ADS-B和雷達系統(tǒng)的性能差別分析

【摘要】我國民航運輸發(fā)展初期，空中交通管制一直采用二次雷達對飛機進行監(jiān)視和安全保障，但是隨著國際社會交流以及國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，空中交通運輸方式越來越被重視，因此空中交通流量劇增，有限的民航空域也愈發(fā)擁堵，飛行航線上的沖突也越來越多，這就進一步引起了民航界的廣泛關注，于是更著重更安全、更精確、更方便的飛行監(jiān)視系統(tǒng)研究。本文就雷達監(jiān)視系統(tǒng)與ADS-B監(jiān)視系統(tǒng)的性能進行對比分析，給予建議供大家參閱。

【關鍵詞】監(jiān)視系統(tǒng)|ADS-B|二次雷達

一、ADS-B概述

監(jiān)視系統(tǒng)作為現(xiàn)行航行系統(tǒng)以及未來航行系統(tǒng)（Future Aviation Navigation System）的重要組成部分，一直被民航系統(tǒng)所重視。目前雷達系統(tǒng)作為民航空管單位和航空公司的主要監(jiān)視系統(tǒng)，扮演著各運行部門眼睛的重要角色。雷達系統(tǒng)的特點是信息豐富，比較全面，但是它有一個報文更新比較慢的問題。近年來出現(xiàn)的主流監(jiān)視系統(tǒng)ADS-B（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）工作原理是根據(jù)GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）來獲取空中飛行航空器的精確位置及相關飛行參數(shù)，因為它的經(jīng)濟性很有可能是空域監(jiān)視系統(tǒng)未來發(fā)展的方向。信息更新效率快是ADS-B監(jiān)視系統(tǒng)的主要特性，但是ADS-B監(jiān)視系統(tǒng)信息沒有飛行計劃、飛機引擎狀態(tài)等信息，目前世界民航領域?qū)DS-B監(jiān)視系統(tǒng)與雷達監(jiān)視系統(tǒng)之間的信息融合研究較多，沒有將ACARS與雷達系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行整合。ADS-B/ACARS組合系統(tǒng)可以提高監(jiān)視的時空覆蓋能力，可以提供更全面的當前空域飛機信息。能夠幫助航空公司更好的掌握飛機的實時狀態(tài)，促進航空運輸安全、高效、有序的進行。

（一）工作原理不同

ADS-B監(jiān)視系統(tǒng)無需地面設備參與，能夠獨立完成對空情報的采集、處理和發(fā)布；而二次雷達則是需要地面設備接收信號并解讀后發(fā)送航跡信息。一般情況下只需要機載電子設備，在飛機上：ADS-B設備、GPS衛(wèi)星導航接收機、坐艙交通信息顯示屏便可完成一整個個ADS-B監(jiān)視系統(tǒng)工作，不需要任何地面設備的參與。機載信息設備在收集到導航信息后就會通過ADS-B監(jiān)視系統(tǒng)設備發(fā)布出去，機載ADS-B監(jiān)視系統(tǒng)設備在接收到地面或者其他飛機的廣播信息后經(jīng)過處理會傳送到坐艙的顯示屏上，讓飛行員很清晰的得到與飛行相關的數(shù)據(jù)和信息。

ADS-B系統(tǒng)擁有先進、成熟的監(jiān)視技術，是以地空或者空空的數(shù)據(jù)鏈進行信息傳遞，將通過先進設備以及技術，對外發(fā)送和接收相關數(shù)據(jù)信息，從而讓飛機對自身、其他飛機和周邊環(huán)境都有一個充分全面的認知，這樣不僅增強了空中交通運行的安全性，還能更好的利用有限的空域，促進我國民航事業(yè)進一步發(fā)展。如圖1所示。

（二）覆蓋范圍不同

ADS-B主要依靠飛機自身設備和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡實現(xiàn)與地面的監(jiān)控系統(tǒng)的通信；其優(yōu)勢在于可以減少固定翼飛機的尾隨距離限制，擴大航班號共享的范圍等；二次雷達則需要靠地面人工操作員進行目標識別和解碼，以提供飛行報告服務。

（三）數(shù)據(jù)獲取方式不同

在實時性方面，由于二次雷達需要進行人為解碼的操作過程會影響到數(shù)據(jù)的及時性和準確性，因此不如ADS-B更具有優(yōu)越性；而在遠東地區(qū)部分二次雷達已經(jīng)開始升級改裝為一次/二次混合模式雷達來提高性能。

（四）應用場景的不同

對于某些小型機場來說，可能沒有合適的導航頻率供雙方飛行員溝通，此時就需要通過電話來進行聯(lián)系，以確保安全問題得到解決；而對于民航領域而言，無論是國際還是國內(nèi)空中交通管制都需要依賴二次雷達才能完成相關的指令和控制工作?？偟膩碚f，兩者的工作原理、應用特點和應用環(huán)境有所不同。具體使用哪種技術需要根據(jù)實際需求考慮。

二、ADS-B和雷達基本特點和性能要求比較

ADS-B 和二次雷達性能要求對比如下：

（1）在監(jiān)視手段上，二次雷達使用應答機，通過詢問和應答方式來獲取定位信息，因此位置信息精度低，而在此方面ADS-B由于使用GPS+數(shù)據(jù)鏈設備，所以獲取的位置信息精度高。（2）更新率上，二次雷達4-12秒，遠高于ADS-B的1秒速率。（3）獲取的信息內(nèi)容，二次雷達主要是目標矢量等，ADS-B不僅可以獲取目標矢量，還可以獲?。簹庀?、飛機以及機載設備的性能信息等。（4）二次雷達需要人工值守，地面站的建設成本高，ADS-B不需要人工值守，可以進行遠程監(jiān)控，在地面站建設成本上也低于二次雷達。（5）二次雷達使用過程中，會對環(huán)境造成RF輻射，ADS-B則不會對環(huán)境造成不良影響。（6）地面設備投資，二次雷達需要約180萬美金，而ADS-B只需要約20萬美金投入。

ADS-B在非雷達區(qū)域進行運行時，需要在航路以及終端區(qū)確立一個最低的運行要求，這個要求通過RTCA/ EUROCAE確定。在雷達相關的管制環(huán)境中存在的間隔誤差要求是終端小于0.16 nm，航路小于0.80 nm。目前，ADS-B的監(jiān)視終端區(qū)域位置的精度（小于0.1nm），同ADS-B與雷達監(jiān)視組合對比，組合監(jiān)視比單一傳感器監(jiān)視誤差小很多。性能要求比較如下表1所示。

三、結(jié)語

隨著雷達和ADS-B技術的逐步發(fā)展與成熟運用，全世界都在積極推進將ADS-B、雷達技術運用于整個航空運輸系統(tǒng)，旨在為其提供更優(yōu)質(zhì)的服務。目前，澳大利亞利用ADS-B在短時間內(nèi)完成了高空覆蓋；歐洲以ADS-B技術為支持加強了高密度飛行區(qū)域的管制力，而美國已在全國范圍內(nèi)完成ADS-B地面站的建設。在我國，眾多學者與研究人員也針對一、二次雷達、ADS-B監(jiān)視系統(tǒng)的融合及應用做了許多研究工作：實現(xiàn)地面便攜站；通過對短報文的研究，實現(xiàn)通信頻度的提高；實現(xiàn)基于ADS-B的監(jiān)視系統(tǒng)設計等。中國軍轉(zhuǎn)民

參考文獻

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（作者簡介：劉澤杉，大學本科，助理工程師，研究方向為空管通信導航監(jiān)視；作者單位：中國民用航空飛行學院空管中心）