UAT和1090ES兩種數(shù)據(jù)鏈模式的ADS-B綜合監(jiān)視系統(tǒng)

周亞洲

摘要： 目前，我國ADS-B系統(tǒng)的現(xiàn)狀是UAT和1090ES兩種模式共存，而多模式ADS-B綜合監(jiān)視系統(tǒng)能夠在降低費(fèi)用的前提下較好的實(shí)現(xiàn)兩種數(shù)據(jù)鏈模式的ADS-B共存和兼容。本文通過梳理UAT和1090ES兩種數(shù)據(jù)鏈模式的ADS-B特點(diǎn)，結(jié)合ADS-B綜合監(jiān)視系統(tǒng)實(shí)際設(shè)備，研究分析其地面站的組成和工作的信號流程，總結(jié)多模式ADS-B綜合監(jiān)視系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： ADS-B ;數(shù)據(jù)鏈;地面站;融合

中圖分類號： V355.1?? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A?? ?文章編號： 1672-9129（2018）09-0072-02

Abstract： ?at present， the current situation of ads-b system in China is that the two modes of UAT and 1090ES coexist， while the multi-mode ads-b comprehensive monitoring system can achieve better co-existence and compatibility of the two data chain modes under the premise of reducing costs. In this paper， ads-b features of both UAT and 1090ES data chain modes are analyzed by combing the actual equipment of the ads-b comprehensive monitoring system， and the composition and working signal flow of the ground station are studied and analyzed， and the technical features of the multi-mode ads-b comprehensive monitoring system are summarized.

Keywords： ads-b;Data link;Earth station. The fusion

1 概述

ADS-B（Automatic Dependent Surveillance-Broadcasting）即廣播式自動相關(guān)監(jiān)視，是一種新型的利用地空、空空數(shù)據(jù)鏈通信，基于星基導(dǎo)航和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）提供精確定位信息的航行器運(yùn)行監(jiān)視技術(shù)。目前，國際民航組織（ICAO）已將ADS-B定為監(jiān)視技術(shù)未來發(fā)展的重要方向，包括我國在內(nèi)的國際民航界都在積極推進(jìn)該技術(shù)的應(yīng)用。

2 ADS-B的基本原理

2.1 ADS-B系統(tǒng)的功能。廣播式自動相關(guān)監(jiān)視，是航空器或者在飛行區(qū)運(yùn)行的機(jī)動車定期自動發(fā)送其動態(tài)向量和其他信息的一種功能。根據(jù)其信息相對于航空器的傳遞方向，可分為發(fā)送（OUT）和接收（IN）兩種應(yīng)用功能。OUT功能是指航空器機(jī)載發(fā)射機(jī)定期發(fā)送其根據(jù)球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）、 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS） 、 慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)（IRS）、飛行管理器及其它機(jī)載傳感器獲得的該航空器飛行參數(shù)。IN功能是指航空器接收地面服務(wù)設(shè)備或其他航空器OUT的信息，使機(jī)組在交通信息顯示設(shè)備（CDTI）上看到周邊其他航空器的運(yùn)行狀態(tài)，為機(jī)組提供運(yùn)行支持，提高了機(jī)組的空中交通情景意識。

2.2 ADS-B數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)。ADS-B的發(fā)送和接收功能都是基于數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)，而選擇的數(shù)據(jù)鏈應(yīng)具備速度快、信道容量大且具有廣播模式等功能特點(diǎn)。目前有三種數(shù)據(jù)鏈可供選擇使用：通用訪問收發(fā)信機(jī)模式（UAT）、S 模式基于二次雷達(dá)收發(fā)機(jī)的擴(kuò)展報文模式（1090ES）以及模式4甚高頻數(shù)據(jù)鏈（VDL-4）。

3 UAT和1090ES兩種模式現(xiàn)狀

由于目前1090ES在SSR、TCAS等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，技術(shù)比較成熟，而航空器可以利用現(xiàn)有的S模式應(yīng)答機(jī)進(jìn)行改裝升級后，使其具備ADS-B功能，所以在運(yùn)輸航空中得到極大發(fā)展。但是因為1090ES要支持二次雷達(dá)（SSR）、多點(diǎn)定位系統(tǒng)（MDL）、防相撞系統(tǒng)（TCAS）等業(yè)務(wù)，所以該鏈路較為擁擠。而UAT主要用于低空空域管理和通用航空監(jiān)視。通航飛行是全球航空活動中的重要組成部分，以中國民用航空飛行學(xué)院為例，該學(xué)院每年有近30萬小時的飛行訓(xùn)練任務(wù)，要完成那么大的訓(xùn)練量非常需要實(shí)時動態(tài)的信息服務(wù)，但其擁有的約300架各類教練機(jī)安裝的基本都是A/C模式的應(yīng)答機(jī)，如果使用1090ES模式ADS-B系統(tǒng)，需要投入極大的人力和財力進(jìn)行改裝，顯然不太現(xiàn)實(shí)。這樣，由于UAT模式的ADS-B系統(tǒng)機(jī)載設(shè)備簡單，費(fèi)用較為低廉，所以通用航空領(lǐng)域的飛機(jī)大都選擇了UAT模式。

