南京ADS-B數據站功能及接入自動化系統的分析

宮利蘋

摘 要：南京ADS-B數據站系統共引接了十個ADS-B地面站信號，是連接地面站和數據用戶之間的橋梁，為所轄地區的中低空管制中心、進近、塔臺等空管部門提供ADS-B實時綜合監視信息，同時實現對本區域內ADS-B地面站的監控。本文闡述了ADS-B數據站的架構及功能，并針對ADS-B數據和雷達數據的差異性，分析了ADS-B數據接入自動化系統后，在數據融合上的難點和潛在風險。

關鍵詞：ADS-B數據站;系統架構;數據處理;自動化系統

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）13-0041-02

0 引言

廣播式自動相關監視（ADS-B）技術屬于非獨立協同式監視，與傳統的雷達監視相比，它可以提供更多的監視目標信息，定位精度高，數據更新率快，建設、運行維護成本低。

ADS-B技術從整體上可分為數據源、傳輸鏈路和信號接收處理三大部分。現階段ADS-B地面接收處理部分包括ADS-B地面站和數據處理中心。ADS-B地面站輸出的數據更新頻率快，數據量大，如果直接將多個地面站輸出的多路ADS-B數據接入本地空管自動化系統，將大大增加空管自動化系統處理的負載，風險很大。因此，需要建設ADS-B數據處理中心，它具有融合輸出、提供防偽和抗干擾能力。在設計時采用層級傳輸的原則，將全國ADS-B傳輸網絡分為三個層級：一級數據中心（主備）、二級數據處理中心（高空管制單位）和數據站（空管分局站）。

南京ADS-B數據站共引接了十個ADS-B地面站，并在2018年底完成ADS-B實時綜合監視數據接入到自動化系統中。

1 ADS-B數據站系統架構

ADS-B數據站從結構上可以分為三個部分：數據引接、數據處理和數據輸出。

數據引接是指接入多個ADS-B地面站，如南京ADS-B數據站，共引接了10個ADS-B地面站。各地面站經過兩路不同的傳輸鏈路分別接入輸入交換機A和輸入交換機B。為了避免各地面站ADS-B數據相互串擾，在輸入交換機上設置了VLAN，保證各地面站信號的隔離。同時在輸入交換機后增加防火墻，保證網路安全。信號引接如圖1所示。

數據處理部分是整個數據站的核心，采用了三網絡 （A/B/C網）冗余結構，服務器均采用雙機熱備份方式工作，保證系統運行安全、可靠。數據處理部分的服務器如圖2所示。

數據輸出可以根據不同用戶的需求，定制輸出不同參數的ADS-B數據。南京ADS-B數據站輸出的融合數據經過輸出防火墻和交換機后送給了本地自動化系統和華東二級數據處理中心。

2 ADS-B數據站主要功能

ADS-B數據站引接多個地面站的實時目標監視數據，通過目標相關判斷后，將同一目標的多路數據融合形成實時綜合監視信息，為管制中心、進近、塔臺等空管部門提供使用，同時對本區域內ADS-B地面站進行監視。

系統各服務器的主要功能如表1所示。

2.1 引接監視數據

系統能同時接收處理多個地面站發送過來的ADS-B數據，每個地面站可通過兩路不同的傳輸鏈路接入到輸入交換機A和B中。主通道參與多路ADS-B數據融合處理，備通道不參與多路融合，只做必要的質量監視。系統可以自動或人工切換主備通道，不影響數據的正常處理。

系統除了引接需要的ASTERIX CAT021類目標數據、023類格式數據和247類版本數據外，還可以引接雷達數據或綜合航跡數據，在可疑目標驗證處理中使用。

2.2 監視數據處理

2.2.1 單路ADS-B目標數據的解析和處理

系統除了對多路ADS-B目標數據進行融合處理外，還會對單路的ADS-B目標數據進行解析和跟蹤處理。單路處理后的數據可以在目標態勢界面上選擇查看，如果輸出的綜合監視數據質量不好，可以通過檢查單路數據來判斷故障點，方便技術維護人員排查故障原因。

2.2.2 多路ADS-B目標數據的融合

對于多路允許參與融合的ADS-B目標信息，系統經過目標相關判別后，確定這些目標信息是否屬于同一個目標，如屬同一目標則進行融合處理，生成系統綜合目標信息。與單路目標類似，用戶也可在態勢界面上選擇觀察綜合目標情況。融合處理后的ADS-B目標應盡量不出現位置回跳、二次代碼/航班號來回切換的情況。

系統對接收到的多路ADS-B目標數據，優先在高版本地面站中選擇距離目標最近的站點作為優選站點。如果沒有高版本的基站數據，或者說只有0.26版本的數據，則選擇離目標最近的站點作為優選站點，除航班號、二次代碼、高度、速度、航向等信息外，其他信息使用優選站點的數據。

