ADS—B在南中國海的應用分析

肖志杰

摘 要：隨著南中國海航班量的增大和國際ADS-B航路的實施，ADS-B作為一種新興監視技術在南中國海的應用顯得尤其重要。本文主要通過對南中國?？沼駻DS-B數據完好性，可靠性及信號覆蓋范圍等重要數據分析了ADS-B在南中國海的應用情況。通過分析證明了ADS-B在南中國海的實用性，為ADS-B監視技術的實際應用方面提供相應的經驗。

關鍵詞：ADS-B 完好性 可靠性

中圖分類號：V24 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（b）-0046-02

廣播式自動相關監視（ADS-B）是一種基于全球衛星定位系統（GNSS）和空地、空空數據鏈通信的航空器運行監視技術。隨著航空領域的迅猛發展，傳統的雷達監視手段已無法滿足日益增長的空管監視需求。ADS-B作為新興的監視技術受到了國際民航的重視和推廣。

三亞飛行情報區于2008年在西沙永興島安裝ERA公司的ADS-B設備，為南中國海空域提供ADS-B監視服務。作為我國首先提供ADS-B監視服務的飛行情報區，推動了ADS-B監視新技術在我國的實際應用，為推廣應用ADS-B監視技術提供相關寶貴經驗。中南空管局通過對南中國海ADS-B信號進行評估，證明了ADS-B技術在南中國海的實用性和重要性。

1 ADS-B概述

ADS-B指的是航空器不需要人工的操作或地面站的詢問，通過廣播模式的數據鏈自動提供由機載導航設備和定位系統生成的數據，用于在無雷達覆蓋地區提供ATC監視等應用服務。

航空器通過GPS進行定位，并同時將氣壓高度表、速度表等機載設備信息協同位置信息輸入機載應答機，由機載應答機通過數據鏈向外周期性廣播飛機的呼號、高度、速度等其他相關的附加數據。其它裝載ADS-B設備的航空器也可接收到廣播信息并進行顯示，作為空空監視。ADS-B地面站接收到廣播信息并傳送到管制中心自動化顯示，作為空地監視。同時地面站能將空中交通情報服務信息（TIS-B）及飛行情報服務信息（FIS-B）發送給航空器。

2 ADS-B數據完好性分析

ADS-B數據完好性是指ADS-B報文能否用于自動化系統。這就要求ADS-B數據的循環冗余校驗（CRC）值是無錯的、且符合Asterix Cat 21格式。另外，完好性可通過ADS-B報文中的完導航不確定度類別（NUC）參數來衡量的。

為了表征導航數據的精度和完好性，GPS接收機輸出水平保護標準（HPL）。在ADS-B機載設備中，HPL被轉換成導航不確定度類別（NUC）。根據ICAO規定，NUC值（范圍0至9）必須不小于5才符合類雷達服務的數據完好性要求。在一定時間間隔內，從地面接收站輸出的所有飛機的ADS-B報文中提取的NUC值，并統計NUC≧5報文數量占ADS-B報文總數的比例，可以得到ADS-B信號的完好性指標。

2010年8月8日的ADS-B報文總量為831596，其中沒有發現有CRC錯誤和不符合Cat 21格式的報文。NUC≧5的報文數量占報文總量的92%，其中以NUC值為6與7的報文占了大多數，分別為26%和62%。NUC<5（即不符合類雷達管制完好性要求）的報文數量占報文總量的8%，其中絕大部分是NUC為0的報文。調查了多起NUC為0的情況，一個航班如果產生NUC為0，則其飛行過程中所有報文的NUC值均為0，可能是機載設備問題導致。

