ADS睟系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量研究

張彥偉

摘要：ADSB作為一種新型的監(jiān)視手段，正在被中國民航大規(guī)模的試驗(yàn)與應(yīng)用，為了配合航空管制人員的管制需求，加快ADSB技術(shù)的應(yīng)用，民航組織在制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備改裝、地面基站建設(shè)、技術(shù)論證與運(yùn)行試驗(yàn)等方面投入很多資源。在國家大力推進(jìn)ADSB實(shí)施的情況下，新疆地區(qū)先行，作為第一個(gè)將ADSB技術(shù)正式應(yīng)用于實(shí)際運(yùn)行中的地區(qū)。

ADSB數(shù)據(jù)質(zhì)量的優(yōu)劣會(huì)直接影響到監(jiān)視數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用，但影響其數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素又是多方面的，所以對(duì)ADSB數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行詳盡的分析評(píng)估就顯得十分重要。從ADSB基礎(chǔ)數(shù)據(jù)入手的針對(duì)1.4以上版本的監(jiān)視數(shù)據(jù)的進(jìn)行分析研究，對(duì)ADSB數(shù)據(jù)接入監(jiān)視系統(tǒng)有非常重要的意義。

關(guān)鍵詞：ADSB；數(shù)據(jù)；質(zhì)量分析

1 緒論

ADSB（AutomaticDependentSurveillanceBroadcast，廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視）是利用空一地、空一空數(shù)據(jù)通信完成交通監(jiān)視和信息傳遞的一種航行新技術(shù)。ADSB作為民航局空管局大力推廣應(yīng)用的新型監(jiān)視技術(shù)手段，在2017年取得了很大進(jìn)展。新疆作為全國首個(gè)以ADSB為空中交通管制監(jiān)視依據(jù)的地區(qū)，正式上線運(yùn)行。經(jīng)過幾年的測試性運(yùn)行在積累了一定的經(jīng)驗(yàn)之后，ADSB系統(tǒng)終于從幕后走到臺(tái)前，與此同時(shí)對(duì)ADSB數(shù)據(jù)的依賴性也大幅提升。新的環(huán)境、新的要求也是新的挑戰(zhàn)，對(duì)ADSB的數(shù)據(jù)質(zhì)量也提出了更高的要求。對(duì)ADSB數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行研究分析，把無效的、不可靠的數(shù)據(jù)隔離在監(jiān)視數(shù)據(jù)處理之外將大幅提高空中交通管制效率。

2 ADSB技術(shù)

2.1 技術(shù)簡介

ADSB技術(shù)是一種飛行器通過機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備獲得的飛行器飛性狀態(tài)數(shù)據(jù)（高度、速度、方位）等相關(guān)信息進(jìn)行解析后，按照國際民航組織確定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)格式組成報(bào)文，通過（地空、地地）數(shù)據(jù)鏈路，按照一定的發(fā)送規(guī)則進(jìn)行廣播式發(fā)送，ADSB可使用下列三種數(shù)據(jù)鏈：

VDL4（模式4甚高頻數(shù)據(jù)鏈）工作于VHF頻段（108～136.975MHz），單信道帶寬25khz；數(shù)據(jù)率19600bps，調(diào)制方式為GFSK。

UAT（通用訪問收發(fā)機(jī)）工作于單一寬帶信道，設(shè)計(jì)頻段為978MHz；數(shù)據(jù)率1Mbps調(diào)制方式為GFSK。

1090ES（S模式的基于異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)的1090ES數(shù)據(jù)鏈）工作于傳統(tǒng)二次雷達(dá)使用的1090Mhz頻段。數(shù)據(jù)率為1Mbps，調(diào)制方式為PPM。目前，1090ES數(shù)據(jù)鏈路應(yīng)用最廣。

ADSB地面站接收到飛行器發(fā)送的報(bào)文后進(jìn)行解析，然后通過多種數(shù)據(jù)傳輸鏈路（路由、衛(wèi)星、微波等），傳輸至ADSB數(shù)據(jù)站及數(shù)據(jù)中心進(jìn)行后續(xù)處理，發(fā)布給相關(guān)的用戶。

