淺析ADS-B地面接收器的構(gòu)建

摘 要 ADS-B是空管系統(tǒng)中監(jiān)視的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文著重分析了構(gòu)建基于1090ES鏈路的ADS-B地面接收器所需要研究的各部分，并在分析各部分后實(shí)際通過開源的軟硬件解決方案構(gòu)建一個(gè)ADS-B數(shù)據(jù)接收器實(shí)例。

關(guān)鍵詞 廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視;地面接收器;解決方案

引言

隨著民航空管技術(shù)飛速發(fā)展，出現(xiàn)了一種新的監(jiān)視技術(shù)——廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B， Automatic Dependent Surveillance-Broadcast的縮寫），它使用了已廣泛應(yīng)用的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS， Global Navigation Satellite System的縮寫）。與雷達(dá)監(jiān)視技術(shù)相比，ADS-B監(jiān)視技術(shù)不僅提供更高精度的數(shù)據(jù)，而且具有更快的數(shù)據(jù)更新率等特點(diǎn)。

1現(xiàn)狀分析與研究意義

ADS-B作為空管系統(tǒng)中監(jiān)視的關(guān)鍵技術(shù)之一[1]，使空管人員可以在計(jì)算機(jī)屏幕上完成對(duì)航空器的監(jiān)視。如今ADS-B技術(shù)的研究是民航技術(shù)工作研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

基于1090ES鏈路的ADS-B地面站指所有接收和處理ADS-B數(shù)據(jù)（1090擴(kuò)展斷續(xù)振蕩器報(bào)文），并且可以將該報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)到空管部門（ATC），最終顯示在終端界面，為使用者提供航空器飛行信息的監(jiān)視功能[2]，因此對(duì)ADS-B技術(shù)的研究有著很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

市場(chǎng)上雖有的多種地面接收系統(tǒng)，但由于市場(chǎng)的技術(shù)保密等原因，對(duì)于地面接收器研制與構(gòu)建的闡述寥寥無幾，并且多以理論介紹為主。鑒于此，本文將分析基于1090ES鏈路ASD-B地面接收器的各個(gè)部件，在文章的最后介紹實(shí)際使用開源軟硬件解決方案搭建一個(gè)地面站接收系統(tǒng)，希望能夠?yàn)橥瑯诱谘芯緼DS-B技術(shù)的人士提供幫助[3]。

2ADS-B地面接收器部件

ADS-B地面接收器接收航空器以廣播的方式發(fā)送的3D信息[4]（經(jīng)度、緯度、高度）與其他信息（ICAO唯一地址碼、速度、是否轉(zhuǎn)彎、爬升和下降等）。本文分析的ADS-B地面接收器，接收S模式的擴(kuò)展斷續(xù)震蕩信號(hào)，然后將數(shù)據(jù)輸出到其他應(yīng)用設(shè)備，并且發(fā)送給ATC的信息應(yīng)該符合ASTERIX標(biāo)準(zhǔn)21類（專用于ADS-B報(bào)告信息），由于采用1090MHz ES數(shù)據(jù)鏈的S模式ADS-B下行鏈路頻率為1090MHz，所以接收消息的硬件部分由接收天線（1090MHz）和射頻信號(hào)接收裝置（射頻前端接收模塊和解碼芯片）組成。軟件部分由數(shù)據(jù)解碼模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊組成，可以將數(shù)據(jù)輸送至客戶端軟件進(jìn)行顯示。如圖1所示，ADS-B數(shù)據(jù)地面接收器的各部分組成。

2.1 硬件部分介紹

①1090M Hz接收天線。如圖1中所示，ADS-B信號(hào)屬于垂直極化方式，接收ADS-B的信號(hào)需要的是制作一根1090 MHz的垂直極化天線，具有大約130mm的長度，此長度是1090 MHz的信號(hào)的波長的一半，作為天線是一種電偶極子，并從各個(gè)方向接收信號(hào)。②射頻前端接收器。S模式的ADS-B斷續(xù)振蕩器，工作在1090 MHz的頻點(diǎn)上，射頻前端接收器需要對(duì)1090M Hz的射頻脈沖信號(hào)進(jìn)行接收，包括8μs的消息前導(dǎo)信號(hào)的接收和56（或112）比特消息數(shù)據(jù)塊的接收。③解碼芯片。S模式的數(shù)據(jù)鏈下行ADS-B數(shù)據(jù)采用脈沖位置編碼調(diào)制（Pulse Position Modulation，簡(jiǎn)稱 PPM），它是一種脈沖位置根據(jù)被調(diào)信號(hào)的變化而變化的調(diào)制方法。所以對(duì)解碼芯片的研究也是ADS-B接收機(jī)需要著重研究的部分。

2.2 軟件部分介紹

①ADS-B數(shù)據(jù)解碼模塊。S模式的應(yīng)答形式也有長短形式之分（56位和112位），末尾也有24位的奇偶校驗(yàn)碼。數(shù)據(jù)的解碼的軟件的解碼模塊是通過讀取2.1節(jié)中解碼芯片的解碼數(shù)據(jù)。下行鏈路位域（DF： DownlinkFormat）DF=11或者DF=17為5比特。設(shè)備能力標(biāo)識(shí)位域（CA： Capability ）為3比特，表示ADS-B系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的能力。ICAO地址位域（AA）為24比特，它是ICAO為每個(gè)航空器分配的全球唯一地址碼。奇偶校驗(yàn)位域（PI：Parity/Interrogator ID）為24比特。②ADS-B數(shù)據(jù)輸出模塊。將解碼模塊解碼的數(shù)據(jù)，以網(wǎng)絡(luò)或串口等方式輸出到其他應(yīng)用系統(tǒng)或者設(shè)備的客戶端分析或顯示。

3幾種構(gòu)建的解決方案

4結(jié)束語

本文分析了研制基于1090ES鏈路的ADS-B地面接收器所需要研究的組成部件，并在介紹各部分模塊作用后，通過分析多種解決方案，實(shí)際構(gòu)建一個(gè)ADS-B數(shù)據(jù)地面接收器的實(shí)例。

參考文獻(xiàn)

[1] 方音.S模式ADS-B系統(tǒng)[J].航空電子技術(shù)，1999，（4）：6-9.

[2] 劉依萍.ADS-B無雷達(dá)航空區(qū)ATC監(jiān)視解決方案[J].空中交通管理，2003，（6）：56-57.

[3] 呂小平.ADS-B技術(shù)介紹[J].空中交通管理，2005，（4）：24-25.

[4] 姚姣.ADS-B監(jiān)視功能的性能研究和仿真[D].成都：電子科技大學(xué)，2010.

作者簡(jiǎn)介

祁振杰（1984-），男，山西人;畢業(yè)院校：貴州大學(xué)，專業(yè)：計(jì)算機(jī)應(yīng)用，學(xué)歷：碩士研究生，主任工程師，現(xiàn)就職單位：民航貴州空管分局，研究方向：空管自動(dòng)化的研究與維護(hù)。