3 ADS-B數據可靠性分析

ADS-B數據的可靠性體現在三方面：ADS-B報文輸出的覆蓋范圍內的航班數量占當前航班總量的比例；ADS-B報文更新周期的統計；ADS-B報文延時統計。

3.1 航班覆蓋率統計

當航班覆蓋率必須達到較高的比例時，自動化系統才能通過ADS-B信號把握當前的空域飛行動態。以三亞Telephonics自動化系統為例，航班覆蓋率計算公式為：

ADS-B航班覆蓋率=ADS-B飛越航班數/Telephonics飛越航班數

2010年8月8日至9日，ADS-B航班覆蓋率為59.5%和62.2%，達到了自動化系統的要求。

3.2 ADS-B報文更新周期統計

雷達系統的報文周期通常為4～5s。而ADS-B系統中，正常情況下同一航班連續兩條報文之間的時間間隔為0.5～1s左右，這是ADS-B的報文周期。但ADS-B地面接收站可能會受到距離、干擾等影響，送出報文的周期可能會有所延長。根據2010年8月9日的統計，75%的ADS-B報文間隔在1 s之內，只有少部分報文（約6%）報文間隔大于1.5 s，因此ADS-B報文間隔相對于普通的二次雷達來說小了很多。

3.3 ADS-B報文延時統計

ADS-B報文中I021/030 Time of Day指示了位置報告時間。通過計算接收時間和位置報告時間的時間差，可以得出ADS-B報文的延時，對2010年9月8日9時34分至2010年9月9日0時34分時間段接收到的ADS-B報文進行統計，得出ADS-B報文的延時均分布在200～1600 ms之間，其中90%的報文延時在400～1400 ms之間，因此，它的報文延時并不穩定。假設航空器以900 km/h速度飛行，最大因延遲造成的誤差為400 m。

4 ADS-B信號的覆蓋范圍分析

理論上ADS-B地面站的最遠覆蓋范圍約為250海里，約合460 km?？紤]到地形遮擋，覆蓋范圍可能會有所縮小。使用覆蓋分析軟件可以對理論上的覆蓋情況進行分析，得出目前西沙接收站的高空覆蓋范圍，如圖2所示。

由圖2可得，在8000 m高度ADS-B信號能覆蓋到380 km以內空域，除地形遮擋因素外，設備運行狀況、地形遮擋、天氣、無線電干擾、介質反射、建筑物等因素也會影響實際覆蓋范圍。通過航班跟蹤統計得到西沙ADS-B信號能比較穩定地覆蓋到300 km以內的目標，300 km以外覆蓋稍差，最遠覆蓋范圍可達450 km。

5 結語

本文對南中國海ADS-B數據完好性、可靠性及信號覆蓋范圍進行分析。其數據完好性及可靠性基本達到了ADS-B管制運行規程的要求，其信號覆蓋范圍也達到了與傳統雷達監視相同的標準。驗證了ADS-B在南中國海運行的實用性，為ADS-B后繼的應用提供了可靠的經驗數據。

參考文獻

[1] 張利永，王宇.ADS-B在南中國海的實驗分析和應用思考[J].中國民用航空.2011，（121）：59-60.

[2] 陳惠鋒.ADS-B技術在民航空管中的應用及前景展望[J].軟件導刊，2012，11（3）：40-41。

[3] 王哲明.新興監視技術在三亞區管應用的研究[J].空中交通管理，2008，（1）：26-27.endprint

摘 要：隨著南中國海航班量的增大和國際ADS-B航路的實施，ADS-B作為一種新興監視技術在南中國海的應用顯得尤其重要。本文主要通過對南中國?？沼駻DS-B數據完好性，可靠性及信號覆蓋范圍等重要數據分析了ADS-B在南中國海的應用情況。通過分析證明了ADS-B在南中國海的實用性，為ADS-B監視技術的實際應用方面提供相應的經驗。

關鍵詞：ADS-B 完好性 可靠性

中圖分類號：V24 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（b）-0046-02

廣播式自動相關監視（ADS-B）是一種基于全球衛星定位系統（GNSS）和空地、空空數據鏈通信的航空器運行監視技術。隨著航空領域的迅猛發展，傳統的雷達監視手段已無法滿足日益增長的空管監視需求。ADS-B作為新興的監視技術受到了國際民航的重視和推廣。

三亞飛行情報區于2008年在西沙永興島安裝ERA公司的ADS-B設備，為南中國?？沼蛱峁〢DS-B監視服務。作為我國首先提供ADS-B監視服務的飛行情報區，推動了ADS-B監視新技術在我國的實際應用，為推廣應用ADS-B監視技術提供相關寶貴經驗。中南空管局通過對南中國海ADS-B信號進行評估，證明了ADS-B技術在南中國海的實用性和重要性。

