ADS-B技術(shù)在飛行訓(xùn)練管理中的運(yùn)用現(xiàn)狀和前景探討

摘 要：我國通用航空產(chǎn)業(yè)近幾年發(fā)展迅速，通航飛行活動(dòng)旺盛，飛機(jī)飛行時(shí)間飛速增長。從2010年開始，國家陸續(xù)發(fā)布了《關(guān)于深化我國低空空域管理改革的意見》等多項(xiàng)規(guī)章。隨著飛行總量的快速提升，受限于空域緊張，通航領(lǐng)域需要更新一代的導(dǎo)航技術(shù)，在控制成本的前提下進(jìn)一步提升飛行管理的效率和準(zhǔn)確性。基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的ADS-B導(dǎo)航，可以在全球范圍為民航飛機(jī)提供監(jiān)視服務(wù)。它向地面監(jiān)控臺(tái)站提供航空器的位置、高度以及身份信息，從而實(shí)現(xiàn)地面控制臺(tái)對航空器在全球范圍實(shí)施監(jiān)控。這是深化通航導(dǎo)航技術(shù)產(chǎn)業(yè)升級的重要手段，將在未來通航快速發(fā)展中起到重要作用。

關(guān)鍵詞：星基增強(qiáng);北斗導(dǎo)航;數(shù)字技術(shù);通用航空

在國家想干政策扶持下，近幾年我國通航產(chǎn)業(yè)規(guī)模有所增長。但是我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，我國的通用航空產(chǎn)業(yè)在世界范圍內(nèi)仍然處于初級階段，與發(fā)達(dá)國家相比我們發(fā)展的基礎(chǔ)薄弱，硬件配套不足。在產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱和飛行量迅速增長的雙重壓力下，我們需要開拓思路，采用更先進(jìn)的技術(shù)。目前，中國民航部門正在推進(jìn)ADS-B技術(shù)的廣泛應(yīng)用。但ADS-B技術(shù)在我國存在的局限性，由于GPS的限制，我國不能使用其星基增強(qiáng)功能（SBAS），導(dǎo)致我國所安裝的ADS-B不能用于飛機(jī)的進(jìn)近和著陸。隨著我國北斗衛(wèi)星的組網(wǎng)完成，通航產(chǎn)業(yè)應(yīng)當(dāng)將目光更多地投向北斗衛(wèi)星系統(tǒng)在通航領(lǐng)域的運(yùn)用，改變通航產(chǎn)業(yè)投資大，回報(bào)率低的現(xiàn)狀。

1 ADS-B系統(tǒng)介紹

ADS-B系統(tǒng)是由美國主導(dǎo)開發(fā)的基于GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，主要包括UAT、1090ES、VDL4這三種互相競爭的數(shù)據(jù)鏈。VDL4主要在北歐應(yīng)用，主要用于機(jī)場監(jiān)視，其實(shí)際應(yīng)用較少。目前UAT與1090ES在世界范圍內(nèi)使用較為廣泛。1090ES系統(tǒng)由于與機(jī)載應(yīng)答機(jī)同頻率，可以與應(yīng)答機(jī)擴(kuò)展報(bào)文進(jìn)行良好兼容，主要應(yīng)用于商業(yè)運(yùn)輸航空領(lǐng)域。UAT數(shù)據(jù)鏈主要應(yīng)用于通用航空領(lǐng)域，目前在澳大利亞和亞洲部分地區(qū)有較好的運(yùn)用。

1090ES對機(jī)載設(shè)備改裝要求不高，可以升級裝機(jī)應(yīng)答機(jī)實(shí)現(xiàn)ADS-B OUT/IN功能，得到了航空公司和運(yùn)輸飛機(jī)制造商的支持，目前大多數(shù)國家都采用了該系統(tǒng)。與UAT系統(tǒng)相比較，1090ES系統(tǒng)具有更加強(qiáng)大的信息傳輸能力，其擴(kuò)展報(bào)文能除了傳輸飛行定位、機(jī)號、高度等信息外，還能傳輸飛機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息，更能滿足航空公司運(yùn)行的要求。

UAT系統(tǒng)的特點(diǎn)是載設(shè)備簡單，改裝成本低。但受影響于1090ES的高市場占有率，原來的UAT設(shè)備生產(chǎn)商GARMIN公司，縮減了UAT設(shè)備生產(chǎn)，設(shè)備維護(hù)成本逐漸升高。由于UAT和1090ES系統(tǒng)采用了不同頻率，不能簡單進(jìn)行連接，裝配了一個(gè)數(shù)據(jù)鏈的飛機(jī)，不能直接接收另一個(gè)系統(tǒng)的飛機(jī)數(shù)據(jù)。為了提高ADS-B系統(tǒng)的定位精度，多個(gè)國家研發(fā)了自己的星基增強(qiáng)系統(tǒng)。采用星基增強(qiáng)系統(tǒng)以后，可以提供更好的定位精度通航飛機(jī)完全可以使用該系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)近和著陸，由此節(jié)省了大量機(jī)場地面臺(tái)站建設(shè)費(fèi)用。

