ADS-B全面實(shí)施對(duì)未來空管項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃的意義

廣州區(qū)域管制中心區(qū)管設(shè)備室 周君

ADS-B技術(shù)是中國民航重點(diǎn)推進(jìn)的空管新技術(shù)之一,是新一代空中交通管理系統(tǒng)的重要組成部分。隨著ADS-B-OUT技術(shù)的日漸成熟以及我國對(duì)ADS-B建設(shè)的不斷推進(jìn),ADS-B必將成為了未來空管項(xiàng)目建設(shè)中不可或缺的部分。本文從我國監(jiān)視技術(shù)發(fā)展的政策及發(fā)展現(xiàn)狀入手,分析當(dāng)前我國監(jiān)視技術(shù)未來發(fā)展的方向,并結(jié)合當(dāng)前ADS-B全面實(shí)施后的運(yùn)行效果及與傳統(tǒng)雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)分析,證明了ADS-B能夠提供有效的類雷達(dá)的覆蓋能力,且效果明顯優(yōu)于雷達(dá)。最后,本文給出了ADS-B技術(shù)在未來空管項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃時(shí)的運(yùn)行建議。

1 研究目的及意義

空管監(jiān)視信息探測系統(tǒng)為空中交通管理系統(tǒng)提供空中與地面航空器及其他目標(biāo)的位置、狀態(tài)和告警等實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息,是進(jìn)行空中交通管理的基礎(chǔ)?？展鼙O(jiān)視信息探測系統(tǒng)包括一次監(jiān)視雷達(dá)、二次監(jiān)視雷達(dá)、廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)、廣域多點(diǎn)定位系統(tǒng),以及場面監(jiān)視雷達(dá)、場面多點(diǎn)定位系統(tǒng)等。近年來,隨著流量的增多,航線的增加和延伸,扇區(qū)劃分更加精細(xì),各空域雷達(dá)管制監(jiān)視需求急劇增長,對(duì)監(jiān)視系統(tǒng)的要求也越來越高,然而目前現(xiàn)有雷達(dá)的運(yùn)行數(shù)量和規(guī)劃布局,已難以滿足我國航空運(yùn)輸?shù)娜找嬖鲩L和空中交通管制對(duì)管制空域?qū)嵤┻B續(xù)、可靠監(jiān)視覆蓋的需要,因此采用定位精度高、更新率快的新監(jiān)視技術(shù),以減小航空器間的最小安全間隔,提升空域容量勢(shì)在必行[1]。

ADS-B技術(shù)是我國重點(diǎn)推進(jìn)的空管新技術(shù)之一,是新一代空中交通管理系統(tǒng)的重要組成部分,它具有數(shù)據(jù)更新快、定位精度高、部署周期段、建設(shè)成本低等優(yōu)點(diǎn),是促進(jìn)運(yùn)行安全、提升運(yùn)行效率、保障航班正常的重要手段。隨著ADS-B-OUT技術(shù)的日漸成熟以及我國對(duì)ADS-B建設(shè)的不斷推進(jìn),ADS-B必將成為了未來空管項(xiàng)目建設(shè)中不可或缺的部分。本文就目前中國ADS-B發(fā)展的狀況和技術(shù)優(yōu)勢(shì)展開討論并分析ADS-B全面實(shí)施后對(duì)未來空管項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃的影響。

2 我國民航監(jiān)視技術(shù)的發(fā)展政策及現(xiàn)狀

中國民航高度重視ADS-B技術(shù)的研究與應(yīng)用,2010年11月2日,中國民航局頒發(fā)了《中國民航監(jiān)視技術(shù)應(yīng)用政策》,該政策首次規(guī)定了我國民航監(jiān)視技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展方向,明確指出了我國民航監(jiān)視技術(shù)的總體策略,為全面推進(jìn)中國民航ADS-B實(shí)施及低空空域監(jiān)視技術(shù)應(yīng)用提供政策指導(dǎo)。2015民航局發(fā)布了《中國民用航空ADS-B實(shí)施規(guī)劃》,明確了ADS-B技術(shù)作為我國未來空管監(jiān)視技術(shù)的重要組成部分,并指定了《廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視(ADS-B)管制運(yùn)行規(guī)程》等技術(shù)裝備、管制運(yùn)行、適航審定方面的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),建立了較為完善的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系。十四五規(guī)劃期間,我國完成了ADS-B地面站及數(shù)據(jù)中心的階段性部署工作,完成了95%以上航空器ADS-B設(shè)備的加裝改造工作,并開展了成都-拉薩航路(B213)、成都-九寨航路(B330)、南中國海、新疆高空、麗江機(jī)場等ADS-B運(yùn)行的試驗(yàn)工作。截至2020年5月底,民航空管體系現(xiàn)役ADS-B地面站332套?，F(xiàn)役ADS-B地面站有華北地區(qū)48套,東北地區(qū)37套,華東地區(qū)51套,中南地區(qū)55套,西南地區(qū)65套,西北地區(qū)46套,新疆地區(qū)30套[2],ADS-B基本滿足全國空域6000m以上高空覆蓋。

