳統(tǒng)空管監(jiān)視技術(shù)（如PSR、SSR）已不能完全滿足空中交通服務的監(jiān)視需求，且建設維護成本高，以MLAT、ADS-B為代表的新監(jiān)視技術(shù)，在定位精度、更新率、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和建設維護成本方面都比傳統(tǒng)的要好，可大幅提高運行效率，受到了各國的推廣。

根據(jù)我國民航監(jiān)視技術(shù)應用政策，“十三五”期間監(jiān)視技術(shù)規(guī)劃要求：在東部航線、塔臺及機場場面有計劃部署完善ADS-B地面基礎設施，將ADS-B作為補充監(jiān)視手段。2017年安徽地區(qū)5個機場將建5套ADS-B地面站。

2ADS-B簡述

ADS-B的英文全稱是Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，翻譯過來就是廣播式自動相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)。其基本原理是航空器通過空對地、空對空數(shù)據(jù)鏈，使用全方向廣播的方式，自動發(fā)送和接收相關(guān)機載設備所提取的監(jiān)控信息，包含如識別信息（A模、24位地址碼、呼號）、位置信息（經(jīng)緯度、高度）、速度信息及意向信息等。ADS-B也同時能夠為范圍內(nèi)的航空器提供所需的空中交通信息，及時傳送地形、天氣、空域限制等相關(guān)飛行信息，使飛行機組更加及時、清晰、準確地了解到周邊的空中交通情況，建立航行的情景意識。除此之外，也可應用于航空公司本身的運行監(jiān)控和飛行管理，為安全飛行提供更加高效的保障。如今，ADS-B已經(jīng)是我國乃至世界上日趨成熟的民航客機地面監(jiān)視方式之一， 這項技術(shù)在中國的研究及應用其實很早就已經(jīng)開始了。早在上世紀90年代末，我國民用航空部門為了探索新的飛行管理技術(shù)發(fā)展方向，也為了促進西部地區(qū)航空運輸?shù)陌l(fā)展，建設了第一條基于ADS技術(shù)航行系統(tǒng)的新的航路（L888航路），并于2000年投入運行。到了2004年北京、上海以及廣州三大區(qū)域管制中心建成時，為其配套相應的空中交通管理自動化系統(tǒng)都已經(jīng)具備了處理ADS-B信息的能力。

ADS-B作為四個單詞的英文首字母縮寫，主要包含了以下含義：

Automatic：可以自動進行數(shù)據(jù)傳送；

Dependent：數(shù)據(jù)的可用性是由航空器的設備決定，數(shù)據(jù)發(fā)送則取決于機載系統(tǒng)；

Surveillance：可以利用提供的狀態(tài)數(shù)據(jù)來完成監(jiān)視的任務；

Broadcast： 采用全方向的廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)，任何飛機或地面站配備相應設施均可接收該信號。

全世界范圍內(nèi)使用的ADS-B數(shù)據(jù)鏈主要有三種，包括：1090ES（1090MHz與擴展S模式二次雷達相同）全球通用、UAT（978MHz美國通用航空使用）和VDL-4（歐洲部分地區(qū)使用）。1090ES是國際民航組織ICAO推薦使用的技術(shù)。在國內(nèi)，運輸航空采用1090ES，通用航空采用1090ES或UAT。圖1為ADS-B技術(shù)工作原理簡圖。

如圖1，可清楚看出，ADS-B監(jiān)視技術(shù)與傳統(tǒng)二次雷達監(jiān)視技術(shù)相比，最大的特點就是可實現(xiàn)空對空的數(shù)據(jù)交互。

3ADS-B功能劃分

ADS-B技術(shù)的功能根據(jù)應用的方面可分為：發(fā)送（ADS-B OUT ）和接收（ADS-B IN）。發(fā)送（ADS-B OUT ）是指飛行器機載的ADS-B發(fā)射機以一定的頻率向其它飛行器或者地面的服務設備發(fā)送飛行識別信息、位置信息、高度信息、速度信心、方向和爬升率等相關(guān)數(shù)據(jù)。所有ADS-B 技術(shù)應用的先決條件便是發(fā)送（ADS-B OUT ）功能。接收（ADS-B IN）是指飛行器或地面的ADS-B設備接收其他飛行器發(fā)出的發(fā)送（ADS-B OUT ）信息或地面服務設備發(fā)送的信息，為機組飛行提供所需的運行支持。ADS-B IN可以使飛行員在CDTI上監(jiān)視到其它飛行器的飛行狀態(tài)，能夠及時有效地實施避讓，從而全方位地完善機組在飛行中的情景意識，充分提高了航行中的安全性和時效性。后面的圖2和圖3則分別展示了發(fā)送（ADS-B OUT ）和接收（ADS-B IN）的信號流程圖。

需要說明的是，F(xiàn)IS-B（Flight Information Service Broadcast）指的是飛行信息服務廣播，包括氣象和航行情報等；TIS-B（Traffic Information Service Broadcast）指的是交通信息服務廣播，生成空中交通監(jiān)視全景信息。

4ADS-B地面站設備系統(tǒng)構(gòu)成

地面站系統(tǒng)按天線類型劃分，可分為全向天線系統(tǒng)和定向天線系統(tǒng)兩種。下面以全向天線為例，介紹ADS-B地面站子系統(tǒng)設備組成及功能。

