空管自動(dòng)化系統(tǒng)中ADS—B技術(shù)的實(shí)踐

蔣歡

摘 要： ADS-B技術(shù)是當(dāng)前空中交通管制中的一項(xiàng)主要技術(shù)，以自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展而來(lái)，在提升飛機(jī)相互監(jiān)視能力、加強(qiáng)場(chǎng)面活動(dòng)監(jiān)視、實(shí)現(xiàn)飛行信息共享等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在空管自動(dòng)化系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。文章簡(jiǎn)要介紹了空管自動(dòng)化與ADS-B技術(shù)，對(duì)ADS-B技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)探究，具有啟示和借鑒作用。

關(guān)鍵詞： 空管自動(dòng)化系統(tǒng)；ADS-B技術(shù)；實(shí)踐應(yīng)用；雷達(dá)數(shù)據(jù)；融合

近些年我國(guó)民航事業(yè)發(fā)展迅速，飛機(jī)數(shù)量和起降架次都有所增加，2016年全年飛行起降架次高達(dá)840萬(wàn)架次，民航在方便人們出現(xiàn)方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。但是飛機(jī)數(shù)量及起降架次的增多，使得民航交通擁堵現(xiàn)象也日益突出，對(duì)空中管制提出了更高的要求。而傳統(tǒng)監(jiān)視手段存在一定的技術(shù)局限性，尤其是在地形復(fù)雜和海拔較高地區(qū)，難以實(shí)現(xiàn)較為理想的監(jiān)視效果，而ADS-B技術(shù)可以有效改善民航空中管制現(xiàn)狀，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

1.空管自動(dòng)化及ADS-B技術(shù)介紹

要想實(shí)現(xiàn)ADS-B技術(shù)在空管自動(dòng)化系統(tǒng)中的有效應(yīng)用，應(yīng)先提高對(duì)兩者的基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)。

1.1空管自動(dòng)化系統(tǒng)介紹

空管自動(dòng)化系統(tǒng)是地面指揮中心進(jìn)行飛機(jī)航行管理和的調(diào)度的關(guān)鍵系統(tǒng)，能夠利用雷達(dá)對(duì)飛機(jī)航行情況進(jìn)行監(jiān)視獲取各項(xiàng)數(shù)據(jù)，包括飛行態(tài)勢(shì)、飛行沖突、異常警告等，并通過(guò)對(duì)飛行計(jì)劃進(jìn)行處理，以動(dòng)態(tài)電報(bào)形式將其傳輸給管制員，以此作為管理和調(diào)度決定的可靠依據(jù)，同時(shí)還可以提供必要管理手段，為飛機(jī)安全航行提供基礎(chǔ)保障。在技術(shù)的發(fā)展和推動(dòng)下，空管自動(dòng)化系統(tǒng)也在不斷更新升級(jí)，當(dāng)前所用監(jiān)視手段主要為雷達(dá)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、多點(diǎn)定位給技術(shù)及ADS-B技術(shù)等，所以，加大對(duì)ADS-B技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用的研究力度，對(duì)于空管自動(dòng)化系統(tǒng)性能改善是非常重要且必要的。

1.2ADS-B技術(shù)介紹

ADS-B技術(shù)中文全稱(chēng)為廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視技術(shù)，能夠在脫離人工控制前提下，借助機(jī)載裝置獲取其他航行飛機(jī)及地面飛機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，包括速度、高度、位置、航向等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)狀態(tài)的有效監(jiān)視，為空管員提供所需信息。ADS-B系統(tǒng)由信息源、信息傳輸通道、信息處理和顯示三部分組成，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，可借助全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、機(jī)載傳感器等航空電子設(shè)備獲取飛機(jī)的各項(xiàng)基本數(shù)據(jù)，包括四維位置信息、附加信息、識(shí)別信息、類(lèi)別信息等。然后再采用網(wǎng)狀和多點(diǎn)對(duì)應(yīng)方式，通過(guò)動(dòng)態(tài)電報(bào)對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙向傳遞，形成空空和地空通信通道[1]。最后再對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以偽雷達(dá)畫(huà)面形式顯示出來(lái)，供管制員使用和操作，完成空中交通管制任務(wù)。