1 ADS-B概述

ADS-B指的是航空器不需要人工的操作或地面站的詢問，通過廣播模式的數據鏈自動提供由機載導航設備和定位系統生成的數據，用于在無雷達覆蓋地區提供ATC監視等應用服務。

航空器通過GPS進行定位，并同時將氣壓高度表、速度表等機載設備信息協同位置信息輸入機載應答機，由機載應答機通過數據鏈向外周期性廣播飛機的呼號、高度、速度等其他相關的附加數據。其它裝載ADS-B設備的航空器也可接收到廣播信息并進行顯示，作為空空監視。ADS-B地面站接收到廣播信息并傳送到管制中心自動化顯示，作為空地監視。同時地面站能將空中交通情報服務信息（TIS-B）及飛行情報服務信息（FIS-B）發送給航空器。

2 ADS-B數據完好性分析

ADS-B數據完好性是指ADS-B報文能否用于自動化系統。這就要求ADS-B數據的循環冗余校驗（CRC）值是無錯的、且符合Asterix Cat 21格式。另外，完好性可通過ADS-B報文中的完導航不確定度類別（NUC）參數來衡量的。

為了表征導航數據的精度和完好性，GPS接收機輸出水平保護標準（HPL）。在ADS-B機載設備中，HPL被轉換成導航不確定度類別（NUC）。根據ICAO規定，NUC值（范圍0至9）必須不小于5才符合類雷達服務的數據完好性要求。在一定時間間隔內，從地面接收站輸出的所有飛機的ADS-B報文中提取的NUC值，并統計NUC≧5報文數量占ADS-B報文總數的比例，可以得到ADS-B信號的完好性指標。

2010年8月8日的ADS-B報文總量為831596，其中沒有發現有CRC錯誤和不符合Cat 21格式的報文。NUC≧5的報文數量占報文總量的92%，其中以NUC值為6與7的報文占了大多數，分別為26%和62%。NUC<5（即不符合類雷達管制完好性要求）的報文數量占報文總量的8%，其中絕大部分是NUC為0的報文。調查了多起NUC為0的情況，一個航班如果產生NUC為0，則其飛行過程中所有報文的NUC值均為0，可能是機載設備問題導致。

3 ADS-B數據可靠性分析

ADS-B數據的可靠性體現在三方面：ADS-B報文輸出的覆蓋范圍內的航班數量占當前航班總量的比例；ADS-B報文更新周期的統計；ADS-B報文延時統計。

3.1 航班覆蓋率統計

當航班覆蓋率必須達到較高的比例時，自動化系統才能通過ADS-B信號把握當前的空域飛行動態。以三亞Telephonics自動化系統為例，航班覆蓋率計算公式為：

ADS-B航班覆蓋率=ADS-B飛越航班數/Telephonics飛越航班數

2010年8月8日至9日，ADS-B航班覆蓋率為59.5%和62.2%，達到了自動化系統的要求。

3.2 ADS-B報文更新周期統計

雷達系統的報文周期通常為4～5s。而ADS-B系統中，正常情況下同一航班連續兩條報文之間的時間間隔為0.5～1s左右，這是ADS-B的報文周期。但ADS-B地面接收站可能會受到距離、干擾等影響，送出報文的周期可能會有所延長。根據2010年8月9日的統計，75%的ADS-B報文間隔在1 s之內，只有少部分報文（約6%）報文間隔大于1.5 s，因此ADS-B報文間隔相對于普通的二次雷達來說小了很多。

3.3 ADS-B報文延時統計

ADS-B報文中I021/030 Time of Day指示了位置報告時間。通過計算接收時間和位置報告時間的時間差，可以得出ADS-B報文的延時，對2010年9月8日9時34分至2010年9月9日0時34分時間段接收到的ADS-B報文進行統計，得出ADS-B報文的延時均分布在200～1600 ms之間，其中90%的報文延時在400～1400 ms之間，因此，它的報文延時并不穩定。假設航空器以900 km/h速度飛行，最大因延遲造成的誤差為400 m。

4 ADS-B信號的覆蓋范圍分析

理論上ADS-B地面站的最遠覆蓋范圍約為250海里，約合460 km。考慮到地形遮擋，覆蓋范圍可能會有所縮小。使用覆蓋分析軟件可以對理論上的覆蓋情況進行分析，得出目前西沙接收站的高空覆蓋范圍，如圖2所示。

