關(guān)于ADS-B監(jiān)視技術(shù)在通用航空服務(wù)中應(yīng)用的研究
——以河南省某通用機(jī)場(chǎng)為例

文 / 張帥

一、ADS-B 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

ADS-B系統(tǒng)是一個(gè)由許多地面站和發(fā)射站組成的自動(dòng)廣播監(jiān)控系統(tǒng)。雙向數(shù)據(jù)通信是通過雙向通信模式進(jìn)行的，特別是通過空中監(jiān)控。目前，ADS-B是一項(xiàng)新的技術(shù)，也是傳統(tǒng)技術(shù)的開創(chuàng)性突破。傳統(tǒng)的客機(jī)有自己的固定路線，有機(jī)場(chǎng)地面站信息部門，并配備了燈塔和輔助著陸燈設(shè)施。隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，私人飛機(jī)、緊急飛機(jī)和農(nóng)機(jī)的數(shù)量繼續(xù)增加，低空導(dǎo)航傘迫在眉睫，新技術(shù)ADS-B的出現(xiàn)解決了這個(gè)問題。ADS-B通過GPS和飛機(jī)上的其他系統(tǒng)獲取關(guān)于飛機(jī)位置的信息，然后通過飛機(jī)上的通信設(shè)備發(fā)送關(guān)于飛機(jī)位置的信息。地面人員可以利用通信設(shè)備接收飛機(jī)發(fā)送的信息，對(duì)飛機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。在ADS-B中，A表示沒有飛行員或地面人員執(zhí)行任何操作來發(fā)送自動(dòng)消息。D意味著來自飛機(jī)設(shè)備的信息，S意味著監(jiān)控功能，B意味著通過無線電發(fā)送的信息，每個(gè)人都能收到。ADS-B數(shù)據(jù)主要包括經(jīng)緯度、氣壓高度、GPS高度、速度、航向和飛機(jī)代碼。ADS-B設(shè)備包括GPS接收機(jī)。GPS是ADS-B系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)源。靜壓管或大氣計(jì)算機(jī)可以向ADS-B提供氣壓高度信息，F(xiàn)MS可以向ADS-B提供航班號(hào)信息，地面包括ADS-B接收器：它接收飛機(jī)發(fā)送的信息并傳輸給顯示系統(tǒng)。顯示系統(tǒng)：以圖形方式顯示飛機(jī)的位置信息。

二、ADS-B 監(jiān)視技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）應(yīng)用現(xiàn)狀

美國(guó)聯(lián)邦航空局已經(jīng)批準(zhǔn)了所有與自動(dòng)廣播有關(guān)的監(jiān)控系統(tǒng)的部署。這個(gè)基于GPS技術(shù)的系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向空中交通管制員報(bào)告飛機(jī)的位置。ADS-B系統(tǒng)的應(yīng)用意味著空中交通管制可以更準(zhǔn)確地了解飛機(jī)的位置。以前，ADS - B系統(tǒng)在阿拉斯加、墨西哥灣、路易斯維爾和費(fèi)城都進(jìn)行了成功的測(cè)試。4個(gè)地區(qū)的空域非常繁忙，代表著復(fù)雜的美國(guó)領(lǐng)空問題，為系統(tǒng)測(cè)試提供了良好的環(huán)境。這確保了ADS-B系統(tǒng)在最壞的情況下得到測(cè)試，使航空局能夠在進(jìn)一步部署之前發(fā)現(xiàn)和解決系統(tǒng)問題。

而在我國(guó)，在此之前雷達(dá)是民用航空使用的最先進(jìn)的監(jiān)控方法，ADS-B技術(shù)幾乎是它的8倍。ADS-B技術(shù)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)被廣泛使用，由于它良好的適應(yīng)氣候變化和取代傳統(tǒng)的跟蹤設(shè)備，它提高了低飛行設(shè)備的生存能力，并保護(hù)了公共財(cái)產(chǎn)安全。通過使用ADS-B技術(shù)，地面有“眼睛”來監(jiān)控飛機(jī)的飛行，因此與傳統(tǒng)的跟蹤雷達(dá)相比，地面有明顯的優(yōu)勢(shì)——成本低、精度小和監(jiān)測(cè)能力。中國(guó)的ADS-B采用了按照“先在西方進(jìn)行試驗(yàn)，先從西方向東穩(wěn)步推進(jìn)”的原理，使用飛機(jī)使用1090的數(shù)據(jù)和與UAT平行的鏈數(shù)據(jù)。根據(jù)FPD計(jì)劃，到2015年，所有運(yùn)輸飛機(jī)將符合修改后的ADS-B要求。

