淺析廣播式自動相關監視技術的應用

范 軍

（民航江蘇空管分局連云港導航站，江蘇連云港 222000）

1 廣播式自動相關監視系統介紹

廣播式自動相關監視ADS－B 是Automatic Dependent Surveillance－Broadcast 的縮寫，它代表的基本含義為：A－自動（Automatic）：不需要人工的操作，不需要地面的詢問；D－相關（Dependent）：信息全部基于機載數據，由飛機提供準確的速度、位置等信息；S－監視（Surveillance）：提供位置和其他用于監視的數據；B－廣播式。ADS－B 是一項基于GNSS 衛星定位和地/空數據鏈通信的航空器運行監視技術，飛機以廣播方式向全空域發送自身的位置報告。由于是飛機自主性、周期性的廣播信息報告，可監視所有具備相應機載設備的目標，真正實現空天地一體化協同監視。它依靠空中飛行的每一架飛機自動廣播自身位置信息，并接收附近其他飛機的位置報告，可以了解周圍空域的飛行態勢，使駕駛員無需依賴地面雷達監視和管制，自主維護空中交通秩序，為自由飛行提供了可能。區別于ADS－B 的工作方式，還有一種自動相關監視技術是ADS-C，也就是尋址式/契約式自動相關監視，通過點對點尋址至簽署了數據接收合同的地面站，是端對端通信。

ADS-B 的優點體現為：在場面監視上，與場監雷達可以進行協同配合，改進飛行員態勢感知，增強場面交通控制管理，降低潛在的機場入侵、地面相撞；在空空監視上，改進了飛機間的飛行間隔，實現了看得見的避讓，增強了航路空空操作；在地空監視上，可覆蓋無雷達區域（改進的分離間隔），實現增強的專用VFR 運行。

ADS－B 適合于海洋、山區、荒漠、邊遠機場等不宜建設雷達的區域，具有維護費用低、使用壽命長、增大空域容量的優點。與雷達相比，ADS-B 具有數據更新率快、高度精度和位置精度高、速度矢量全和覆蓋范圍廣等特點，是新航行系統中重要的組成部分，是未來空管監視技術發展的主要方向之一。

2 ADS－B 系統組成

ADS－B 設備由地面設備和機載設備組成，以網狀、多點對多點方式完成視距范圍的數據雙向通信。地面設備包括地面接收機、天線、數據服務器、顯示單元、附屬網絡和通信設備。機載設備包括GPS 接收處理單元、ADS-B 收發信機、監視信息處理系統、機艙綜合信息顯示系統CDTI 等。機載設備以GNSS/GPS進行實時定位后，可以以1 秒的間隔廣播式發出來自機載信息處理單元收集到的導航信息，接收其他飛機和地面的廣播信息后經過處理送給CDTI。CDTI 根據收集的其他飛機和地面的ADS－B 信息、機載雷達信息和導航信息后給飛行員提供飛機周圍的態勢信息和其他附加信息（例如沖突告警信息，氣象信息等）。

ADS－B 系統是一個集通信與監視與一體的信息系統，它由信息源、信息傳輸通道和信息處理與顯示3 部分組成。信息源主要有全球衛星導航系統（GNSS）、慣性導航系統（INS）、慣性參考系統（IRS）、飛行管理器、其他機載傳感器，如大氣數據系統，可以獲得飛機識別碼、飛機4 維位置信息、航行意圖、飛行速度、氣象信息、交通信息等。ADS－B 的信息傳輸通道以ADS-B 報文形式，通過空-空、空-地數據鏈廣播式傳播。ADSB 的信息處理與顯示主要包括信息的提取、處理及有效算法，進行飛機位置信息的估計、跟蹤、報告以及其他輔助信息的獲取預處理，形成清晰、直觀的背景地圖和航跡、交通態勢分布、參數窗口以及報文窗口等，在地面站以偽雷達的畫面提供給管制員，在飛機上由CDTI 等提供給飛行員。

3 ADS-B 數據鏈技術

由于ADS-B 數據鏈要求信道容量大、傳輸速率快和具有廣播模式，目前有3 種數據鏈路可供ADS-B 選擇使用：Mode S 1090MHz ES；通用訪問收發機UAT（Universal Access Transceiver）；模式4 甚高頻數據鏈VDL-4。典型應用有：美國商用航空采用1090ES；通用航空采用UAT；歐洲采用VDL-4。