由圖2可得，在8000 m高度ADS-B信號能覆蓋到380 km以內空域，除地形遮擋因素外，設備運行狀況、地形遮擋、天氣、無線電干擾、介質反射、建筑物等因素也會影響實際覆蓋范圍。通過航班跟蹤統計得到西沙ADS-B信號能比較穩定地覆蓋到300 km以內的目標，300 km以外覆蓋稍差，最遠覆蓋范圍可達450 km。

5 結語

本文對南中國海ADS-B數據完好性、可靠性及信號覆蓋范圍進行分析。其數據完好性及可靠性基本達到了ADS-B管制運行規程的要求，其信號覆蓋范圍也達到了與傳統雷達監視相同的標準。驗證了ADS-B在南中國海運行的實用性，為ADS-B后繼的應用提供了可靠的經驗數據。

參考文獻

[1] 張利永，王宇.ADS-B在南中國海的實驗分析和應用思考[J].中國民用航空.2011，（121）：59-60.

[2] 陳惠鋒.ADS-B技術在民航空管中的應用及前景展望[J].軟件導刊，2012，11（3）：40-41。

[3] 王哲明.新興監視技術在三亞區管應用的研究[J].空中交通管理，2008，（1）：26-27.endprint

摘 要：隨著南中國海航班量的增大和國際ADS-B航路的實施，ADS-B作為一種新興監視技術在南中國海的應用顯得尤其重要。本文主要通過對南中國?？沼駻DS-B數據完好性，可靠性及信號覆蓋范圍等重要數據分析了ADS-B在南中國海的應用情況。通過分析證明了ADS-B在南中國海的實用性，為ADS-B監視技術的實際應用方面提供相應的經驗。

關鍵詞：ADS-B 完好性 可靠性

中圖分類號：V24 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（b）-0046-02

廣播式自動相關監視（ADS-B）是一種基于全球衛星定位系統（GNSS）和空地、空空數據鏈通信的航空器運行監視技術。隨著航空領域的迅猛發展，傳統的雷達監視手段已無法滿足日益增長的空管監視需求。ADS-B作為新興的監視技術受到了國際民航的重視和推廣。

三亞飛行情報區于2008年在西沙永興島安裝ERA公司的ADS-B設備，為南中國海空域提供ADS-B監視服務。作為我國首先提供ADS-B監視服務的飛行情報區，推動了ADS-B監視新技術在我國的實際應用，為推廣應用ADS-B監視技術提供相關寶貴經驗。中南空管局通過對南中國海ADS-B信號進行評估，證明了ADS-B技術在南中國海的實用性和重要性。

1 ADS-B概述

ADS-B指的是航空器不需要人工的操作或地面站的詢問，通過廣播模式的數據鏈自動提供由機載導航設備和定位系統生成的數據，用于在無雷達覆蓋地區提供ATC監視等應用服務。

航空器通過GPS進行定位，并同時將氣壓高度表、速度表等機載設備信息協同位置信息輸入機載應答機，由機載應答機通過數據鏈向外周期性廣播飛機的呼號、高度、速度等其他相關的附加數據。其它裝載ADS-B設備的航空器也可接收到廣播信息并進行顯示，作為空空監視。ADS-B地面站接收到廣播信息并傳送到管制中心自動化顯示，作為空地監視。同時地面站能將空中交通情報服務信息（TIS-B）及飛行情報服務信息（FIS-B）發送給航空器。

2 ADS-B數據完好性分析

ADS-B數據完好性是指ADS-B報文能否用于自動化系統。這就要求ADS-B數據的循環冗余校驗（CRC）值是無錯的、且符合Asterix Cat 21格式。另外，完好性可通過ADS-B報文中的完導航不確定度類別（NUC）參數來衡量的。

為了表征導航數據的精度和完好性，GPS接收機輸出水平保護標準（HPL）。在ADS-B機載設備中，HPL被轉換成導航不確定度類別（NUC）。根據ICAO規定，NUC值（范圍0至9）必須不小于5才符合類雷達服務的數據完好性要求。在一定時間間隔內，從地面接收站輸出的所有飛機的ADS-B報文中提取的NUC值，并統計NUC≧5報文數量占ADS-B報文總數的比例，可以得到ADS-B信號的完好性指標。

