ADS—B Category 021報(bào)文解析軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馮建鋒+魚佳欣+劉明菊+孟祥強(qiáng)

摘 要：由于ADS-B設(shè)備相比雷達(dá)和遙測遙控具有低成本、小型化和通用性的優(yōu)點(diǎn)，且能夠?qū)﹂L航時(shí)、遠(yuǎn)距離的飛行目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，文章規(guī)劃了Category 021 報(bào)文的引入方案，對Category 021報(bào)文格式進(jìn)行分析，重點(diǎn)設(shè)計(jì)開發(fā)了Category 021報(bào)文解析軟件，通過接收并處理ADS-B地面站傳送的目標(biāo)航跡數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了ADS-B信號中合作目標(biāo)航跡數(shù)據(jù)的提取與顯示，并進(jìn)行了測試驗(yàn)證。測試結(jié)果表明：該方案能有效地實(shí)現(xiàn)對飛行目標(biāo)的快速跟蹤監(jiān)視，增強(qiáng)了對飛行目標(biāo)的監(jiān)控手段。

關(guān)鍵詞：ADS-B；Category 021報(bào)文；航跡數(shù)據(jù)；目標(biāo)監(jiān)視

中圖分類號：TP301.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Design and/Mplementation of ADS-B Category 021 Message Parsing Sofeware

FEN Jian-fen，YU Jia-xin，LIU Ming-ju，MENG Xiang-qiang

（Luoyang electronic equipment test center in China，Jiyuan，Henan，459000）

Abstract：Because of ADS-B equipment compared to radar and telemetry remote control has the advantages of low cost，miniaturization and generality，and can fly for long-endurance，long-distance target monitoring，the article the introduction of the planning for the category 021 message，to analyze the category 021 message format，the key category 021 message parsing software is designed and developed，by receiving and processing ADS-B ground transfer target track data，implement the cooperation in ADS-B signal extraction and tracking data show that and test verification.Test results show that the scheme can effectively realize the flying target fast track monitor，strengthens the monitoring means of the flying target.

Key words：ADS-B；category 021 data；track data；target monitoring.

1 引 言

在試驗(yàn)任務(wù)中地面對飛行目標(biāo)的監(jiān)視一般采取兩種方式：一是通過遙測方式從目標(biāo)下傳的遙測數(shù)據(jù)中解析出目標(biāo)的位置信息，二是通過地面雷達(dá)測量目標(biāo)的空間位置。遙測數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、測量位置信息準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，但一方面遙測通信鏈路一般地面站與機(jī)載設(shè)備一一對應(yīng)，不具有通用性，且遙鏈路受到干擾后會導(dǎo)致對目標(biāo)跟蹤監(jiān)視的中斷。地面雷達(dá)由于持續(xù)工作時(shí)間有限難以長時(shí)間地對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。ADS-B自主的廣播數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)率高且穩(wěn)定，探測覆蓋面積廣和可以同時(shí)跟蹤多批次目標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)。引入ADS-B數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行處理提取出所關(guān)注目標(biāo)的航跡信息并顯示在航跡顯示系統(tǒng)中，可以彌補(bǔ)當(dāng)前對飛行目標(biāo)監(jiān)視手段的不足、拓展監(jiān)視目標(biāo)的技術(shù)手段，從而提高對飛行目標(biāo)的監(jiān)視能力。

廣播式自動相關(guān)監(jiān)視（automatic dependent surveillance-broadcast，ADS-B）是一種基于衛(wèi)星GNSS的監(jiān)視技術(shù)，使用甚高頻數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行各方面的通信，傳遞不同的情報(bào)信息，提高了傳遞數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可靠性，使得數(shù)據(jù)更加完整，成本更加低廉。ADS-B依賴GPS衛(wèi)星系統(tǒng)定位。通過接受飛行器的四維位置信息和其他附加信息，實(shí)時(shí)地管理空域的飛行情況，掌握動態(tài)情勢。ADS-B 技術(shù)成熟、建設(shè)成本低，可自主廣播數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)率高且穩(wěn)定，能夠無人值守，可作為靶場一種重要的對空監(jiān)視手段，用于獲取試驗(yàn)航區(qū)及周邊空域飛行活動信息，提高整體試驗(yàn)保障能力。

