ADS-B信號(hào)接入自動(dòng)化系統(tǒng)的研究和優(yōu)化

摘 要：文章主要針對(duì)ADS-B數(shù)據(jù)接入自動(dòng)化系統(tǒng)的相關(guān)問題進(jìn)行探討、分析，在解析ADS-B技術(shù)以及空管自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，分析目前ADS-B技術(shù)在空管自動(dòng)化系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：ADS-B;信號(hào);空管自動(dòng)化系統(tǒng)

0 引言

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、空地?cái)?shù)據(jù)鏈技術(shù)以及自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的背景下，空管監(jiān)視已經(jīng)不單獨(dú)依靠雷達(dá)實(shí)現(xiàn)，還可以將新技術(shù)引入空管自動(dòng)化系統(tǒng)中實(shí)時(shí)地進(jìn)行空中監(jiān)控與管理。在當(dāng)前ADS-B數(shù)據(jù)的使用過程中，還存在數(shù)據(jù)相互串?dāng)_等問題，這些問題可能引發(fā)航班大面積掉標(biāo)牌、目標(biāo)分裂、數(shù)據(jù)跳變等故障，因此，必須進(jìn)一步明確ADS-B技術(shù)并優(yōu)化其在自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 空管自動(dòng)化系統(tǒng)原理及應(yīng)用現(xiàn)狀

作為民航空管部門的核心管制指揮系統(tǒng)，空管自動(dòng)化系統(tǒng)能夠通過數(shù)據(jù)信息采集為管制員開展工作提供支持，尤其對(duì)于各種異常問題能夠給出告警?？展茏詣?dòng)化系統(tǒng)能夠綜合收集ADS-B、多點(diǎn)定位、雷達(dá)處理以及場(chǎng)面監(jiān)視的所有數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理，最終得到空中航空器的運(yùn)行狀態(tài)，并以此為依據(jù)制定飛行計(jì)劃等，為空中交通運(yùn)行保駕護(hù)航，提高空中交通保障能力^[1]。對(duì)于空管自動(dòng)化系統(tǒng)而言，不同的監(jiān)視任務(wù)和監(jiān)視目的一般采用不同的監(jiān)視手段，ADS-B技術(shù)作為空中交通監(jiān)視應(yīng)用技術(shù)之一，主要應(yīng)用于位置、地速、航跡信息等飛行數(shù)據(jù)的傳遞。這些信息能夠通過地空數(shù)據(jù)鏈傳回地面站以及管制中心，將ADS-B技術(shù)引入空管自動(dòng)化系統(tǒng)中，能夠提高信息采集、傳遞的實(shí)時(shí)性與可靠性，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)空中監(jiān)控^[1]。

2 ADS-B在自動(dòng)化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)引接

2.1 自動(dòng)化系統(tǒng)中ADS-B數(shù)據(jù)信息評(píng)估

空管自動(dòng)化中監(jiān)視數(shù)據(jù)類型多樣，包括點(diǎn)跡、航跡、S模式目標(biāo)、ADS-B目標(biāo)、MLAT目標(biāo)等^[2]。在進(jìn)行數(shù)據(jù)接引之前必須進(jìn)行監(jiān)視數(shù)據(jù)評(píng)估和定義，通過明確定義監(jiān)視數(shù)據(jù)格式，并識(shí)別數(shù)據(jù)類別備用?？展茏詣?dòng)化采集的數(shù)據(jù)因監(jiān)視精度、時(shí)間參數(shù)、更新參數(shù)不同等原因，導(dǎo)致最終管制處理平臺(tái)屏幕上數(shù)據(jù)顯示的飛機(jī)點(diǎn)跡不同，甚至同一飛行物目標(biāo)出現(xiàn)不同的航跡。因此在空管自動(dòng)化系統(tǒng)中必須要引入監(jiān)視處理子系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)處理，通過格式轉(zhuǎn)換、時(shí)基校準(zhǔn)、坐標(biāo)變換等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息統(tǒng)一，然后進(jìn)行進(jìn)一步處理，包括航跡跟蹤、關(guān)聯(lián)融合等，以供管制人員使用。

2.2 ADS-B數(shù)據(jù)引接方案

以NUMEN 2000自動(dòng)化系統(tǒng)為例，在原有空管自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，引接監(jiān)視數(shù)據(jù)源都采用HDLC同步方式，因此為了引接IP方式的ADS-B數(shù)據(jù)，將引接這些ADS-B信息的處理集成放在數(shù)據(jù)通信處理機(jī)（DCP）上，原有自動(dòng)化都配置了雙冗余的DCP，而且都可以接收網(wǎng)絡(luò)的ADS-B，在DCP上完成ADS-B前置數(shù)據(jù)處理功能，如圖1所示?？紤]到原有自動(dòng)化交換機(jī)的接口數(shù)量以及物理上盡量隔離，需要在空管自動(dòng)化系統(tǒng)中新增加兩套三層交換機(jī)（部分系統(tǒng)已經(jīng)配置用于數(shù)據(jù)引接的三層交換機(jī)），用于引接ADS-B數(shù)據(jù)。系統(tǒng)可以同時(shí)接收ADS-B數(shù)據(jù)站或者ADS-B二級(jí)數(shù)據(jù)處理中心的ADS-B數(shù)據(jù)，經(jīng)由三層交換機(jī)和數(shù)據(jù)通信處理機(jī)完成ADS-B數(shù)據(jù)的引接。