2019年,民航局下發(fā)了《全面推進(jìn)實(shí)施廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視(ADS-B)空管運(yùn)行工作總體方案》。根據(jù)方案要求,我國將于2020年底完成ADS-B信號(hào)的接入運(yùn)行工作。目前,該工作已全面完成,北京、上海、廣州三大區(qū)域管制中心已在自動(dòng)化系統(tǒng)接入ADS-B運(yùn)行。

目前,三大區(qū)管ADS-B接入自動(dòng)化系統(tǒng)的方式如圖1所示,各地區(qū)ADS-B地面站信號(hào)首先接入至當(dāng)?shù)氐臄?shù)據(jù)站,再通過傳輸網(wǎng)絡(luò)接入至區(qū)管ADS-B二級(jí)數(shù)據(jù)中心,經(jīng)二級(jí)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行融合驗(yàn)證后,將過濾后的穩(wěn)定的ADS-B航跡信號(hào)送至自動(dòng)化系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)雷達(dá)與ADS-B的融合顯示;同時(shí),廣州二級(jí)中心輸出中南地區(qū)空域的航跡數(shù)據(jù)送至北京一級(jí)數(shù)據(jù)中心。

圖1 ADS-B信號(hào)接入自動(dòng)化系統(tǒng)框圖Fig.1 Block diagram of ADS-B signal access automation system

3 ADS-B技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及運(yùn)行效果分析

空管監(jiān)視信息探測系統(tǒng)主要包括一次監(jiān)視雷達(dá)、二次監(jiān)視雷達(dá)、廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)等,其中,一次監(jiān)視雷達(dá)屬于獨(dú)立非協(xié)同式監(jiān)視,因此對(duì)航空器機(jī)載設(shè)備沒有要求,但作用距離和覆蓋范圍有限,因此,其主要應(yīng)用于終端(進(jìn)近)管制區(qū)及機(jī)場上空。

二次監(jiān)視雷達(dá)是獨(dú)立協(xié)同式監(jiān)視,其工作方式為主要包括測距和測角:測距是通過測量雷達(dá)發(fā)出詢問與收到應(yīng)答脈沖之間的時(shí)間延遲,計(jì)算出飛機(jī)與MSSR之間的直線距離(即斜距),測角則是由對(duì)波束內(nèi)目標(biāo)行一次詢問,得到和通道和差通道應(yīng)答信號(hào)的幅度,再通過計(jì)算和通道和差通道的信號(hào)幅度比值,查找方位軸向修正表(OBA表)就可得到目標(biāo)在波束內(nèi)的偏移角、波束指向角與偏移角共同構(gòu)成目標(biāo)的真正角度。二次雷達(dá)是我國目前航空器監(jiān)視的主要設(shè)備手段,以及作為雷達(dá)管制的主要監(jiān)視技術(shù),實(shí)施雷達(dá)管制的空域應(yīng)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)持續(xù)可靠覆蓋[3]。

表 1 ADS-B與二次雷達(dá)性能及運(yùn)維費(fèi)用對(duì)比Tab.1 Comparison of performance and maintenance cost between ADS-B and secondary radar

廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)(ADS-B)一種全新的監(jiān)視技術(shù),它是一種協(xié)作相關(guān)的監(jiān)視系統(tǒng),它通過全球衛(wèi)星導(dǎo)航獲得飛機(jī)精確的位置和速度等信息,再通過數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)該參數(shù)信息發(fā)送至地面站。相較于傳統(tǒng)的二次雷達(dá),ADS-B具有建設(shè)和運(yùn)行成本低、精度高、航跡更新率快等優(yōu)點(diǎn),ADS-B與二次雷達(dá)性能及運(yùn)維費(fèi)用比較如表1所示。

廣州區(qū)域管制中心已于2019年實(shí)現(xiàn)ADS-B的全面接入工作,目前,廣州二級(jí)中心引接了廣州周邊的大和章、西嶺、佛山、韶關(guān)4路ADS-B地面站及中南地區(qū)的深圳、珠海、長沙、武漢、汕頭、?？?、桂林、鄭州、港區(qū)9路數(shù)據(jù)站,ADS-B信號(hào)通過二級(jí)數(shù)據(jù)中心處理后輸出至自動(dòng)化系統(tǒng),完成管制界面的ADS-B與雷達(dá)融合顯示,ADS-B正式接入運(yùn)行至今,廣州區(qū)管自動(dòng)化運(yùn)行穩(wěn)定,系統(tǒng)未出現(xiàn)因ADS-B數(shù)據(jù)性能下降導(dǎo)致的大面積目標(biāo)丟失及分裂的事件。