2.2 應(yīng)用現(xiàn)狀

中國民航在先后在成都至拉薩航線ADSB試驗(yàn)性運(yùn)行，將航路飛行間隔大幅降低；成都至九寨溝、中國南海海域開展了ADSB測試驗(yàn)證工程。民航在管制、傳輸、基站建設(shè)等方面取得了大量經(jīng)驗(yàn)，為ADSB的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。在國家大力推進(jìn)ADSB實(shí)施的政策引導(dǎo)下，新疆地區(qū)作為第一個(gè)將ADSB技術(shù)正式應(yīng)用于飛行服務(wù)的地區(qū)起到一個(gè)很好的帶頭作用，這使得ADSB技術(shù)的優(yōu)勢更加凸顯，必將會(huì)加快ADSB在全國的推廣。

3 ADSB數(shù)據(jù)質(zhì)量因素以及分析

ADSB是一種基于衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS、北斗等），并依賴于地面基站以及數(shù)據(jù)處理中心的監(jiān)視手段。決定ADSB監(jiān)視數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵因素，也主要來自信號(hào)傳播、地面基站數(shù)據(jù)傳輸以及數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)處理能力三個(gè)方面。

3.1 ADSB信號(hào)傳播

ADSB（OUT）主要工作在1090MHZ頻段，與二次雷達(dá)工作頻段相同。無線電信號(hào)可能會(huì)被干擾，主要包括同頻率干擾、鄰頻道干擾、帶外干擾、互調(diào)干擾和阻塞干擾等。干擾將導(dǎo)致性能下降，質(zhì)量惡化，信息誤差或者丟失，甚至阻斷了通信的進(jìn)行。

信號(hào)干擾主要來自周圍電磁環(huán)境，惡劣的電磁環(huán)境將直接影響到ADSB數(shù)據(jù)質(zhì)量。所以在ADSB基站選址之前要對(duì)周圍電磁環(huán)境進(jìn)行檢測，將周圍電磁環(huán)境不符合要求的待選地址排除。在ADSB基站建站之后，要對(duì)基站工作頻段進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常要及時(shí)排查。

3.2 ADSB數(shù)據(jù)傳輸

ADSB基站接受到飛行數(shù)據(jù)后，多采用私有（專用網(wǎng)）或者公有網(wǎng)絡(luò)（Internet）將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理中心。網(wǎng)路數(shù)據(jù)傳輸主要有三種通信傳輸模式單播、組播（多播）以及廣播。

單播是接收端與發(fā)送端之間的端到端連接。“端到端”指每個(gè)需要接受信息的用戶都從發(fā)送端接收遠(yuǎn)程流。僅當(dāng)用戶發(fā)出申請(qǐng)時(shí)，才發(fā)送數(shù)據(jù)流。組播簡而言之就是一對(duì)一組的通訊模式，即只有在相同組的用戶才可以接收到此組內(nèi)的所有數(shù)據(jù)，而在網(wǎng)絡(luò)傳輸中只向有需求的用戶復(fù)制并轉(zhuǎn)發(fā)其所需數(shù)據(jù)。這樣僅通過一次數(shù)據(jù)傳輸就可以將數(shù)據(jù)發(fā)送給多個(gè)有需要（加入組）的用戶，又能確保不在組中的用戶通訊不受到干擾。廣播可以理解為一對(duì)所有的通訊模式，在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中，網(wǎng)絡(luò)會(huì)對(duì)其中任何一個(gè)用戶發(fā)出的數(shù)據(jù)包都進(jìn)行直接轉(zhuǎn)發(fā)，所有在網(wǎng)用戶都不管你是否需要這個(gè)信息，你都會(huì)接收到這個(gè)信息。廣播不需要進(jìn)行路由選擇，所以其網(wǎng)絡(luò)成本十分低廉。

單播通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)每個(gè)用戶發(fā)送數(shù)據(jù)流，總流量=用戶數(shù)×用戶流量；在用戶多或者每個(gè)用戶都產(chǎn)生巨大流量的活動(dòng)中，網(wǎng)絡(luò)傳輸將無法支持龐大的數(shù)據(jù)流?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)帶寬是金字塔結(jié)構(gòu)，如果全部使用單播協(xié)議，將造成網(wǎng)絡(luò)主干不堪重負(fù)。

廣播就是網(wǎng)絡(luò)向網(wǎng)內(nèi)每一個(gè)用戶都同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)包，不論這些用戶是否需要這個(gè)數(shù)據(jù)包。如果僅僅通過路由器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制其傳輸，那么將極易產(chǎn)生廣播風(fēng)暴。廣播風(fēng)暴（broadcaststorm）簡單的講是指當(dāng)廣播數(shù)據(jù)擁塞整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并占用大量網(wǎng)絡(luò)帶寬，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)運(yùn)行緩慢，甚至徹底崩潰，這就發(fā)生了“廣播風(fēng)暴”。