優選站點中可能并不包含航班號、二次代碼、高度、速度和航向信息，或者即使包含了該信息，但也可能是被保持的歷史數據。這幾種類型的數據由收到的所有基站信息融合而成。當某一個基站中包含該信息時，則綜合航跡包含該信息。當不同基站含有的同類信息不同時，如某些基站收到了更新的二次代碼，但有些基站未收到，使得不同基站的二次代碼不同，綜合選擇時盡可能的選擇更新的二次代碼作為綜合數據。

2.2.3 旁路ADS-B數據處理

在系統數據處理中，設置了旁路數據處理流程。目的是當數據站出現系統性故障不能使用時，可以通過旁路輸出ADS-B信號提供給用戶使用。旁路處理配置了單獨的處理服務器，不經過運行子網，直接將輸入的ADS-B地面站數據與輸出相連。

2.3 數據質量控制

2.3.1 異常數據處理

系統對每個數據通道都進行實時監視，當某個通道數據流量過大，超過門限值時，系統將自動關閉此通道并在監控終端進行提示，在流量正常時自動打開此通道恢復處理。

對于同時處理的單路目標和綜合目標的個數，系統設置有最大門限值，超過門限值即發生溢出時，系統將在監控終端提示的同時進行新目標丟棄過濾等過載處理，保證系統正常運行。

對于格式錯誤、長度超長或過短、實際長度和聲明不符、SAC和SIC碼與設置的參數不符、時標檢驗不通過、缺少必傳數據項等異常數據幀，系統會直接丟棄，不會進入后續處理流程。

2.3.2 可疑目標驗證

系統能夠通過基站有效范圍、TDOA驗證和雷達驗證來甄別可疑的ADS-B目標報告。被判定為可疑的目標在態勢界面上予以醒目的提示，并說明判定依據。在向系統外輸出數據時，可人工指定被系統判定為可疑目標的數據是否輸出。

這三種驗證方式在對最終目標是否可疑的結論上具有不同的優先級。覆蓋符合性驗證具有最高的優先級，TDOA時標定位驗證其次，覆蓋交叉驗證最低。驗證流程如圖3所示。

2.3.3 數據幀實時分析

系統能夠同時對所有通道發送過來的數據幀進行各種指標的實時統計，用戶可隨時選擇查看任意某通道數據的某項統計結果，并可對本通道歷史情況進行縱向對比，或是對多個通道之間進行橫向對比。

2.4 定制數據輸出

系統可以根據不同用戶的特定需求，輸出指定參數的ADS-B數據。輸出的數據可以是融合后的綜合航跡，也可以是單路處理后的航跡數據。其他參數如：數據格式、更新周期、延遲時間、指定航空公司、輸出的空域和高度限制都可以根據需求進行設置。

3 ADS-B數據接入自動化系統的分析

ADS-B數據在應用上的主要優勢有三點：一是更新頻率快;二是位置高度等各項目標態勢信息的數值最小粒度比較小;三是可提供給自動化系統的信息遠多于A模式代碼和C模式高度的普通二次雷達。然而，如果自動化系統沒有做適應性處理，上述這些優點反而可能會帶來各種問題。

在ADS-B數據與雷達數據融合處理時，不能簡單地將ADS-B數據視為一路數據格式特異、更新較快的雷達數據來進行處理，要考慮ADS-B數據與普通雷達數據之間的差異性特點。

ADS-B數據更新頻率與雷達數據更新頻率不同，考慮到人的反應速度和空管業務實際情況，自動化的綜合航跡采用原來的固定4秒更新周期。但是在數據融合時要考慮ADS-B更新快，位置、高度等方面的更新相對于雷達更及時，一般也是更準確，但是這些優點處理不當時也會對目標的融合關聯有負面影響。由于ADS-B更新較快、每次更新的數據變化不會很大，雷達目標位置誤差相對較大又較難抵消，因此時空對準處理必須非常精細，這是個很難調節平衡的過程。

另外，ADS-B的目標位置是用經緯度表示的，其數值的最小粒度最小可達10的負7次方這個量級。在目標高度上，最小粒度真正達到了格式規范要求的25英尺（非S模式雷達的C模式高度受限于采樣和編碼方式，能做到的最小粒度為100英尺）。從這兩方面來說，ADS-B數據相對于雷達數據具有天然的優越性，然而數值的最小粒度較小并不代表數據一定精確，實際應用中還是有一些問題需要解決。這些都需要自動化系統在數據融合時做相應考慮和處理。

南京ADS-B數據接入自動化系統后，還需要根據實際運行情況來進一步驗證和改進。

4 結語

新監視技術應用需經過運行試驗與驗證，在東部航線地區，現階段仍然以空管二次監視雷達作為主用監視手段，廣播式自動相關監視作為空中交通服務的補充監視手段。隨著飛行流量的持續增加，為了提升空域監視管理的整體水平，保障空域安全，新監視技術將發揮更加重要的作用。

參考文獻

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