同時(shí),對(duì)2020年廣州二級(jí)中心ADS-B數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,ADS-B運(yùn)行情況如下:表2為2020年平均每月航空器ADS-B設(shè)備占比情況,由表2可知加裝了ABD-B(OUT)的航空器占比已達(dá)到94.6%,滿足預(yù)期要求。

表2 機(jī)載設(shè)備航空器占比Tab.2 Proportion of airborne equipment and aircraft

中南地區(qū)航空器ADS-B數(shù)據(jù)的位置精度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表3所示,由表3可知NUCp≥8的數(shù)據(jù)占比大于90%,根據(jù)《中南地區(qū)廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視(ADS-B)系統(tǒng)監(jiān)視服務(wù)指導(dǎo)原則》的指導(dǎo)意見,在同時(shí)具備雷達(dá)和ADS-B監(jiān)視源的情況下,ADS-B數(shù)據(jù)的位置精度NACp,在區(qū)調(diào)空域應(yīng)滿足≥7,在近進(jìn)空域應(yīng)滿足≥7的條件,在由此可知ADS-B數(shù)據(jù)精度可滿足區(qū)調(diào)及近進(jìn)空域運(yùn)行要求,其中DO260B機(jī)載設(shè)備的性能優(yōu)于DO260A的性能,航空器ADS-B精度性能的提升仍有較大空間。

表3 ADS-B位置精度分布Tab.3 ADS-B position accuracy distribution

圖2 機(jī)載設(shè)備航空器占比Fig.2 Proportion of airborne equipment and aircraft

目前,機(jī)載數(shù)據(jù)有3種類型,分別為DO260、DO260A、DO260B,其中DO260A/B為較新型設(shè)備,精度指標(biāo)優(yōu)于DO260,表4及圖4為2020年ADS-B航空器占比統(tǒng)計(jì)圖,從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知,機(jī)載設(shè)備類型為DO260和DO260A的比例在逐步下降,性能更好的DO260B版本的機(jī)載設(shè)備安裝量在不斷增加。未來,ADS-B數(shù)據(jù)精度指標(biāo)將逐步得到提升。

表 4 2020年ADS-B機(jī)載設(shè)備類型占比統(tǒng)計(jì)Tab.4 Statistics on the proportion of ADS-B airborne equipment types in 2020

圖4 2020年ADS-B機(jī)載設(shè)備類型占比圖Fig.4 Proportion of ADS-B airborne equipment types in 2020

同時(shí),對(duì)于ADS-B技術(shù)的應(yīng)用,目前只使用了其地-空監(jiān)視的類雷達(dá)功能,實(shí)際上ADS-B技術(shù)還有很多功能仍沒有使用,如ADS-B(IN)、IFS-B、ITS-B等功能,未來ADS-B具有極大的發(fā)展空間。

圖3 航空器ADS-B數(shù)據(jù)精度分布Fig.3 Accuracy distribution of aircraft ADS-B data

4 ADS-B全面實(shí)施對(duì)未來空管項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃的影響

近些年來隨著國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展,我國航空運(yùn)輸業(yè)務(wù)量也在持續(xù)增長。在我國民航運(yùn)輸業(yè)務(wù)量快速發(fā)展的形勢(shì)下,在此背景下,各地的空管設(shè)施也急需進(jìn)行更新改造及擴(kuò)建,例如廣州新終端區(qū)建設(shè)項(xiàng)目、廣州第二區(qū)管項(xiàng)目、南寧新終端區(qū)建設(shè)項(xiàng)目等,在上文中,我們根據(jù)我國監(jiān)視技術(shù)的發(fā)展政策,結(jié)合2019年ADS-B全面接入自動(dòng)化運(yùn)行以來的實(shí)際數(shù)據(jù),證明了ADS-B能很好地滿足區(qū)調(diào)及進(jìn)近空域覆蓋的需求。隨著ADS-B-OUT技術(shù)的日漸成熟,地空數(shù)據(jù)通信能力不斷增強(qiáng),民航專用地面數(shù)字化傳輸網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行,空管自動(dòng)化系統(tǒng)也具備了ADS-B數(shù)據(jù)處理能力,因此,對(duì)于未來空管新增的項(xiàng)目建設(shè),對(duì)于空域補(bǔ)盲或增加多重監(jiān)視覆蓋的需求時(shí),完全可通過使用ADS-B的類雷達(dá)功能替代雷達(dá)監(jiān)視手段實(shí)現(xiàn),并且ADS-B還具有有效節(jié)約建設(shè)成本、提升中低空覆蓋能力、提高覆蓋精度及可擴(kuò)展ADS-B(IN)、IFS-B、ITS-B服務(wù)等諸多優(yōu)點(diǎn)[4]。