2 星基增強(qiáng)系統(tǒng)介紹（SBAS）

星基增強(qiáng)系統(tǒng)（SBAS）是基于GPS的增強(qiáng)系統(tǒng)，它是由已知經(jīng)緯度位置的地面站對GPS衛(wèi)星定位信號進(jìn)行監(jiān)測，進(jìn)而獲得衛(wèi)星發(fā)布的相位信息、原始偽距等衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)。地面差分基站將這些衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳送至中央處理基站。中央處理基站通過一系列計(jì)算，獲得定位修正信息，然后將這些修正后的數(shù)據(jù)通過上行發(fā)給地球靜止軌道衛(wèi)星，然后在播發(fā)給廣大用戶。

目前，全球已經(jīng)建立起了多個(gè)星基增強(qiáng)系統(tǒng)，如美國的WAAS、歐洲的EGNOS、日本的MSAS、加拿大的CWAAS、俄羅斯的SDCM等。美國和加拿大一起研發(fā)廣域差分GPS系統(tǒng)（WAAS）于2003年開始投入運(yùn)行，之后在阿拉斯加、墨西哥以等地區(qū)增設(shè)了多個(gè)地面差分參考點(diǎn)，有效地提高了GPS的定位精度，大幅度地提高了該系統(tǒng)的可用性、連續(xù)性以及完好性。目前該系統(tǒng)主要為美洲地區(qū)提供衛(wèi)星定位導(dǎo)航服務(wù)。截止2020年9月，北美地區(qū)具備星基增強(qiáng)能力的飛機(jī)場已經(jīng)達(dá)1700多個(gè)。

從1999年開始，以德法為主導(dǎo)的歐盟開始研發(fā)靜地星導(dǎo)航重疊服務(wù)（EGNOS系統(tǒng)）。該項(xiàng)目投資約2千億歐元。EGNOS系統(tǒng)大幅提高了歐洲地區(qū)的GPS導(dǎo)航精度，在歐洲中心地區(qū)，垂直和水平方向的服務(wù)定位精度均可達(dá)1米。2009年10月EGNOS系統(tǒng)開始提供服務(wù)。歐洲已建成具備EGNOS運(yùn)行能力的飛機(jī)場數(shù)量超過了130個(gè)，以法國（11個(gè)）和德國（62個(gè)）為主。這其中102個(gè)機(jī)場頒布了LPV的飛行程序，另外有33個(gè)機(jī)場頒布了APVⅡ飛行程序。

3 國內(nèi)ADS-B系統(tǒng)運(yùn)行情況

2005年在民航局的支持下，中國民用航空飛行學(xué)院成為ADS-B運(yùn)行的試點(diǎn)單位。最初引入978MHz ADS-B系統(tǒng)（UAT），陸續(xù)完成了完成了200多架飛機(jī)的機(jī)載設(shè)備加裝，完成5個(gè)地面基站的建設(shè)以及基站間的網(wǎng)絡(luò)連接工作。UAT系統(tǒng)已在飛行學(xué)院五個(gè)分院安全運(yùn)行15年。通過UAT系統(tǒng)對本場訓(xùn)練飛機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的跟蹤監(jiān)控，飛機(jī)之間也可以互相了解對方的位置和高度，部分替代了應(yīng)答機(jī)系統(tǒng)和TCAS系統(tǒng)功能，提高了飛行訓(xùn)練的安全性，為UAT系統(tǒng)在我國通用航空的使用進(jìn)行了有意義的探索。

2017年民航局頒發(fā)《中國民用航空ADS-B實(shí)施計(jì)劃》，2020年前將實(shí)現(xiàn)1090ES ADS-B（OUT）的全面運(yùn)行。國內(nèi)各大機(jī)場已初步完成1090ES ADS-B臺(tái)站建設(shè)，民航飛機(jī)也在逐步完成ADS-B加裝工作。

2019年開始，飛行學(xué)院開始對現(xiàn)有飛機(jī)安裝1090ES ADS-B系統(tǒng)。目前已完成初中教飛機(jī)改裝以及臺(tái)站建設(shè)工作。由于兩套ADS-B系統(tǒng)（1090ES和UAT）同時(shí)安裝并運(yùn)行，學(xué)院正在對兩套系統(tǒng)進(jìn)行融合。機(jī)載設(shè)備的兼容和與地面系統(tǒng)的匹配將是對雙傳輸媒介系統(tǒng)共存的穩(wěn)定性的一次重要考驗(yàn)。

ADS-B系統(tǒng)在我國大規(guī)模運(yùn)用的同時(shí)也存在一些局限性。由于GPS對中國地區(qū)的限制，我國沒有開發(fā)SBAS系統(tǒng)，盡管很多飛機(jī)安裝了WAAS功能，但在國內(nèi)無法使用。由于無法提高定位精度，國內(nèi)的ADS-B系統(tǒng)不能用于進(jìn)近和著陸，其直接影響是新修小型通用飛機(jī)機(jī)場也必須安裝著陸儀表系統(tǒng)臺(tái)站，大大增加了機(jī)場建設(shè)費(fèi)用和后期維護(hù)費(fèi)用。