3 ADS-B技術(shù)在空管自動(dòng)化系統(tǒng)中的具體設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)

3.1 信號(hào)接入模塊

傳統(tǒng)空管自動(dòng)化系統(tǒng)的信號(hào)接入模塊中，主要通過單監(jiān)視源在前置處理機(jī)上進(jìn)行處理。為降低前置機(jī)數(shù)據(jù)處置壓力并提高空管自動(dòng)化系統(tǒng)安全性，建議優(yōu)化改進(jìn)ADS-B數(shù)據(jù)引接，通過優(yōu)化將雷達(dá)數(shù)據(jù)的前置處理和ADS-B數(shù)據(jù)引接進(jìn)行隔離，將ADS-B數(shù)據(jù)引接部署在空管自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信處理機(jī)上，實(shí)現(xiàn)ADS-B數(shù)據(jù)的獨(dú)立接收與預(yù)處理。在當(dāng)前空管自動(dòng)化系統(tǒng)的信號(hào)接入模塊設(shè)計(jì)，建議按照上述思路進(jìn)行優(yōu)化。

3.2 多雷達(dá)航跡融合模塊

監(jiān)視數(shù)據(jù)處理服務(wù)主要針對(duì)監(jiān)視數(shù)據(jù)來源進(jìn)行接收和處理，并以此提供相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)包括多雷達(dá)航跡跟蹤數(shù)據(jù)功能、ADS-B數(shù)據(jù)跟蹤以及處理MSAW安全警告等，協(xié)調(diào)功能之間的作用，實(shí)現(xiàn)真實(shí)、穩(wěn)定、連續(xù)的空中交通態(tài)勢(shì)處理。多雷達(dá)航跡融合模塊的主要目的是通過相關(guān)模型將不同監(jiān)視源和數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，最終形成獨(dú)立身份標(biāo)識(shí)。相關(guān)模型綜合考慮ADS-B狀態(tài)信息（二次代碼、航跡特性、高度、速度等）、雷達(dá)各數(shù)據(jù)參數(shù)（位置、高度、速度、二次代碼、航跡特性、速度等），根據(jù)參數(shù)和狀態(tài)信息變動(dòng)進(jìn)行模型自動(dòng)調(diào)整，滿足空管自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息融合的實(shí)際需求。

比如，多雷達(dá)航跡系統(tǒng)作為SDP的核心，能夠接受相關(guān)點(diǎn)跡數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選過濾，將過濾后的數(shù)據(jù)根據(jù)系統(tǒng)需求轉(zhuǎn)換為相匹配格式，最后將處理轉(zhuǎn)換格式后的數(shù)據(jù)分配給其他子系統(tǒng)處理，供系統(tǒng)運(yùn)行使用。

3.3 飛行計(jì)劃處理模塊

飛行計(jì)劃處理器主要應(yīng)用于外部系統(tǒng)報(bào)文數(shù)據(jù)的接收和處理，在處理之后根據(jù)用戶和系統(tǒng)需求生成相應(yīng)的計(jì)劃并提供服務(wù)，包括飛行計(jì)劃的添加/修改/刪除/查詢功能、航班識(shí)別功能、AIDC以及飛行計(jì)劃與系統(tǒng)航跡相關(guān)功能等。

3.3.1 航班識(shí)別

飛行計(jì)劃處理器主要接收相關(guān)數(shù)據(jù)，包括Mode A（二次代碼）和Mode S & ADS-B（航班24位地址碼），在接收到這些數(shù)據(jù)之后能夠進(jìn)行處理識(shí)別，識(shí)別后生成并發(fā)展飛行數(shù)據(jù)的模擬航跡。

3.3.2 飛行計(jì)劃與系統(tǒng)航跡的相關(guān)

