ADS-B技術(shù)分析和應(yīng)用

呼延帥斌

摘要：隨著近些年民航大力的發(fā)展，ADS-B技術(shù)也在發(fā)展中起著越來越重要的作用，本文針對ADS-B在民航的一些技術(shù)和應(yīng)用展開了分析。

關(guān)鍵詞：ADS-B 1090ES;數(shù)據(jù)鏈;DF17

中圖分類號(hào)：V355.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）04-0109-01

0 引言

近些年來，隨著民航的大力發(fā)展，相對于傳統(tǒng)的二次雷達(dá)等一些監(jiān)視手段已經(jīng)不能滿足日益發(fā)展的趨勢，而新技術(shù)的引入，也能極大的促進(jìn)對于空中監(jiān)視水平的進(jìn)步，中國民航為了探索新航行系統(tǒng)發(fā)展之路，北京、上海、廣州三大區(qū)域管制中心建成，為其配套的空管自動(dòng)化系統(tǒng)都具備了處理ADS-B信號(hào)的能力，并先后發(fā)布了相關(guān)的規(guī)范《廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）在飛行運(yùn)行中的應(yīng)用》《廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）管制運(yùn)行規(guī)程》《1090兆赫擴(kuò)展電文廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視地面站（接收）設(shè)備技術(shù)要求》[1]等相關(guān)的規(guī)范和指導(dǎo)意見，為ADS-B的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 ADS-B數(shù)據(jù)鏈技術(shù)

ADS-B有三種數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，分別是1090ES、VDL-4、UAT，1090ES數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的工作頻率是1090MHz，采用的是脈沖調(diào)制，接入采用的是單通道、隨機(jī)接入的方式，因?yàn)橐彩腔?090MHz的數(shù)據(jù)鏈，所以可以在傳統(tǒng)的S模式應(yīng)答機(jī)上適當(dāng)?shù)纳壘涂梢詰?yīng)用，相對的成本也會(huì)更低。VDL-4是108MHz-137MHz，采用GFSK調(diào)制，接入采用的是分時(shí)接入方式，UAT是978MHz，采用2CPFSK調(diào)制，接入方式為單通道分時(shí)接入。三種數(shù)據(jù)鏈均可以實(shí)現(xiàn)對ADS-B的支持，由于1090ES數(shù)據(jù)鏈的便利性，1090ES的性能雖然并不優(yōu)于其它兩種數(shù)據(jù)鏈，但是同樣可滿足ADS-B初期要求，與此同時(shí)，在其它非技術(shù)要素的對比中它還具有以下的優(yōu)勢，即它是唯一實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的ICAO鏈路技術(shù)，再加上投入資金相對較少（后期升級成本低，而不用在安裝新設(shè)備），所以ICAO推薦采用1090MHzS模式擴(kuò)展型自發(fā)報(bào)文（1090ES）數(shù)據(jù)鏈。

2 1090ES數(shù)據(jù)鏈的重要性能和內(nèi)容參數(shù)

1090ES的傳輸比特率為1M/S，編碼方式為PPM，一般發(fā)射機(jī)（應(yīng)答機(jī)）的功率在51dBm-57dBm，消息長度為112bit，下發(fā)的信息格式采用的是S模式類似的格式，而主要是通過ME字段域（第33-88位）去進(jìn)行消息的傳輸，信息主要是DF17、DF18、DF19，其中DF=17格式用于S模式應(yīng)答機(jī)發(fā)射的ADS-B消息，DF=18格式用于非S模式應(yīng)答機(jī)發(fā)射的ADS-B消息或TIS-B，DF=19為軍用格式，而民航飛機(jī)大部分都是采用的DF17進(jìn)行消息的傳輸。其中DF17可以下發(fā)的消息分幾個(gè)大類：狀態(tài)矢量（三維位置、三維速度、飛機(jī)轉(zhuǎn)向標(biāo)示、導(dǎo)航不確定度分類等）、狀態(tài)和意圖信息（緊急/優(yōu)先級狀態(tài)、當(dāng)前意圖信息、航路意圖信息）、分類號(hào)、其它種類信息。下面重點(diǎn)針對常用的幾個(gè)消息進(jìn)行分析：

（1）空中位置消息，空中位置消息廣播速率為與上次空中位置廣播間隔為0.4s～0.6s范圍內(nèi)隨機(jī)分布，空中位置消息的第1-5位為類型（如DF17就是轉(zhuǎn)換十進(jìn)制17），第6-7位為監(jiān)視狀態(tài)消息，第8位為單/雙天線，第9-20位是飛機(jī)高度信息，第21位為時(shí)間對準(zhǔn)信息（注意只有1位，而不是具體的時(shí)間），第22位為CPR格式，第55-71位為飛機(jī)所在的緯度消息，第72-88位為飛機(jī)所在的經(jīng)度消息。