（二）ADS-B應(yīng)用存在的問題

現(xiàn)在，GPS系統(tǒng)是所有飛機(jī)上ADS-B數(shù)據(jù)的唯一來源。如果數(shù)據(jù)有問題，就像接受外界干擾磁場(chǎng)或太陽(yáng)磁暴影響非常大那么數(shù)據(jù)的耐用性將會(huì)被中斷，無法正確反饋信息，因此在操作系統(tǒng)中，就像GPS衛(wèi)星信號(hào)屏蔽，或者衛(wèi)星GPS設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生表達(dá)式ADS-B是行不通的。其次，各國(guó)正在研究這項(xiàng)技術(shù)，但每個(gè)國(guó)家都有自己的規(guī)范，中心是一致的，但表達(dá)是不合理的。這項(xiàng)技術(shù)是開創(chuàng)性的突破，如軟件和硬件是不同的，許多國(guó)家和組織已經(jīng)開發(fā)出不同類型的數(shù)據(jù)連接到不同的發(fā)展的工具。由于這些原因，國(guó)家設(shè)備不普及，也沒有信息通信，如果他們的飛機(jī)飛到不同的地方，就沒有辦法識(shí)別他人或與他們交流，那么全球數(shù)據(jù)通信工具就是一個(gè)問題。

三、通用機(jī)場(chǎng)ADS-B 應(yīng)用研究

目前的通航飛機(jī)，特別是國(guó)產(chǎn)通航飛機(jī)，沒有配備ADS-B機(jī)載設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)ADS-B監(jiān)控，研制的便攜式ADS-B機(jī)載設(shè)備安裝在通航飛機(jī)上。通過開發(fā)的ADS-B地面站和可導(dǎo)航飛行服務(wù)子系統(tǒng)，形成通用機(jī)場(chǎng)ADS-B監(jiān)控的集成解決方案，以解決“隱身”問題。關(guān)于機(jī)場(chǎng)總管制和指揮，問題與集成解決方案支持系統(tǒng)之間的工作流關(guān)系如圖1所示。

ADS-B機(jī)載設(shè)備接收GPS和北斗等全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）信息，處理并獲取飛機(jī)位置、速度、時(shí)間等數(shù)據(jù)，向外廣播并以1090mhz。ADS-B地面站接收ADS-B機(jī)載設(shè)備廣播的信息和GPS、北斗的定時(shí)定位信息，當(dāng)對(duì)于數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，提取目標(biāo)飛機(jī)的飛行識(shí)別、位置、高度等有效信息，并實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地提供給導(dǎo)航飛行服務(wù)系統(tǒng)。導(dǎo)航飛行服務(wù)系統(tǒng)使用ADS-B地面站輸出ADS-B數(shù)據(jù)和連接的QNH氣象數(shù)據(jù)，最終生成穩(wěn)定、連續(xù)、真實(shí)的飛行軌跡進(jìn)行告警計(jì)算。最后，在人機(jī)界面上顯示穩(wěn)定、連續(xù)、真實(shí)的飛行軌跡和報(bào)警，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行活動(dòng)的監(jiān)控和警報(bào)功能。

（一）便攜式ADS-B 機(jī)載設(shè)備

便攜式設(shè)備管理員通過衛(wèi)星定位信息的時(shí)間，形成相關(guān)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并使用1090ES數(shù)據(jù)鏈，這一系列的數(shù)據(jù)鏈可以正確地識(shí)別的飛機(jī)，地址位置，位置，飛行路線和功能等這些信息。飛機(jī)上的ADS-B設(shè)備是安裝ADS-B的天線，機(jī)上的ADS-B服務(wù)器，如圖2所示。

（二）ADS-B 地面站設(shè)備

ADS-B可以自動(dòng)接收到ADS-B設(shè)備發(fā)送的信息，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理。要獲得有效的信息，如飛機(jī)地址、飛行標(biāo)識(shí)、地點(diǎn)、海拔，當(dāng)然，為可步行的飛行服務(wù)系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的陸路服務(wù)，以滿足ADS-B功能飛機(jī)的監(jiān)測(cè)要求。