組播從根本上解決了單播傳輸效率低以及廣播風(fēng)暴的問題。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的某些用戶需求某個(gè)或者某組數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)源只需要發(fā)送一次數(shù)據(jù)，組播便可以通過路由器并借助相關(guān)協(xié)議為數(shù)據(jù)包建立樹型路由，使信息在最恰當(dāng)?shù)姆种c(diǎn)才開始復(fù)制和分發(fā)，從而達(dá)到最優(yōu)的傳輸效果。

ADSB基站建設(shè)必定是大規(guī)模且成系統(tǒng)的，對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、可靠性以及穩(wěn)定性要求很高，所以做好詳細(xì)的IP地址規(guī)劃以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)是十分重要的。選擇組播為數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪Ｊ剑苡行岣邤?shù)據(jù)傳輸效率并能有效避免廣播風(fēng)暴，降低由傳輸鏈路帶來的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 ADSB數(shù)據(jù)處理

ADSB數(shù)據(jù)處理是ADSB為民航系統(tǒng)提供監(jiān)視服務(wù)的最后一關(guān)，從數(shù)據(jù)層面剔除異常的、無效的以及錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)將有效提高空管監(jiān)視系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。

首先，檢查ADSB數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)源項(xiàng)，提取其中的SAC和SIC，并和用戶規(guī)定的數(shù)據(jù)源表進(jìn)行比對(duì)，以檢查數(shù)據(jù)來源的合法性。

其次，數(shù)據(jù)處理時(shí)應(yīng)能對(duì)接收到的ADSB數(shù)據(jù)的完好性（NUC、NIC、NAC、SIL）作必要的檢查，能正確檢測并處理異常的ADSB數(shù)據(jù)。當(dāng)ADSB位置報(bào)告數(shù)據(jù)的精度指標(biāo)，NUC值低于5或者NIC低于6或者SIL低于2時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行隔離，根據(jù)需求確定是否將數(shù)據(jù)輸出。提取ADSB數(shù)據(jù)處理的各類時(shí)標(biāo)數(shù)據(jù)項(xiàng)，并根據(jù)時(shí)標(biāo)的類型進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證、傳輸延遲判定、位置或高度補(bǔ)償?shù)群侠淼膽?yīng)用。其系統(tǒng)處理時(shí)間延時(shí)應(yīng)控制在100毫秒以內(nèi)。當(dāng)時(shí)標(biāo)有效性超出用戶設(shè)定值時(shí)，相應(yīng)的ADSB數(shù)據(jù)應(yīng)予以丟棄處理，并通過預(yù)推算法補(bǔ)全航跡數(shù)據(jù)。其系統(tǒng)刷新率不應(yīng)低于相同環(huán)境下的航管雷達(dá)系統(tǒng)數(shù)據(jù)刷新率。

最后ADSB數(shù)據(jù)處理應(yīng)當(dāng)根據(jù)速度以及上升下降率相關(guān)數(shù)據(jù)，建立系統(tǒng)航跡模型并形成經(jīng)驗(yàn)曲線，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)曲線與ADSB數(shù)據(jù)進(jìn)行比較形成系統(tǒng)航跡，提高系統(tǒng)航跡精度。

4 小結(jié)

經(jīng)過近幾年的運(yùn)行測試總結(jié)運(yùn)行當(dāng)中暴露來的問題，不難發(fā)現(xiàn)ADSB系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量的高低主要取決于信號(hào)傳播、數(shù)據(jù)傳輸以及數(shù)據(jù)理能力三個(gè)方面。選擇適合建站場地；建立相對(duì)完善的網(wǎng)絡(luò)傳輸拓?fù)?；制定合理的?shù)據(jù)篩選規(guī)則才能有效提高ADSB數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈笑云，唐鵬，張思遠(yuǎn)，焦衛(wèi)東.ADSB統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的位置導(dǎo)航不確定類別質(zhì)量分析[J].航空學(xué)報(bào)，20171.

[2]張軍，劉偉，朱衍波.ADSB數(shù)據(jù)評(píng)估技術(shù)研究，ChineseJournalofAeronautics[J].20118.