2 Asterix Category 021 報(bào)文的生成及引入

如圖1所示，ADS-B機(jī)載設(shè)備接收衛(wèi)星定位信息后，通過空中接口發(fā)射ADS-B消息，接收范圍內(nèi)架設(shè)的ADS-B天線接收數(shù)據(jù)到ADS-B地面站系統(tǒng)，經(jīng)過報(bào)告匯總生成，及輸出緩存生成Asterix Category 021報(bào)文格式，然后以UDP的格式傳到ADS-B應(yīng)用系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)處理軟件在接口處不停地偵聽，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)行解析與控制，將感興趣的目標(biāo)狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換成航跡顯示軟件能夠識別的接口協(xié)議并發(fā)送出去，從而顯示到航跡顯示軟件中，為指揮員實(shí)時(shí)觀測其運(yùn)行狀態(tài)提供保障。

3 Asterix Category 021 報(bào)文分析

ADS-B使用歐洲標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)數(shù)據(jù)交換格式（All purpose Structured Euro control Radar Information exchange format，ASTERIX），從1999 年12 月至2010 年12 月，Asterix Category 021 協(xié)議總共經(jīng)過了30 次版本修改。本文采用廣漢飛行學(xué)院的地面站進(jìn)行試驗(yàn)，故主要分析地面站使用的版本0.26。Category 021明確規(guī)定了ADS-B報(bào)文數(shù)據(jù)項(xiàng)以及其組成序列，并詳細(xì)描述各個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容以及適用范圍等。Category 021報(bào)文可以看作是由十六進(jìn)制數(shù)據(jù)串組成，其數(shù)據(jù)包組成含有包類型、長度、字段描述符和一系列數(shù)據(jù)項(xiàng)，如圖2為Asterix Category 021 報(bào)文包含信息情況：endprint

從圖2可以看出，包類型表示該報(bào)文類別，數(shù)據(jù)類型021，占一個(gè)字節(jié)，它表示數(shù)據(jù)塊含有A DS-B 報(bào)文；長度表示該數(shù)據(jù)幀的字節(jié)數(shù)，它表示整個(gè)數(shù)據(jù)塊的總長度；字段描述符表示該報(bào)文包含數(shù)據(jù)項(xiàng)情況，參考文獻(xiàn)[5]中均有詳細(xì)說明。數(shù)據(jù)項(xiàng)可以分為兩類：固定長度和可擴(kuò)展長度，前者有固定長度，后者需要根據(jù)擴(kuò)展標(biāo)識位來判斷實(shí)際長度。還有各數(shù)據(jù)項(xiàng)所包含的值類型或數(shù)值單位也不盡相同，計(jì)算過程要進(jìn)行數(shù)值轉(zhuǎn)換處理。

4 ADS-B地面站021數(shù)據(jù)處理程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 數(shù)據(jù)處理程序的功能組成

ADS-B地面站021數(shù)據(jù)處理程序的功能組成如圖3所示。主要作用是接收ADS-B地面站數(shù)據(jù)包，并從數(shù)據(jù)幀中提取目標(biāo)參數(shù)：地址碼、經(jīng)緯度、高度、航速、航向角。將這些參數(shù)進(jìn)行處理成航跡數(shù)據(jù)發(fā)送至航跡顯示軟件。該軟件具備數(shù)據(jù)控制的功能可對航跡進(jìn)行管理控制，并具備數(shù)據(jù)記錄與回放功能。