1090ES，UAT 和VDL-4 三種數據鏈互不兼容。比較3 種通信鏈路模式，1090ES 最易實現，因為它是由空中防相撞系統TCAS 改良而來，僅需升級機載S 模式應答機軟件和加裝GPS全球定位系統連線即可。而UAT 和VDL-4 模式需要飛機加裝新設備，代價較大。在抗干擾性能上，1090ES 和二次雷達都使用1090MHz 頻段，易造成兩者的同頻干擾；VDL-4 則對目前的VHF 甚高頻語音通信造成極大的干擾；UAT 專門為ADS-B設計，不存在頻段干擾現象，只是與測距機產生輕微的干擾現象。在通信容量和空-空監視范圍上，UAT 模式均優于其余兩種方式。尤其是在適用RTCA 標準方面，適用所有RTCA ADSB 最低航空系統性能標準上，UAT 是唯一符合要求的數據鏈配置，且UAT 支持TIS-B 和FIS-B 服務，所以，使用UAT 數據鏈技術的空-空ADS-B 性能總體優于1090ES 和VDL-4 數據鏈技術。

目前，只有ADS-B 1090ES 技術是被多方接受的標準，1090ES 數據鏈目前在TCAS，SSR 等領域得到了廣泛的應用，技術比較成熟，但是現有的S 模式地面設備基本不具備上行數據傳送能力。UAT 并沒有形成國際標準，僅在美國境內允許使用，ADS-B VDL-4 因為頻率干擾等問題，雖然已形成國際標準，卻未能有效推廣，只在歐洲少數國家和地區進行試驗。

雖然3 種數據鏈應用上都有著各自的優勢和用戶群，但數據融合和信息共通是空中交通管理的趨勢，在現有的狀態下，未安裝ADS-B 的飛機上應優先考慮安裝UAT，同時由ICAO組織協調建立不同技術兼容的國際標準，融合多數據鏈技術，用以配合雷達監視系統，提供更安全、可靠的監視技術支持。

4 ADS-B 技術的應用

ADS-B 可實現飛行信息的真正共享，實現空天地自主式協同管理，是新航行系統中非常重要的通信和監視技術，它在防撞、洋區監視、無雷達環境的ATC、協同合作判斷、持續可視的跑道容量、停機坪管理、避免跑道侵入、提高飛行員的環境意識等方面都有很強的使用價值。

相對于飛機的信息傳遞方向不同，機載ADS-B 應用功能可分為發送（OUT）和接收（IN）2 類。

4.1 ADS-B OUT 應用

ADS-B OUT 是指航空器的機載發射機以一定的周期發送航空器的各種信息，包括：航空器識別信息（ID）、位置、高度、速度、方向和爬升率等。地面系統通過接收機載設備發送的ADS-B OUT 信息，監視空中交通狀況。主要包含5 個方面的地面監視應用：航路監視（ADS-B-ACC）；終端區監視（ADS-B-TMA）；無雷達覆蓋區監視（ADS-B-NRA）；機場場面監視（ADS-B-APT）；為其他地面設備提供飛機數據（ADS-BADD）。

4.2 ADS-B IN 應用

航空器通過ADS-B IN 接收其他航空器發送的ADS-B OUT 信息或者地面服務設備發送的信息，為機組運行提供支持。ADS-B IN 可以使機組在機艙綜合信息顯示系統CDTI 上“看到其他”航空器的運行狀況，從而提高機組的空中交通情景意識。主要包含7 個方面的空-空監視應用（空中交通狀況咨詢ATSAW）：全天候增強型咨詢（ATSA-AIRB）；增強的連續目視進近（ATSA-SVA）；洋區尾隨飛行程序（ASPA-ITP）；增強型機場場面交通狀況咨詢（ATSA-SURF）；增強的目視“看到-避讓”（ATSA-S＆A）；增強的排隊和匯聚（ASPA-S＆M）；增強的交叉和穿越飛行（ASPA-C＆P）。

地面站也可以向航空器發送信息，是ADS-B 的擴展功能，具體分為2 類：空中交通信息服務廣播（Traffic Information Service Broadcast，TIS-B），是將沒有安裝ADS-B 設備的飛機的位置等相關信息通過廣播式地空數據鏈向空中廣播，并進行數據轉換和融合；飛行情報信息服務廣播（Flight Information Services-Broadcast，FIS-B），主要是廣播發送氣象信息和飛行情報信息。