4.1全向天線ADS-B主機

全向天線ADS-B主機是地面站的處理核心單元，采用雙機冗余架構(gòu)，主要完成信號處理、數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)監(jiān)控、維護管理、信息服務等功能。全向天線ADS-B地面站設備的ADS-B主機由GNSS接收機模塊（兩塊）、ADS-B接收模塊（兩塊）、信號數(shù)據(jù)處理模塊（兩塊）、總線底板（兩塊）、電源模塊（兩塊）、ADS-B主機機箱（一套）等組成。endprint

主機包括GNSS接收機、ADS-B接收模塊、信號數(shù)據(jù)處理模塊和電源模塊四個部分：

GNSS接收機主要負責對天饋單元接收到的GNSS信息進行處理，提取其中的時間信息和導航信息，形成GNSS時間信息地面站位置信息，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理提供時間和位置數(shù)據(jù)。ADS-B地面站主機配備ADS-B接收模塊將ADS-B天線收到的微弱射頻回波信號進行放大、濾波、檢波處理，輸出對數(shù)視頻信號，主要包括前置放大器、混頻、本振、對數(shù)放大、運放等組成單元。信號處理子模塊能接收本機周邊地面站設備的GNSS信息，具備時鐘源冗余備份能力，確保各接收機或接收通道均能夠同步上GNSS時鐘。主機的電源支持交流供電和直流供電，支持交直流雙路輸入和單路輸入，電源模塊設計實現(xiàn)輸入、輸出隔離。

4.2天饋單元

天饋單元由GNSS天線、ADS-B天線、ADS-B饋線和ADS-B信號低噪放大器組成。GNSS天線、ADS-B天線、ADS-B饋線主要完成GPS信號接收、1090MHz信號接收。低噪放大器置于天線后，作為補償饋線損失，降低整機的噪聲系數(shù)，對天線輸入信號進行濾波，提高整機的抗干擾能力和靈敏度。

5與其他監(jiān)視技術(shù)的協(xié)同工作

目前在國內(nèi)，ADS-B技術(shù)主要是和二次雷達監(jiān)視技術(shù)協(xié)同工作。相對于二次雷達，ADS-B技術(shù)有自己的優(yōu)勢。它的數(shù)據(jù)更新率快（二次雷達4-10秒，ADS-B1秒），信息更豐富，目標位置精度高（二次雷達60海里精度116米，200海里精度388米，ADS-B精度由導航數(shù)據(jù)源誤差和系統(tǒng)誤差決定，一般在50米內(nèi)），成本不到航管二次雷達的十分之一，建設難度小，維護成本低等等；也有其自身的缺點，導航數(shù)據(jù)源過于依賴GNSS，這樣安全性和可靠性問題會比較突出，數(shù)據(jù)的堵塞等問題尚未完全解決，以及基本上現(xiàn)有的相關(guān)S模式地面監(jiān)視設備并不包含上行廣播功能，因此目前情況下，1090 ES的全面應用就會受到相應限制。

但這并不影響兩種監(jiān)視方式的共同使用，二者可以很好兼容，實現(xiàn)相輔相成，共同提供信號服務。ADS-B和二次雷達作為兩種不同的空管監(jiān)視手段，它們之間是互為備份互為補充的關(guān)系，而不是簡單的替代關(guān)系。ADS-B技術(shù)應用的大力推進也不會影響將來雷達的規(guī)劃和建設。因此，華東地區(qū)“十二五”規(guī)劃的所有二次雷達，并不會因ADS-B的大力推進而打折扣。

6結(jié)束語

根據(jù)華東地區(qū)的建設目標，相關(guān)單位會嚴格遵從民航組織（ICAO）相關(guān)技術(shù)規(guī)范和中國民航行業(yè)標準，采用先進的技術(shù)、成熟的產(chǎn)品和優(yōu)質(zhì)的服務，構(gòu)建以網(wǎng)絡為中心的多ADS-B地面站監(jiān)視應用平臺，在統(tǒng)一的運行架構(gòu)體系下，實現(xiàn)ADS-B監(jiān)視數(shù)據(jù)的采集、處理、響應、服務以及維護等功能，滿足華東地區(qū)ADS-B監(jiān)視使用要求，在系統(tǒng)運行壽命周期內(nèi)將為保障管制輸區(qū)內(nèi)的飛行安全、提高飛行效率提供有效幫助，并能適應未來十幾年內(nèi)航空運量持續(xù)發(fā)展的使用需求。而合肥本場的ADS-B地面站設備，也將于2017年底完成安裝。作為監(jiān)視專業(yè)的技術(shù)人員，除了要深入了解設備外，還要對日后可能出現(xiàn)的相關(guān)各類故障及處理方法及時的分析總結(jié)，在平日的維護中能做到及時的發(fā)覺安全隱患。如果遇到問題，無法及時判斷故障點的，應該要依據(jù)所掌握的知識，根據(jù)系統(tǒng)圖依次分析排查，這樣才能有效率的解決問題，更好的保障ADS-B設備的安全正常運行。

參考文獻

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