4.2 數(shù)據(jù)處理流程

ADS-B地面站輸出021數(shù)據(jù)的處理流程如圖4：

（1）數(shù)據(jù)接收；

（2）判斷是否為ADS-B目標(biāo)報(bào)告類型，如果是進(jìn)入步驟（3），否則丟棄該幀數(shù)據(jù)進(jìn)入步驟（1）；

（3）獲取數(shù)據(jù)幀到達(dá)時(shí)間，數(shù)據(jù)存盤，進(jìn)入步驟（4）；

（4）計(jì)算地址碼，進(jìn)入步驟（5）；

（5）存入已發(fā)現(xiàn)目標(biāo)庫，進(jìn)入步驟（6）；

（6）判斷此幀數(shù)據(jù)是否轉(zhuǎn)發(fā)至航跡顯示軟件。如果是進(jìn)入步驟（7），否則進(jìn)入步驟（1）；

（7）解析出經(jīng)緯度、高度、航速、航向角，進(jìn)入步驟（8）；

（8）坐標(biāo)變換與數(shù)據(jù)封裝，將處理好的航跡數(shù)據(jù)幀發(fā)送至航跡顯示軟件，進(jìn)入步驟（1）。

4.3 程序的實(shí)現(xiàn)

基于Visual C++6.0 的MFC，使用Socket串口編程。ADS-B報(bào)文處理程序運(yùn)行界面如圖5所示。程序可分為已接收目標(biāo)顯示區(qū)、處理轉(zhuǎn)發(fā)至航跡顯示區(qū)、接收地址設(shè)置區(qū)、轉(zhuǎn)發(fā)控制范圍設(shè)置區(qū)組成，數(shù)據(jù)回放區(qū)，接收到的數(shù)據(jù)默認(rèn)都保存到一個(gè)以時(shí)間命名的文件中，以便后期數(shù)據(jù)查詢與分析。

廣漢飛行學(xué)院擁有自己的航跡顯示軟件，如圖6為ADS-B數(shù)據(jù)處理軟件將選中目標(biāo)打包成相應(yīng)接口形式后的顯示圖，目標(biāo)能夠?qū)崟r(shí)快速跟蹤，準(zhǔn)確有效，為指揮員提供目標(biāo)實(shí)時(shí)信息，方便觀察并作出決策。

當(dāng)雙擊接收控制區(qū)的某個(gè)目標(biāo)，在轉(zhuǎn)發(fā)信息區(qū)會顯示選中目標(biāo)的飛行狀態(tài)，且該目標(biāo)的狀態(tài)信息會打包發(fā)送到航跡顯示軟件中。當(dāng)然不同的航跡顯示軟件接口協(xié)議會不同，只有協(xié)議對應(yīng)方能識別。

4.4 程序的創(chuàng)新點(diǎn)

（1）基于virtual C++ 6.0的MFC，采用socket串口編程技術(shù)，udp協(xié)議，快速有效接收發(fā)送數(shù)據(jù)；

（2）由于時(shí)間的累積，左側(cè)接收目標(biāo)顯示區(qū)的數(shù)據(jù)逐步增加，為防止數(shù)據(jù)驟增影響軟件運(yùn)行效率，本文采用vector動態(tài)數(shù)組的結(jié)構(gòu)，將5分鐘內(nèi)（可根據(jù)情況更改）無數(shù)據(jù)的飛行目標(biāo)刪除，提高運(yùn)行效率；

（3）默認(rèn)保存接收到的數(shù)據(jù)，并設(shè)置數(shù)據(jù)回放模塊，使場景再現(xiàn)；

（4）設(shè)置發(fā)送地址編輯功能，可添加多個(gè)發(fā)送方，方便快捷；

5 結(jié)束語

研究了1090ES ADS-B數(shù)據(jù)引接方案，分析了ADS-B地面站輸出的Category 021數(shù)據(jù)幀格式，設(shè)計(jì)制定了數(shù)據(jù)處理軟件的功能結(jié)構(gòu)，形成了數(shù)據(jù)處理流程，并編寫數(shù)據(jù)處理程序以實(shí)現(xiàn)對ADS-B 021數(shù)據(jù)的提取與最終顯示在航顯軟件中。通過對系統(tǒng)測試驗(yàn)證，結(jié)果表明系統(tǒng)能利用ADS-B數(shù)據(jù)對飛行目標(biāo)實(shí)現(xiàn)對飛行目標(biāo)的跟蹤監(jiān)視，有效增強(qiáng)了機(jī)場對飛行目標(biāo)的監(jiān)控手段。

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