2.空管自動(dòng)化系統(tǒng)中ADS-B技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

為更好地分析ADS-B技術(shù)在空管自動(dòng)化系統(tǒng)中的時(shí)間應(yīng)用，此次研究以INDRA自動(dòng)化系統(tǒng)為例，對(duì)系統(tǒng)主要模塊的工作過(guò)程進(jìn)行了探究，具體包括信號(hào)接入模塊、多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合模塊、飛行計(jì)劃處理模塊和動(dòng)態(tài)顯示處理模塊。

2.1信號(hào)接入模塊

INDRA系統(tǒng)信號(hào)接入模塊主要功能為接收并預(yù)處理監(jiān)視數(shù)據(jù)，在前端處理裝置（SFE）處完成，包括外部接口設(shè)備和監(jiān)視數(shù)據(jù)比選單元兩部分。ADS-B系統(tǒng)采集到的監(jiān)視數(shù)據(jù)，通過(guò)外部接口設(shè)備所配置的主備雙通道傳輸至監(jiān)視數(shù)據(jù)比選單元。外部接口設(shè)備由分路器、復(fù)用器、交換機(jī)等裝置組成，對(duì)于串口傳輸和網(wǎng)口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，最多可分別同時(shí)支持32路和72路。數(shù)據(jù)傳輸格式為ASTERIX Cat021/023，可選用HDLC、X.25、IP組播三種協(xié)議傳輸[2]。雙通道模式可以避免主通道異常造成數(shù)據(jù)無(wú)法傳輸問(wèn)題，同時(shí)也可以在兩條通道中自由切換，當(dāng)兩條通道均能夠正常使用時(shí)，則系統(tǒng)會(huì)根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，如果主通道數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量較低，則會(huì)通過(guò)備用通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，用戶自身也可以采取手動(dòng)方式切換通道。并且，監(jiān)視數(shù)據(jù)比選單元還具備時(shí)間戳處理功能。

2.2多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合模塊

監(jiān)視數(shù)據(jù)處理服務(wù)器是多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合模塊的核心設(shè)備，主要功能為對(duì)空中交通態(tài)勢(shì)進(jìn)行快速、精準(zhǔn)、連續(xù)處理，包括監(jiān)視數(shù)據(jù)的采集和處理、飛行計(jì)劃擬定、多雷達(dá)數(shù)據(jù)處理、ADS數(shù)據(jù)跟蹤等，并將處理結(jié)果傳輸至監(jiān)視數(shù)據(jù)顯示單元和安全警告服務(wù)器。數(shù)據(jù)的識(shí)別分四步完成，分為目標(biāo)報(bào)告接受、目標(biāo)數(shù)據(jù)過(guò)濾、數(shù)據(jù)傳輸格式轉(zhuǎn)換、子功能分配。以多雷達(dá)航跡跟蹤器為例，為方便坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換與統(tǒng)一，并過(guò)濾目標(biāo)數(shù)據(jù)，主要對(duì)點(diǎn)跡或報(bào)告進(jìn)行處理，其他類(lèi)型數(shù)據(jù)的處理則在此之前完成。如果需要時(shí)刻了解飛機(jī)的水平位置，則多雷達(dá)航跡跟蹤器會(huì)先運(yùn)用交互式多模型過(guò)濾數(shù)據(jù)，完成點(diǎn)跡或報(bào)告的處理，更新與航跡之間的關(guān)聯(lián)，得到水平方向上各項(xiàng)數(shù)據(jù)，包括速度、位置等。而對(duì)于高度和垂直速度等垂直方向上的數(shù)據(jù)，會(huì)借助卡爾曼濾波和垂直機(jī)動(dòng)決策算法運(yùn)算得到。利用多個(gè)監(jiān)視源掌握飛機(jī)的飛行動(dòng)態(tài)，可以利用采集到的數(shù)據(jù)，對(duì)多雷達(dá)航跡進(jìn)行計(jì)算和預(yù)測(cè)，保證了結(jié)果的精準(zhǔn)性。當(dāng)多個(gè)ADS-B地面站同時(shí)監(jiān)視一架飛機(jī)時(shí)，所得數(shù)據(jù)仍然可以作為單一數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，由此可見(jiàn)，空管自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理，不會(huì)因ADS-B系統(tǒng)的不同而受到影響。利用多雷達(dá)航跡跟蹤器，可以通過(guò)多種監(jiān)視對(duì)飛機(jī)航跡進(jìn)行跟蹤，進(jìn)而完成航跡的初始化、維持、更新以及取消等各項(xiàng)操作指令。此次研究所用INDRA系統(tǒng)，是按照4s的固定頻率更新航跡的，其變化是連續(xù)的，且呈明顯周期性特點(diǎn)。對(duì)于同一航班的系統(tǒng)航跡來(lái)講，當(dāng)變化周期不少于兩個(gè)，且航班號(hào)、位置及監(jiān)視源等關(guān)鍵參數(shù)均滿足要求時(shí)，可合并為一個(gè)單系統(tǒng)航跡。當(dāng)前監(jiān)視數(shù)據(jù)處理服務(wù)器的研究方向，主要為廣播式空中交通信息服務(wù)，以及滿足GPS需求的警告信息的處理和顯示，與飛機(jī)導(dǎo)航的精準(zhǔn)性存在密切聯(lián)系[3]。