（三）通航飛行服務(wù)系統(tǒng)

飛行服務(wù)系統(tǒng)的主要作用是實(shí)施飛行監(jiān)督、早期預(yù)警、飛行計(jì)劃、天氣和其他提高飛行安全和效率的功能?？筛牡赖暮娇辗?wù)系統(tǒng)的監(jiān)控功能，如最初的警告，可以解決在公共機(jī)場(chǎng)控制的“看不見”問題，改善飛行安全，并為更好的機(jī)場(chǎng)和空中飛行活動(dòng)提供技術(shù)支持。該系統(tǒng)可以從ADS-B地面站接收到高質(zhì)量的、穩(wěn)定的目標(biāo)路徑信息。根據(jù)這一點(diǎn)，像QNH高度修改這樣的高級(jí)處理程序最終導(dǎo)致了一個(gè)穩(wěn)定的、可持續(xù)的、真實(shí)的航路。系統(tǒng)更新周期持續(xù)一秒鐘，準(zhǔn)確可靠的航線。該系統(tǒng)可產(chǎn)生消除跟蹤、自動(dòng)識(shí)別和短期沖突警報(bào)的指令。如果警報(bào)或提示被觸發(fā)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生清晰的音頻視頻警報(bào)和手勢(shì)信號(hào)。

四、通用機(jī)場(chǎng)ADS-B 應(yīng)用驗(yàn)證

（一）ADS-B 使用流程

采用ADS-B必須為代理獲得資格證書。近年來，越來越多的飛機(jī)被選擇將新的導(dǎo)航系統(tǒng)與電子設(shè)備相匹配，這將使空間和地面之間的雙向數(shù)據(jù)通信成為可能。身份識(shí)別是用來控制ADS-B服務(wù)的條件，飛行員起飛前，飛行員需要適應(yīng)飛行高度和速度，起飛前，飛行員應(yīng)該確?？刂破聊簧系娘w機(jī)和確保識(shí)別標(biāo)識(shí)實(shí)際上是適應(yīng)飛機(jī)的高度和速度。如果無法確定身份，應(yīng)立即通知飛機(jī)，以確定或取消ADS-B服務(wù)。此外，我們需要在需要時(shí)提供位置報(bào)告，并指示飛機(jī)的方向。

（二）ADS-B 管制間隔

可以理解成擴(kuò)展了的目視飛行，這對(duì)于飛行安全和縮短安全間隔相當(dāng)重要。

各種型號(hào)的飛機(jī)都有不同的商業(yè)貨物、著陸條件、飛行時(shí)間、天氣標(biāo)準(zhǔn)等，必須與飛機(jī)的工作時(shí)間保持合理的距離，以及不同的天氣條件。飛行距離是由許多有影響的因素決定的:飛機(jī)性能、機(jī)尾、天氣條件、人為因素、飛行任務(wù)性質(zhì)、地理位置、地面保護(hù)設(shè)施和土地限制。為了避免接近或沖擊天空的危險(xiǎn)，我們需要在調(diào)整時(shí)間的同時(shí)，保持空間高度和垂直和水平距離的差。因?yàn)楣獠ㄊ淖詣?dòng)跟蹤涉及到工作原理，飛行員可以清楚地了解自己的位置和其他飛機(jī)的相對(duì)位置，這相當(dāng)于擴(kuò)大了飛行員的視野。ADS-B下的飛行可以理解為一種擴(kuò)展的目視飛行，這對(duì)飛行安全和縮短安全間隔非常重要。

結(jié)語(yǔ)

本文通過介紹ADS-B的基本工作原理和優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合導(dǎo)航飛行特點(diǎn)和監(jiān)控環(huán)境，研究ADS-B在通用航空中的應(yīng)用價(jià)值，即增加空域容量、擴(kuò)大監(jiān)控范圍、減少設(shè)備投資、提高飛行效率、降低飛行成本、提高飛行效率、降低飛行成本、降低飛行成本等，以及提供低成本和高效的空對(duì)地交通監(jiān)控?？偠灾珹DS-B技術(shù)為中國(guó)通用航空管制提供了可靠的技術(shù)支持和支持。