ADS-B技術分析和應用

呼延帥斌

摘要：隨著近些年民航大力的發展，ADS-B技術也在發展中起著越來越重要的作用，本文針對ADS-B在民航的一些技術和應用展開了分析。

關鍵詞：ADS-B 1090ES;數據鏈;DF17

中圖分類號：V355.1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）04-0109-01

0 引言

近些年來，隨著民航的大力發展，相對于傳統的二次雷達等一些監視手段已經不能滿足日益發展的趨勢，而新技術的引入，也能極大的促進對于空中監視水平的進步，中國民航為了探索新航行系統發展之路，北京、上海、廣州三大區域管制中心建成，為其配套的空管自動化系統都具備了處理ADS-B信號的能力，并先后發布了相關的規范《廣播式自動相關監視（ADS-B）在飛行運行中的應用》《廣播式自動相關監視（ADS-B）管制運行規程》《1090兆赫擴展電文廣播式自動相關監視地面站（接收）設備技術要求》[1]等相關的規范和指導意見，為ADS-B的發展奠定了堅實的基礎。

1 ADS-B數據鏈技術

ADS-B有三種數據鏈技術，分別是1090ES、VDL-4、UAT，1090ES數據鏈技術的工作頻率是1090MHz，采用的是脈沖調制，接入采用的是單通道、隨機接入的方式，因為也是基于1090MHz的數據鏈，所以可以在傳統的S模式應答機上適當的升級就可以應用，相對的成本也會更低。VDL-4是108MHz-137MHz，采用GFSK調制，接入采用的是分時接入方式，UAT是978MHz，采用2CPFSK調制，接入方式為單通道分時接入。三種數據鏈均可以實現對ADS-B的支持，由于1090ES數據鏈的便利性，1090ES的性能雖然并不優于其它兩種數據鏈，但是同樣可滿足ADS-B初期要求，與此同時，在其它非技術要素的對比中它還具有以下的優勢，即它是唯一實現標準化的ICAO鏈路技術，再加上投入資金相對較少（后期升級成本低，而不用在安裝新設備），所以ICAO推薦采用1090MHzS模式擴展型自發報文（1090ES）數據鏈。

2 1090ES數據鏈的重要性能和內容參數

1090ES的傳輸比特率為1M/S，編碼方式為PPM，一般發射機（應答機）的功率在51dBm-57dBm，消息長度為112bit，下發的信息格式采用的是S模式類似的格式，而主要是通過ME字段域（第33-88位）去進行消息的傳輸，信息主要是DF17、DF18、DF19，其中DF=17格式用于S模式應答機發射的ADS-B消息，DF=18格式用于非S模式應答機發射的ADS-B消息或TIS-B，DF=19為軍用格式，而民航飛機大部分都是采用的DF17進行消息的傳輸。其中DF17可以下發的消息分幾個大類：狀態矢量（三維位置、三維速度、飛機轉向標示、導航不確定度分類等）、狀態和意圖信息（緊急/優先級狀態、當前意圖信息、航路意圖信息）、分類號、其它種類信息。下面重點針對常用的幾個消息進行分析：

（1）空中位置消息，空中位置消息廣播速率為與上次空中位置廣播間隔為0.4s～0.6s范圍內隨機分布，空中位置消息的第1-5位為類型（如DF17就是轉換十進制17），第6-7位為監視狀態消息，第8位為單/雙天線，第9-20位是飛機高度信息，第21位為時間對準信息（注意只有1位，而不是具體的時間），第22位為CPR格式，第55-71位為飛機所在的緯度消息，第72-88位為飛機所在的經度消息。

（2）地面位置消息，ADS-B地面位置消息廣播分為高/低兩種速率，高速率是指本次地面位置消息廣播與上次地面位置信息廣播間隔在0.4s～0.6s范圍內隨機分布;低速率是指本次地面位置消息廣播為與上次地面位置信息廣播間隔在4.8s～5.2s范圍內隨機分布，如果不設置，默認是高速率。地面位置消息的第1-5位為類型，第6-12位為運動能力，第13位為地面狀態位指示（說明飛機是否處于地面狀態還是非地面狀態），第14-20位為飛機的飛行方向/地面航跡，第21位為時間消息，第22位CPR格式，第23-39位為飛機所在的緯度消息，第48-56位為飛機所在的經度。其中上面兩種消息，空中位置消息的精度大約為5m，地面位置消息的精度大約為1.25m。

（3）空速消息，本次空速消息廣播與上次空速消息廣播間隔在0.4s～0.6s范圍內隨機分布，空速消息的第1-5位為類型，6-8位為子類型，第9位為飛機意向是否改變標志，第10位為IFR能力標志，第11-13位為NACv速度精度指示位，第14位為飛行方向狀態位，第15-24位為飛行方向，第25位為空速類型，第26位為空速，第36位為垂直率源，第37位為垂直速率單位，第38-46為垂直速率，第47-48位為保留，第49位為氣壓高度差單位，第50-56位為氣壓高度差數值。

3 ADS-B報文

針對ADS-B所傳送的可監視信息類型不同，可將ADS-B報告分為三類，分別是狀態矢量報文（SV）、模式狀態報文（MS）、條件報告（OC），而民航常用的是采用CAT021格式進行數據的傳輸，在MT/H 4036-2012中規定ADS-B地面站輸出的目標數據格式和內容應該符合ASTERIX Category 021（CAT021）要求。隨著ADS-B技術的進步，也出現了不同的版本號，其中常用的為0.26版本、1.4版本、1.5版本和2.1版本，而各個版本的傳輸項和定義也有些區別，下面就針對最基本的0.26版本針對不同項進行解析。首先每個CAT021報文在去除報頭和報尾后的正文中第1個字節為類型（CAT），一般轉換為十進制就是21（說明是021報文），第2-3個字節為報文的長度（LEN），根據整個報文的長度不同而定義其數值，后面根據FSPEC和UAP表去定義其具體每一項的具體內容。在內容里第一項I021/010為數據源標識，也就是SAC/SIC碼，每個地面站根據位置的不同而分配了不同的碼，便于后期的管理和用戶的識別，I021/020為發射體類型，主要描述的是發射的飛機種類還是車輛，I021/030、I021/032為日時間（所報告位置的星歷基準時間），其中032比030的精確度更高，I021/040是目標報告描述，說明是測試還是應答機還是地面車輛等，I021/080為目標的S模式地址，I021/090為品質因數NUCp，I021/095為速度精度NUCv，021/110為預定軌跡，I021/130為在WGS-84坐標中的位置（經緯度），I021/140為幾何高度，這個數值是通過WGS信息下發的，I021/145為大氣壓高度，這個是飛機的高度氣壓表下發的，I021/146為選定高度，I021/150為計算的空速，I021/151為真實的空速，I021/152為飛機磁航向，I021/155為大氣壓下的垂直速率，I021/157為WGS下的垂直速率I021/160為飛機在地面上的速度，I021/165為轉向速率，I021/170為飛機航班號，I021/200為目標的狀態，比如SPI、緊急代碼都在這里標識，I021/210為MOPS標識，這個是精度的表征，數值越大表示精度越好，I021/220為氣象報告，I021/230為側滾角。

4 結語

隨著ADS-B的深入發展，也需要我們空管技術人員不斷的去探索新的技術，將ADS-B技術和傳統雷達監視相結合，大力推廣新技術的應用和發展。

參考文獻

[1] MH-T 4036-2012.1090MHz擴展電文廣播式自動相關監視地面站（接收）設備技術要求[S].