自動化系統(tǒng)中ADS-B報文與數(shù)據(jù)引接分析

民航青海空管分局 馬安恒

引言：隨著航班量的迅猛增長，管制方式由雷達管制逐步向以衛(wèi)星導(dǎo)航為基礎(chǔ)的新航行系統(tǒng)過渡。ADS-B技術(shù)在新航行系統(tǒng)中以高精度、高更新率為空管自動化系統(tǒng)提供了雷達數(shù)據(jù)的更好補充，更為洋區(qū)、極地航路、山區(qū)等地勢復(fù)雜地區(qū)提供了類雷達數(shù)據(jù)，有效的實現(xiàn)了飛行數(shù)據(jù)的可靠性、連續(xù)性、與準確性。

本文在對ADS-B技術(shù)原理分析的基礎(chǔ)上，進行其報文數(shù)據(jù)分析解析，并對在空管自動化中實現(xiàn)該數(shù)據(jù)的多雷達融合的數(shù)據(jù)進行評估，針對當前ADS-B數(shù)據(jù)與自動化系統(tǒng)對接的實現(xiàn)接入方式進行了探討；從而實現(xiàn)對目標飛機的高精度實時監(jiān)視中的應(yīng)用，為該系統(tǒng)進行深度研究提供了相關(guān)參考。

一、空管自動化系統(tǒng)技術(shù)原理

空管自動化系統(tǒng)是民航空管部門實施管制指揮的核心系統(tǒng)，通過處理雷達、ADS-B、多點定位、場面監(jiān)視等監(jiān)視數(shù)據(jù)，為管制員提供各種飛行沖突、飛行動態(tài)顯示和各種異常的告警，通過動態(tài)電報與監(jiān)視數(shù)據(jù)相關(guān)處理、處理飛行計劃，使得管制員跟蹤、判斷機場場面動目標位置和空中航空器，獲取監(jiān)視目標識別信息,航空器意圖和飛行軌跡、航空器監(jiān)視機場場面運行態(tài)勢和間隔，提高空中交通安全的保障能力。對不同類型的監(jiān)視采用不同的手段監(jiān)視，ADS-B是空中交通監(jiān)視應(yīng)用的一種，用于傳遞飛行參數(shù)，比如，位置，航跡和地速等，通過數(shù)據(jù)鏈廣播模式，在特定的間隔時間內(nèi)發(fā)送，任何空地用戶都可以申請使用這個功能。

利用機載ADS-B導(dǎo)航系統(tǒng)得到航空器的速度位置等精確信息，周期性地廣播航空器的呼號、位置、高度、速度和其他一些參數(shù)。地空數(shù)據(jù)鏈將這些信息傳輸至地面站，管制中心接收經(jīng)過處理后的相關(guān)數(shù)據(jù)從而進行地空監(jiān)視；具有接收ADS-B信息能力的航空器也可以通過機載電子設(shè)備接收附件航空器的ADS-B廣播信息，實現(xiàn)空空監(jiān)視。ADS-B地面站將接收的信號轉(zhuǎn)換為標準的CAT021目標報告輸出目標報告經(jīng)過路由傳輸、分發(fā)、信號轉(zhuǎn)換傳輸至ADS-C（FANS1/A）、空管自動化（ATC）系統(tǒng)目標報告、雷達數(shù)據(jù)融合，在顯示系統(tǒng)中以位置符號的形式跟蹤監(jiān)視飛行。

二、ADS-B工作原理及報文解析

將主要來自GNSS和其他導(dǎo)航系統(tǒng)的ADS-B信息，以一定的周期通過機載發(fā)射機發(fā)送航空器的各種信息，包括：航空器速度、識別信息（ID）、方向、高度、位置和爬升率等。GNSS系統(tǒng)是ADS-B發(fā)送的航空器水平位置信號源，氣壓高度表是高度的信號源。機載設(shè)備發(fā)送的ADS-B 機載發(fā)射機信息通過地面站進行接收，類似于雷達的作用進行監(jiān)視空中交通狀況。

ADS-B的信息傳輸?shù)阶詣踊到y(tǒng)，傳輸信息的格式是ASTERIX CAT 21，采用1090ES數(shù)據(jù)鏈，其民航廣播報文的數(shù)據(jù)格式是DF17和DF18。導(dǎo)航系統(tǒng)精度和延遲時間是確定ADS-B的監(jiān)視精度的兩個重要因素。對于符合DO-303/ED-126中規(guī)定的ADS-B監(jiān)視數(shù)據(jù)最低發(fā)送要求的內(nèi)容應(yīng)包括：水平位置，水平位置完好性，唯一的24位ICAO航空器地址碼，航空器識別碼，特殊位置識別碼，氣壓高度，應(yīng)急狀態(tài)和應(yīng)急指示與版本號。ADS-B報文解析框架如圖1所示。