與A/C模式的二次雷達(dá)數(shù)據(jù)相比，ADS-B信息增加了24位地址碼和航班號(hào)，因此在飛行計(jì)劃和系統(tǒng)航跡相關(guān)中，主要考慮處理這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)相關(guān)率，以降低相關(guān)錯(cuò)誤概率^[3]?；诤桨嗵?hào)、二次代碼、航路信息原則進(jìn)行監(jiān)視數(shù)據(jù)和飛行計(jì)劃的相關(guān)，用戶以及工作人員根據(jù)飛行計(jì)劃和實(shí)際情況確定優(yōu)先級(jí)和相關(guān)原則條件，前面提出相關(guān)中也必須考慮24位地址碼和航班號(hào)。系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)航跡和飛行計(jì)劃相關(guān)時(shí)，考慮二次雷達(dá)應(yīng)答機(jī)代碼、航班號(hào)、位置、時(shí)間等多種匹配因素，可設(shè)置優(yōu)先級(jí)及關(guān)聯(lián)條件，實(shí)現(xiàn)正確的自動(dòng)相關(guān)機(jī)制。飛行計(jì)劃和系統(tǒng)航跡相關(guān)的過程可能會(huì)出現(xiàn)二次代碼相同的問題，最終導(dǎo)致模糊。因此，空管自動(dòng)化系統(tǒng)需要對(duì)飛行計(jì)劃的系統(tǒng)軌跡以及理論計(jì)算的4D軌跡進(jìn)行一致性檢測(cè)，檢測(cè)兩者完全匹配之后才能說明完全相關(guān)，保證完全相關(guān)。

3.4 態(tài)勢(shì)顯示處理模塊

空中交通態(tài)勢(shì)界面作為空管自動(dòng)化系統(tǒng)中的顯示終端，主要應(yīng)用于空中交通環(huán)境以及交通管制任務(wù)的實(shí)時(shí)分析，在此基礎(chǔ)上為ADS-B數(shù)據(jù)的管理提供技術(shù)、平臺(tái)支持。能夠?yàn)楣苤茊T以及相關(guān)工作人員提供科學(xué)、合理的人工交互界面，讓管制員可以通過該界面進(jìn)行科學(xué)決策，同樣對(duì)工作壓力的減小具有重要作用，另外對(duì)于飛行人員而言也可以通過界面了解飛行計(jì)劃等，進(jìn)一步提高空中交通的高效性與安全性。

3.4.1 ADS-B數(shù)據(jù)顯示

空中交通態(tài)勢(shì)界面會(huì)對(duì)于ADS-B數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并得到相關(guān)數(shù)據(jù)，在空管自動(dòng)化系統(tǒng)中對(duì)系統(tǒng)刷新率提出明確要求，有ADS-B參與融合的航跡數(shù)據(jù)刷新率必須高于同環(huán)境下的雷達(dá)管制系統(tǒng)數(shù)據(jù)刷新率，最終將相應(yīng)的航班標(biāo)牌顯示于管制席的航跡標(biāo)牌中。用戶以及工作人員能夠查閱航班號(hào)（真空速）、地址碼（FSSA/SA）、二次代碼（磁航向）等具體信息。

3.4.2 ADS-B位置報(bào)告

管制員能夠?qū)Ω接蠥DS-B信息的航跡進(jìn)行處理，將其與某個(gè)ADS-B位置報(bào)告進(jìn)行關(guān)聯(lián)。當(dāng)空管自動(dòng)化系統(tǒng)接收到相應(yīng)的ADS-B基礎(chǔ)位置，系統(tǒng)預(yù)設(shè)特定符號(hào)進(jìn)行ADS-B位置信息的報(bào)告，包括ADS-B航跡（▲）、雷達(dá)航跡（○）以及ADS-B與雷達(dá)融合航跡（▲+○）等。

4 結(jié)語

目前，空管自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)開始應(yīng)用于各國(guó)的空管中，ADS-B技術(shù)因?yàn)槠鋬?yōu)越性也開始應(yīng)用于空管自動(dòng)化系統(tǒng)中與多雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行融合，在我國(guó)目前空管自動(dòng)化管理中具有廣闊的應(yīng)用前景。作為當(dāng)前空管自動(dòng)化的核心技術(shù)之一，接入ADS-B技術(shù)能夠有效保障數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性以及傳輸高效性，為管制員以及飛行人員提供良好服務(wù)。同時(shí)，在未來發(fā)展中還必須不斷發(fā)展ADS-B技術(shù)。

作者簡(jiǎn)介：張開智（1986—?），男，福建莆田人，工程師，本科;研究方向：設(shè)備維護(hù)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]黃宇軍.ADS-B系統(tǒng)在民航空管領(lǐng)域的應(yīng)用與分析[J].信息通信，2019（9）：68-69.

[2]馬安恒.自動(dòng)化系統(tǒng)中ADS-B報(bào)文與數(shù)據(jù)引接分析[J].電子世界，2018（21）：91，93.

[3]蔣曉霜.空管自動(dòng)化系統(tǒng)飛行計(jì)劃航跡錯(cuò)相關(guān)問題研究[J].電聲技術(shù)，2019（9）：77-80..

（編輯?王永超）

Research and optimization of ADS-B signal access automation system

Zhang Kaizhi

（Civil Aviation Fujian Air Traffic Control Bureau， Fuzhou 350209， China）

Abstract：This paper mainly discusses and analyzes the related problems of ADS-B data access automation system， and analyzes the specific application of ADS-B technology in ATC automation system based on analytical ADS-B technology and ATC automation system.

Key words：ADS-B; signal; ATC automation system