4 北斗報(bào)文數(shù)據(jù)的ADS-B編碼

由于ADS-B導(dǎo)航定位精度以及信號強(qiáng)度的問題，同時(shí)隨著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的組網(wǎng)完成，國內(nèi)學(xué)者將目光更多投向北斗系統(tǒng)。目前我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已能向全球提供服務(wù)，承諾導(dǎo)航精度5—10米，亞太地區(qū)實(shí)測導(dǎo)航精度1—2米。且北斗系統(tǒng)采用更具特色的技術(shù)，如星間鏈路和短報(bào)文。其中星間鏈路技術(shù)提高了定位的精度和可靠性，而短報(bào)文技術(shù)則有更廣泛的應(yīng)用，如一種基于ADS-B報(bào)文的北斗終端。

ADS-B報(bào)文北斗終端主要目的是使用北斗系統(tǒng)對ADS-B系統(tǒng)的定位精度和穩(wěn)定性進(jìn)行改善。在ADS-B信號覆蓋較差的區(qū)域提高信號的穩(wěn)定性，同時(shí)提高ADS-B系統(tǒng)的定位精度，其作用類似于SBAS系統(tǒng)。地面便攜終端獲取飛機(jī)北斗衛(wèi)星的定位信息，發(fā)送給ADS-B監(jiān)視平臺(tái)，用于修正ADS-B定位信息。由于該便攜終端設(shè)計(jì)采用了ADS-B報(bào)文格式來傳輸北斗衛(wèi)星的時(shí)空狀態(tài)信息，因此獲取的北斗報(bào)文需要按照ADS-B報(bào)文格式進(jìn)行重新編碼。預(yù)制的編碼協(xié)議可以將獲取的時(shí)空狀態(tài)信息，按照ADS-B的報(bào)文格式編碼，然后在ADS-B監(jiān)視平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的解碼及顯示。相關(guān)研究已經(jīng)對基于ADS-B報(bào)文編碼的北斗衛(wèi)星便攜式終端，結(jié)合ADS-B網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視平臺(tái)進(jìn)行了多項(xiàng)測試。測試結(jié)果表明，該設(shè)備可將北斗衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)正確編制為ADS-B報(bào)文編碼并傳輸至地面ADS-B監(jiān)控臺(tái)站，并在地面監(jiān)視中心進(jìn)行準(zhǔn)確的譯碼和顯示。這項(xiàng)研究的成功，將為ADS-B在國內(nèi)進(jìn)一步運(yùn)用提供很好的研究基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

當(dāng)前，世界范圍內(nèi)都在積極推進(jìn)ADS-B建設(shè)，為整個(gè)航空運(yùn)輸系統(tǒng)提供導(dǎo)航服務(wù)。為順應(yīng)國際航空業(yè)的發(fā)展，我國業(yè)完成ADS-B系統(tǒng)的建設(shè)。但缺乏星基增強(qiáng)的ADS-B系統(tǒng)其功能大打折扣。在這種情況下，利用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)對ADS-B系統(tǒng)進(jìn)行修正將是我國航空導(dǎo)航發(fā)展的一個(gè)重要趨勢。這將大大減少我國通航機(jī)場的建設(shè)費(fèi)用，為我國由民航大國走向強(qiáng)國奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

導(dǎo)航技術(shù)是我國通用航空領(lǐng)域健康穩(wěn)定發(fā)展的重要技術(shù)途徑，新技術(shù)的穩(wěn)定高速是確保通航能夠及時(shí)調(diào)度和準(zhǔn)確指揮的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，對民航安全飛行有著重要意義。隨著北斗衛(wèi)星的建設(shè)，我國通航領(lǐng)域還需要在各方面加大技術(shù)研發(fā)的投入。由于我國通航領(lǐng)域?qū)Ш脚c國際先進(jìn)水平之間存在一定差距，需要我們民航人學(xué)習(xí)國外的先進(jìn)的體系以及技術(shù)，促使航空領(lǐng)域新技術(shù)的應(yīng)用深度，以滿足同步衛(wèi)星準(zhǔn)確定位技術(shù)與電子信息技術(shù)的發(fā)展需求，促進(jìn)通航事業(yè)在我國的快速高效發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]王爾申，宋遠(yuǎn)上，徐嵩，龐濤.基于“北斗”的低空空域通航飛機(jī)導(dǎo)航監(jiān)視技術(shù)研究[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，10：586-591.

[2]王焱濱.通用飛機(jī)航空電子系統(tǒng)架構(gòu)研究綜述[J].電訊技術(shù)，2020，4：477-482.

作者簡介：孟鑫（1985— ），女，漢族，四川廣漢人，本科，助理研究員，現(xiàn)任中國民航飛行學(xué)院廣漢分院計(jì)量管理員，研究方向：飛機(jī)適航與維護(hù)以及計(jì)量管理。