圖1 ADS-B報文解析框架

ADS-B報文數(shù)據(jù)項以及其組成序列在歐控監(jiān)視數(shù)據(jù)交換標準文檔進行了明確的規(guī)定，并詳細描述各個數(shù)據(jù)項的數(shù)據(jù)內(nèi)容以及適用范圍等。Cat021報文數(shù)據(jù)包組成含有包類型、長度、字段描述符合一系列數(shù)據(jù)項，它是由十六進制數(shù)據(jù)串組成。報文解析示例：15 00 2F D1 19 21 59 01 18 FF D5 FE FF 78 09 00 1A 3A 02 00 00 7F 90 02 64 0F 80 01 99 40 33 0F C8 30 09 99 00 00 00 00 00 00 00 以上數(shù)據(jù)均以十六進制方式顯示。部分字段解析：15:報文幀頭，固定為15；00 2F：報文長度 LEN由兩個字節(jié)組成報文數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)；該報文長度為0x00*256+0x2F=0x2F =47個字節(jié)；D1 19 63 41 01 18:FSPEC字段，該字段可變，為 Asterix Category 021。

三、ADS-B數(shù)據(jù)信息評估與引接

對丟失數(shù)據(jù)進行預(yù)測、插補以及錯誤數(shù)據(jù)進行修正是ADS-B信息處理的關(guān)鍵。其最終形成好的航跡，主要內(nèi)容有數(shù)據(jù)處理及其算法，位置信息的提取。飛機的離散位置報告點連接形成飛機的運行軌跡。而ADS信息處理的核心就是航跡處理。

1、ADS-B數(shù)據(jù)信息評估

監(jiān)視處理子系統(tǒng)在自動化系統(tǒng)中可對多種信號源數(shù)據(jù)預(yù)處理，航跡融合處理，但是由于位置格式不同，時間不同，監(jiān)視精度、更新率等不同，在管制席位屏幕上同時顯示時，飛機點跡會出現(xiàn)不同，同一目標甚至出現(xiàn)不同的航跡。因此在監(jiān)視處理子系統(tǒng)中首先要對數(shù)據(jù)進行時基校準、格式轉(zhuǎn)換、坐標變換，將多個信號源的數(shù)據(jù)變換為統(tǒng)一的坐標系下。之后通過航跡非初始化區(qū)域處理，航跡關(guān)聯(lián)、跟蹤、融合，高度跟蹤及突變處理，QNH修正等處理，從而生產(chǎn)平滑、可靠的目標航跡提供給管制人員使用。圖2為ADS-B數(shù)據(jù)可靠性評估。

2、ADS-B數(shù)據(jù)引接方案

由于現(xiàn)在各地空管自動化系統(tǒng)型號種類多、跨度大，地面站輸出的數(shù)據(jù)格式和自動化系統(tǒng)的處理機制或融合算法不匹配的情況下，數(shù)據(jù)站可以自動化系統(tǒng)支持的ASTERIX CAT021等接口類型提供數(shù)據(jù)服務(wù)，接入方式根據(jù)自動化的情況可做選擇以ADS-B數(shù)據(jù)格式的同步方式引接或以ADS-B數(shù)據(jù)格式的IP方式引接。

圖2 ADS-B可靠性評估

針對自動化系統(tǒng)處理版本不同的ADS-B數(shù)據(jù)時有不同版本數(shù)據(jù)的輸出，而由于自動化系統(tǒng)中處理ADS-B監(jiān)視數(shù)據(jù)的系統(tǒng)以同步方式接入，將ADS-B監(jiān)視數(shù)據(jù)輸出直接接入到自動化系統(tǒng)，因此，可以按照不同版本的數(shù)據(jù)格式、同步輸入（或IP輸入）的方式接入自動化系統(tǒng)中，接入結(jié)構(gòu)圖如3所示。

以HDLC同步方式引接ADS-B數(shù)據(jù)，使得ADS-B二級數(shù)據(jù)中心與數(shù)據(jù)站之間的連接從鏈路上斷開，對自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全進行了保證；而以IP方式引接，需要考慮利用防火墻進行網(wǎng)絡(luò)的隔離，對自動化系統(tǒng)進行網(wǎng)絡(luò)安全保證；同時此兩種方式具有最大傳輸速率限制，有效防止了網(wǎng)絡(luò)風暴。

圖3 HDLC方式（黑色）或IP方式（紅色）引接

四、結(jié)束語

隨著空管新技術(shù)的日益完善和成熟，ADS-B以其基礎(chǔ)投入低、數(shù)據(jù)精度高、刷新率快等優(yōu)點，在場區(qū)、洋區(qū)、極地航路等區(qū)域廣泛使用；目前，我國ADS-B建設(shè)尚在進行之中，相應(yīng)ADS-B管制規(guī)章尚在制定完善之中，因此，在引接應(yīng)用中需要盡快完善相應(yīng)管制規(guī)章，并針對自動化配置情況，要求ADS-B的數(shù)據(jù)必須具備可選的多數(shù)據(jù)格式；同時對自動化系統(tǒng)進行升級以支持ADS-B數(shù)據(jù)的融合處理，以可靠的接入方式引接，從而達到無縫對接；未來以PBN、PBCS、多雷達、ADS-B、多點定位等技術(shù)相融合的自動化系統(tǒng)將極大的提高空管監(jiān)視水平，為管制部門提供更加實時可靠的技術(shù)保障。