4 多模式ADS-B綜合監(jiān)視系統(tǒng)的構(gòu)建

由于目前空中交通情報服務(wù)廣播（TIS-B）和飛行信息服務(wù)廣播（FIS-B）的應(yīng)用尚在研發(fā)中，所以暫不考慮ADS-B IN的相關(guān)功能。ADS-B綜合監(jiān)視系統(tǒng)主要由機(jī)載設(shè)備和地面站兩部分組成，本文主要介紹地面站的建設(shè)。

L波段射頻天線：這是一根能夠接收航空器發(fā)送UAT和1090ES數(shù)據(jù)鏈格式數(shù)據(jù)的天線，通過饋線將數(shù)據(jù)傳送到功分器。

GPS衛(wèi)星接收天線：用于保障時間一致性和位置校準(zhǔn)，在顯示終端上基站所顯示的位置就是GPS天線的坐標(biāo)。該天線的坐標(biāo)可以在GPS定位出現(xiàn)偏差時為系統(tǒng)提供位置基準(zhǔn)。

浪涌保護(hù)器等避雷組件：防止ADS-B系統(tǒng)地面基站部分遭遇雷擊或過大電流對系統(tǒng)重要部件的損壞。

功分器：將天線接收的信號能量分成兩路分別傳送到UAT和1090ES的GBT上。

地面收發(fā)信機(jī)： GBT是地面站的核心組成，通過其內(nèi)置的處理器將接收到的數(shù)據(jù)鏈路報文進(jìn)行處理，將報文轉(zhuǎn)換成能夠在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)腢DP協(xié)議數(shù)據(jù)包，然后通過標(biāo)準(zhǔn)的RJ45網(wǎng)絡(luò)接口傳輸?shù)接嬎銠C(jī)網(wǎng)絡(luò)上。由于UAT和1090ES兩種數(shù)據(jù)鏈的不兼容，所以通過UAT 數(shù)據(jù)鏈基站處理安裝有UAT 系統(tǒng)飛機(jī)發(fā)送的報文，通過1090ES 數(shù)據(jù)鏈基站處理安裝有1090ES 系統(tǒng)飛機(jī)發(fā)送的報文。

中心服務(wù)器：中心服務(wù)器上裝有ADS-B服務(wù)器軟件，但在這上邊并不存放ADS-B動態(tài)數(shù)據(jù)，僅僅起到用戶認(rèn)證和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的作用，所以無需對服務(wù)器做過多維護(hù)工作，降低了維護(hù)難度。

網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)：網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)A在GBT和中心服務(wù)器之間，兩臺GBT分別通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)將處理后的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行姆?wù)器上。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)B將中心服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)直接傳送到各顯示終端，或通過光纖收發(fā)器及無線網(wǎng)橋?qū)?shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)處顯示終端。通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)B也可以與其他地區(qū)的服務(wù)器連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，擴(kuò)大監(jiān)視范圍。

顯示終端計算機(jī)：ADS-B綜合系統(tǒng)顯示終端不需要特殊的設(shè)備，只要在普通的PC機(jī)上安裝ADS-B客戶端軟件即可使用。顯示終端上的客戶端軟件負(fù)責(zé)對來自數(shù)據(jù)交換機(jī)B的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并將這些信息匯總?cè)诤限D(zhuǎn)換為地圖上的圖標(biāo)顯現(xiàn)出來，讓用戶更加直觀的看到飛機(jī)的動態(tài)，而且會自動記錄保存飛行數(shù)據(jù)到本機(jī)硬盤上，方便日后調(diào)取查看數(shù)據(jù)。

綜上所述，多模式ADS-B綜合監(jiān)視系統(tǒng)所需設(shè)備與普通的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)區(qū)別不大，除了GBT和天線是ADS-B系統(tǒng)專用的設(shè)備外，其他設(shè)備在市面上都很容易購得，所以這也是ADS-B系統(tǒng)建設(shè)成本較低的原因。由于GBT的設(shè)計又是免維護(hù)的，而該系統(tǒng)中服務(wù)器的維護(hù)難度不高，顯示終端的維護(hù)與普通PC機(jī)和軟件的維護(hù)并無太大差異，只需擁有普通的計算機(jī)知識和操作技能就能夠勝任對ADS-B 系統(tǒng)地面站的日常維護(hù)。