TIS-B 是一種地面基站的上行數據鏈服務。ADS-B 地面站接收航空器發送的ADS-B 位置報文，將這些數據傳遞給監視數據處理系統（Surveillance data processing system，簡稱SDPS）。同時，SDPS 也接收雷達和其他監視設備的數據，SDPS 將這些數據融合為統一的目標位置信息，并發送至TIS-B 服務器。TIS-B 服務器將信息集成和過濾后，生成空中交通監視全景信息，再通過ADS-B 地面站發送給航空器。這樣機組就可以獲得全面而清晰的空中交通信息。TIS-B 的應用可以使ADS-B 不同數據鏈類型的用戶獲得周邊的空域運行信息，從而做到間接互相可見。

FIS-B 是地面向空中廣播飛行情報服務，ADS-B 地面站向航空器傳送氣象、航行情報等信息。這些信息可以是文本數據，也可以是圖像數據。文本格式的氣象信息包括日常報（METAR）、特選報（SPECI）、機場天氣預報（TAF）等。圖像格式的信息包括雷達混合圖像、臨時禁飛區域和其他航行信息。FIS-B 使機組可以獲得更多的運行相關信息，及時了解航路氣象狀況和空域限制條件，為更加靈活而安全的飛行提供保障。

5 ADS-B 技術的發展情況

自從1991 年ADS-B 技術首次在歐洲成功演示以來，在ICAO 組織新航行系統發展規劃指導下，歐洲、美國和澳大利亞等地區的航空組織進行了卓有成效的研究，尤以美國和澳大利亞在ADS-B 領域取得巨大進展。

美國在1994 年對ADS-B 進行了地-地通信實驗，1999 年UAT 模式的ADS-B 設備試驗飛行。2005 年，美國FAA 將ADS-B 確定為未來空中交通管制的基礎。2008 年開始在全美國空域建設ADS-B。FAA 計劃在2014 年之前建成400 個ADS-B 地面基站，在全美實現衛星導航功能，與此同時將逐步停止使用125 個ATC 雷達。而在2014 年4 月，FAA 宣布已經在全美范圍內完成廣播式自動相關監視（ADS-B）無線電網絡的安裝，以支持向基于衛星的NextGen 空中交通管制系統進行轉換。

澳大利亞同樣是一個成功推廣使用ADS-B 技術的國家，1996 年就開始使用管制員駕駛員數據鏈通信設備，2003 年開始實施ADS-B 高空覆蓋計劃，并計劃在2012 年開始強制所有飛機安裝ADS-B 設備。目前，已基本實現20000 英尺高度的完整覆蓋。

我國是繼美國之后第2 個將ADS-B 技術應用于通用航空領域的國家。成功完成了成都-九寨ADS-B 應用監視系統工程的建設與論證，得出了結論：在精度、完好性等多項特性上，ADS-B 數據優于雷達數據；在速度、航向的精度和連續性上ADS-B 數據優于雷達。總體上，ADS-B 性能優于雷達，并且ADS-B 數據鏈能滿足日益增長的民航空管監視的需求。之后，完成了成都-拉薩航線監視工程項目，實現成都－拉薩航線主要高度層的ADS-B 多重連續覆蓋，為管制部門提供監視參考；完成了西沙ADS-B 試驗系統建設，收集飛行統計數據，分析統計該區域機隊的ADS-B 機載設備能力，積累了大量的驗證數據。同時，作為西沙雷達的補充，加強了對南中國海的空域監視能力和ADS-B 技術在洋區的試驗應用，有著重大的現實意義。最近，B215 航路空管新技術應用工程也在實施當中，實現B215 航路的雙重覆蓋將為研究、分析雷達和ADS-B 信號融合和顯示方法提供范例。

6 結語

ADS-B 系統的應用對我國交通管制發展具有重大的意義。通過沖突檢測和交通態勢顯示，實現飛機的相互監視和指揮能力。通過減小空域內飛機的最小間隔，增大空域容量，提高了空域資源的利用率。ADS-B 良好的通信性能和高效的監視功能，更精確、連續地掌握飛行動態，有效實施管制。因地制宜，大力科學地推進ADS-B 系統的實施，有望迅速為我國帶來顯著的經濟和軍事效益。

［1］李自俊.ADS-B 技術在通用航空飛行中的應用［J］.國際航空，2008（4）.

［2］何東林.廣播式自動相關監視技術［J］.民航科技，2011（2）.

［3］范婷.ADS-B 的應用［J］.經營管理者，2013（3）.