2.3飛行計(jì)劃處理模塊

飛行計(jì)劃處理模塊主要由飛行計(jì)劃處理器組成，報(bào)文生成及計(jì)劃擬定都是在該模塊完成，具備自動(dòng)識(shí)別與數(shù)據(jù)采集、航班識(shí)別、飛行計(jì)劃與系統(tǒng)航跡的相關(guān)、飛行計(jì)劃相關(guān)操作等功能。對(duì)于飛行計(jì)劃與系統(tǒng)航跡的相關(guān)功能來(lái)講，需要考慮的到的因素包括航班號(hào)、航班24位地址碼、二次代碼、地理位置等，如果當(dāng)前和之前的二次代碼與地理位置相關(guān)時(shí)，則會(huì)更新飛行計(jì)劃，同時(shí)會(huì)以航班標(biāo)牌形式現(xiàn)實(shí)出來(lái)，另外也可以采用手動(dòng)輸入方式進(jìn)行相關(guān)。如果兩個(gè)系統(tǒng)航跡有著一致的二次代碼時(shí)，進(jìn)行相關(guān)時(shí)還需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，4D軌跡和系統(tǒng)航跡相同時(shí)完成相關(guān)，否則需要采取手動(dòng)方式。

2.4動(dòng)態(tài)顯示處理模塊

動(dòng)態(tài)顯示處理模塊，主要是借助空中交通態(tài)勢(shì)顯示器，更加直觀的將ADS-B系統(tǒng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給管制員，提供人機(jī)交互界面，同時(shí)還可以提供決策輔助，減輕管制員的工作負(fù)擔(dān)。Giant模塊所顯示的數(shù)據(jù)主要包括ADS能力和連接建立指示符、導(dǎo)航完整性控制指示符、CPDLC能力和連接建立指示符、下兩個(gè)航路點(diǎn)等，并在對(duì)應(yīng)的目標(biāo)航班標(biāo)標(biāo)牌上顯示出來(lái)。而對(duì)于帶有ADS-B信息的航跡，管制員能夠選擇使其與一個(gè)ADS-B位置報(bào)告關(guān)聯(lián)。

3.總結(jié)

ADS-B技術(shù)已經(jīng)成為了空管自動(dòng)化系統(tǒng)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，并且基于多雷達(dá)與ADS-B數(shù)據(jù)融合需求，該項(xiàng)技術(shù)將會(huì)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，可以解決地形復(fù)雜和海拔較高地區(qū)民航監(jiān)視技術(shù)難題。結(jié)合INDRA自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)ADS-B技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行探討，可以提供借鑒和指導(dǎo)，有利于其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的有效發(fā)揮，顯著提升了空管水平，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)民航事業(yè)發(fā)展意義重大。

參考文獻(xiàn)

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[2]余闐.淺析烏魯木齊空管中心ADS-B接入自動(dòng)化系統(tǒng)優(yōu)化與研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017，（31）：193-194.

[3]黃丹珺.ADS-B技術(shù)在INDRA空管自動(dòng)化系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2017，（1）：41-43.