提高空中交通管理監(jiān)視能力、加強(qiáng)航空企業(yè)對(duì)飛行運(yùn)行的監(jiān)視、改善航空器協(xié)同避撞性能,這是未來我國航空運(yùn)輸業(yè)加快發(fā)展必須面對(duì)的問題,ADS-B監(jiān)視技術(shù)為解決這些問題提供了有效的手段。中國民航運(yùn)輸業(yè)正處于成長期的,機(jī)隊(duì)規(guī)模在擴(kuò)大,機(jī)型在更新,空管設(shè)施面臨進(jìn)一步改造和完善,是我國加速ADS-B技術(shù)發(fā)展的重要機(jī)遇期,我們應(yīng)著眼未來發(fā)展,以全面實(shí)施ADS-B運(yùn)行的成果為契機(jī),不斷開展ADS-B應(yīng)用推廣及測試工作,不斷推廣ADS-B地-空監(jiān)視功能,同時(shí)探索實(shí)施ADS-B的上行數(shù)據(jù)廣播功能(ADS-B(IN)),為運(yùn)行中的航空器提供各類情報(bào)服務(wù);在場面監(jiān)視上,利用ADS-B為先進(jìn)的地面移動(dòng)引導(dǎo)和控制系統(tǒng)(A-SMGCS)提供新的監(jiān)視信息源并為跑道入侵報(bào)警提供支持[5]。

長遠(yuǎn)地說,ADS-B技術(shù)將會(huì)在航空運(yùn)輸領(lǐng)域發(fā)揮多方面效益,因此,未來空管項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃時(shí)應(yīng)做到以下幾點(diǎn):

(1)求真務(wù)實(shí),積極行動(dòng),切實(shí)推進(jìn)中國民航ADS-B技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展,增強(qiáng)對(duì)ADS-B在未來發(fā)展的信心,在新建的空管項(xiàng)目規(guī)劃時(shí),應(yīng)優(yōu)先考慮ADS-B基站建設(shè),采用ADS-B監(jiān)視手段逐步替代雷達(dá)。

(2)ADS-B技術(shù)的推廣應(yīng)用,涉及全面更新機(jī)載設(shè)備、調(diào)整空管地面設(shè)施的結(jié)構(gòu)、研發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)產(chǎn)品等,必須協(xié)調(diào)各方,整體推進(jìn),這既需要政策層面的支持,更需要經(jīng)濟(jì)層面的支持,當(dāng)前部署的ADS-B地面站及航空器機(jī)載設(shè)備在性能及精度方面,仍有較大提升空間,新項(xiàng)目建設(shè)時(shí),采用更好更先進(jìn)的技術(shù)要求,推動(dòng)廠家持續(xù)優(yōu)化軟件提升性能。

(2)最后,要兼顧航空運(yùn)行監(jiān)視需求未來的發(fā)展,在項(xiàng)目規(guī)劃初期就考慮到ADS-B (IN)、TIS-B、FIS-B等技術(shù)的應(yīng)用的推進(jìn)需求,為新技術(shù)更新改造、擴(kuò)容升級(jí)留有建設(shè)空間。

5 總結(jié)

當(dāng)前,管制新技術(shù)應(yīng)用的步伐與快速增長的運(yùn)行需求相比還相對(duì)滯后,通過新技術(shù)應(yīng)用提升安全和效率、以技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的形勢(shì)仍十分緊迫,技術(shù)創(chuàng)新是解決空管安全和發(fā)展問題的重要手段,我們要高度重視技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用工作,積極推動(dòng)智慧空管建設(shè),以技術(shù)創(chuàng)新全面提升空管保障能力。ADS-B技術(shù)是中國民航重點(diǎn)推進(jìn)的空管新技術(shù)之一,是新一代空中交通管理系統(tǒng)的重要組成部分。本文從我國監(jiān)視技術(shù)發(fā)展的政策及發(fā)展現(xiàn)狀入手,分析當(dāng)前我國監(jiān)視技術(shù)未來發(fā)展的方向,并結(jié)合當(dāng)前ADS-B全面實(shí)施后的運(yùn)行效果及與傳統(tǒng)雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)分析,證明了ADS-B能夠提供有效的類雷達(dá)的覆蓋能力,且效果明顯優(yōu)于雷達(dá)。最后,綜合以上觀點(diǎn),本文給出了未來空管項(xiàng)目建設(shè)時(shí)監(jiān)視手段選擇的建議。本文可為空管項(xiàng)目建設(shè)的前期規(guī)劃提供參考建議。

引用

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