2010年8月8日的ADS-B報文總量為831596，其中沒有發現有CRC錯誤和不符合Cat 21格式的報文。NUC≧5的報文數量占報文總量的92%，其中以NUC值為6與7的報文占了大多數，分別為26%和62%。NUC<5（即不符合類雷達管制完好性要求）的報文數量占報文總量的8%，其中絕大部分是NUC為0的報文。調查了多起NUC為0的情況，一個航班如果產生NUC為0，則其飛行過程中所有報文的NUC值均為0，可能是機載設備問題導致。

3 ADS-B數據可靠性分析

ADS-B數據的可靠性體現在三方面：ADS-B報文輸出的覆蓋范圍內的航班數量占當前航班總量的比例；ADS-B報文更新周期的統計；ADS-B報文延時統計。

3.1 航班覆蓋率統計

當航班覆蓋率必須達到較高的比例時，自動化系統才能通過ADS-B信號把握當前的空域飛行動態。以三亞Telephonics自動化系統為例，航班覆蓋率計算公式為：

ADS-B航班覆蓋率=ADS-B飛越航班數/Telephonics飛越航班數

2010年8月8日至9日，ADS-B航班覆蓋率為59.5%和62.2%，達到了自動化系統的要求。

3.2 ADS-B報文更新周期統計

雷達系統的報文周期通常為4～5s。而ADS-B系統中，正常情況下同一航班連續兩條報文之間的時間間隔為0.5～1s左右，這是ADS-B的報文周期。但ADS-B地面接收站可能會受到距離、干擾等影響，送出報文的周期可能會有所延長。根據2010年8月9日的統計，75%的ADS-B報文間隔在1 s之內，只有少部分報文（約6%）報文間隔大于1.5 s，因此ADS-B報文間隔相對于普通的二次雷達來說小了很多。

3.3 ADS-B報文延時統計

ADS-B報文中I021/030 Time of Day指示了位置報告時間。通過計算接收時間和位置報告時間的時間差，可以得出ADS-B報文的延時，對2010年9月8日9時34分至2010年9月9日0時34分時間段接收到的ADS-B報文進行統計，得出ADS-B報文的延時均分布在200～1600 ms之間，其中90%的報文延時在400～1400 ms之間，因此，它的報文延時并不穩定。假設航空器以900 km/h速度飛行，最大因延遲造成的誤差為400 m。

4 ADS-B信號的覆蓋范圍分析

理論上ADS-B地面站的最遠覆蓋范圍約為250海里，約合460 km?？紤]到地形遮擋，覆蓋范圍可能會有所縮小。使用覆蓋分析軟件可以對理論上的覆蓋情況進行分析，得出目前西沙接收站的高空覆蓋范圍，如圖2所示。

由圖2可得，在8000 m高度ADS-B信號能覆蓋到380 km以內空域，除地形遮擋因素外，設備運行狀況、地形遮擋、天氣、無線電干擾、介質反射、建筑物等因素也會影響實際覆蓋范圍。通過航班跟蹤統計得到西沙ADS-B信號能比較穩定地覆蓋到300 km以內的目標，300 km以外覆蓋稍差，最遠覆蓋范圍可達450 km。

5 結語

本文對南中國海ADS-B數據完好性、可靠性及信號覆蓋范圍進行分析。其數據完好性及可靠性基本達到了ADS-B管制運行規程的要求，其信號覆蓋范圍也達到了與傳統雷達監視相同的標準。驗證了ADS-B在南中國海運行的實用性，為ADS-B后繼的應用提供了可靠的經驗數據。

參考文獻

[1] 張利永，王宇.ADS-B在南中國海的實驗分析和應用思考[J].中國民用航空.2011，（121）：59-60.

[2] 陳惠鋒.ADS-B技術在民航空管中的應用及前景展望[J].軟件導刊，2012，11（3）：40-41。

[3] 王哲明.新興監視技術在三亞區管應用的研究[J].空中交通管理，2008，（1）：26-27.endprint