（2）地面位置消息，ADS-B地面位置消息廣播分為高/低兩種速率，高速率是指本次地面位置消息廣播與上次地面位置信息廣播間隔在0.4s～0.6s范圍內(nèi)隨機(jī)分布;低速率是指本次地面位置消息廣播為與上次地面位置信息廣播間隔在4.8s～5.2s范圍內(nèi)隨機(jī)分布，如果不設(shè)置，默認(rèn)是高速率。地面位置消息的第1-5位為類型，第6-12位為運(yùn)動(dòng)能力，第13位為地面狀態(tài)位指示（說明飛機(jī)是否處于地面狀態(tài)還是非地面狀態(tài)），第14-20位為飛機(jī)的飛行方向/地面航跡，第21位為時(shí)間消息，第22位CPR格式，第23-39位為飛機(jī)所在的緯度消息，第48-56位為飛機(jī)所在的經(jīng)度。其中上面兩種消息，空中位置消息的精度大約為5m，地面位置消息的精度大約為1.25m。

（3）空速消息，本次空速消息廣播與上次空速消息廣播間隔在0.4s～0.6s范圍內(nèi)隨機(jī)分布，空速消息的第1-5位為類型，6-8位為子類型，第9位為飛機(jī)意向是否改變標(biāo)志，第10位為IFR能力標(biāo)志，第11-13位為NACv速度精度指示位，第14位為飛行方向狀態(tài)位，第15-24位為飛行方向，第25位為空速類型，第26位為空速，第36位為垂直率源，第37位為垂直速率單位，第38-46為垂直速率，第47-48位為保留，第49位為氣壓高度差單位，第50-56位為氣壓高度差數(shù)值。

3 ADS-B報(bào)文

針對ADS-B所傳送的可監(jiān)視信息類型不同，可將ADS-B報(bào)告分為三類，分別是狀態(tài)矢量報(bào)文（SV）、模式狀態(tài)報(bào)文（MS）、條件報(bào)告（OC），而民航常用的是采用CAT021格式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，在MT/H 4036-2012中規(guī)定ADS-B地面站輸出的目標(biāo)數(shù)據(jù)格式和內(nèi)容應(yīng)該符合ASTERIX Category 021（CAT021）要求。隨著ADS-B技術(shù)的進(jìn)步，也出現(xiàn)了不同的版本號(hào)，其中常用的為0.26版本、1.4版本、1.5版本和2.1版本，而各個(gè)版本的傳輸項(xiàng)和定義也有些區(qū)別，下面就針對最基本的0.26版本針對不同項(xiàng)進(jìn)行解析。首先每個(gè)CAT021報(bào)文在去除報(bào)頭和報(bào)尾后的正文中第1個(gè)字節(jié)為類型（CAT），一般轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制就是21（說明是021報(bào)文），第2-3個(gè)字節(jié)為報(bào)文的長度（LEN），根據(jù)整個(gè)報(bào)文的長度不同而定義其數(shù)值，后面根據(jù)FSPEC和UAP表去定義其具體每一項(xiàng)的具體內(nèi)容。在內(nèi)容里第一項(xiàng)I021/010為數(shù)據(jù)源標(biāo)識(shí)，也就是SAC/SIC碼，每個(gè)地面站根據(jù)位置的不同而分配了不同的碼，便于后期的管理和用戶的識(shí)別，I021/020為發(fā)射體類型，主要描述的是發(fā)射的飛機(jī)種類還是車輛，I021/030、I021/032為日時(shí)間（所報(bào)告位置的星歷基準(zhǔn)時(shí)間），其中032比030的精確度更高，I021/040是目標(biāo)報(bào)告描述，說明是測試還是應(yīng)答機(jī)還是地面車輛等，I021/080為目標(biāo)的S模式地址，I021/090為品質(zhì)因數(shù)NUCp，I021/095為速度精度NUCv，021/110為預(yù)定軌跡，I021/130為在WGS-84坐標(biāo)中的位置（經(jīng)緯度），I021/140為幾何高度，這個(gè)數(shù)值是通過WGS信息下發(fā)的，I021/145為大氣壓高度，這個(gè)是飛機(jī)的高度氣壓表下發(fā)的，I021/146為選定高度，I021/150為計(jì)算的空速，I021/151為真實(shí)的空速，I021/152為飛機(jī)磁航向，I021/155為大氣壓下的垂直速率，I021/157為WGS下的垂直速率I021/160為飛機(jī)在地面上的速度，I021/165為轉(zhuǎn)向速率，I021/170為飛機(jī)航班號(hào)，I021/200為目標(biāo)的狀態(tài)，比如SPI、緊急代碼都在這里標(biāo)識(shí)，I021/210為MOPS標(biāo)識(shí)，這個(gè)是精度的表征，數(shù)值越大表示精度越好，I021/220為氣象報(bào)告，I021/230為側(cè)滾角。

4 結(jié)語

隨著ADS-B的深入發(fā)展，也需要我們空管技術(shù)人員不斷的去探索新的技術(shù)，將ADS-B技術(shù)和傳統(tǒng)雷達(dá)監(jiān)視相結(jié)合，大力推廣新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] MH-T 4036-2012.1090MHz擴(kuò)展電文廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視地面站（接收）設(shè)備技術(shù)要求[S].