民航空管ADS-B系統(tǒng)的應(yīng)用與分析

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1 監(jiān)視系統(tǒng)概述

空中交通管制的監(jiān)視系統(tǒng)主要用于航管中心掌握航空器的飛行軌跡和意圖，保障空中交通秩序安全、順暢。監(jiān)視系統(tǒng)包括雷達(dá)、自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視、多點(diǎn)相關(guān)定位和空管自動(dòng)化系統(tǒng)。

1.1 雷達(dá) 雷達(dá)是利用電磁波探測(cè)目標(biāo)的電子設(shè)備。通過(guò)發(fā)射電磁波，檢測(cè)是否存在目標(biāo)反射回波及回波特性，來(lái)獲得距離、速度、角方位等信息。

應(yīng)用于空中管制的雷達(dá)主要有空管一次雷達(dá)(PSR)和空管二次雷達(dá)(SSR)?？展芤淮卫走_(dá)通過(guò)接收航空器對(duì)該雷達(dá)詢問(wèn)無(wú)線電波的反射回波，獲得目標(biāo)的距離和位置信息；二次雷達(dá)接收回波是來(lái)自目標(biāo)上的發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的無(wú)線電波，二次雷達(dá)主要使用A/C模式和S模式。

1.2 自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng) 自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視(ADS)技術(shù)是基于衛(wèi)星定位和地-空數(shù)據(jù)通信的航空器運(yùn)行監(jiān)視技術(shù)。它是利用機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備將飛行位置數(shù)據(jù)通過(guò)地-空數(shù)據(jù)鏈自動(dòng)傳送到地面交通管制部門。飛行位置數(shù)據(jù)信息包括識(shí)別標(biāo)志、位置信息、附加數(shù)據(jù)(飛行趨勢(shì)、速度、氣象等)。

ADS的概念最初是為越洋飛行的航空器在無(wú)法進(jìn)行雷達(dá)監(jiān)視的情況下，利用衛(wèi)星實(shí)施監(jiān)視所提出的解決方案，主要提供在無(wú)雷達(dá)空域交通的監(jiān)視或有雷達(dá)覆蓋空域的補(bǔ)充。

1.3 多點(diǎn)相關(guān)定位系統(tǒng) 多點(diǎn)相關(guān)定位(MLAT)是一種針對(duì)航路、終端區(qū)域的監(jiān)視技術(shù)，系統(tǒng)主要由若干個(gè)分布在監(jiān)視區(qū)域附近的地面接收機(jī)以及飛機(jī)、車輛上的應(yīng)答機(jī)和目標(biāo)處理單元組成。利用多個(gè)地面接收機(jī)接收到機(jī)載應(yīng)答機(jī)信號(hào)的時(shí)間差，計(jì)算出其空間位置，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。

MLAT系統(tǒng)覆蓋面廣、布點(diǎn)靈活，可對(duì)飛行區(qū)內(nèi)的航空器、車輛進(jìn)行位置和運(yùn)行軌跡的監(jiān)視。在許多大型機(jī)場(chǎng)與雷達(dá)同時(shí)安裝，是雷達(dá)的重要補(bǔ)充手段，我國(guó)于2008年在首都機(jī)場(chǎng)建成并投產(chǎn)了第一套MLAT系統(tǒng)。

1.4 空管自動(dòng)化系統(tǒng) 空管自動(dòng)化系統(tǒng)是民航空管部門對(duì)空指揮的核心系統(tǒng)，它是以計(jì)算機(jī)為核心，通過(guò)對(duì)雷達(dá)、飛行計(jì)劃、氣象等信息的自動(dòng)化處理，為管制人員提供對(duì)整個(gè)管制區(qū)內(nèi)飛行態(tài)勢(shì)的顯示和飛行沖突及各種異常的告警預(yù)測(cè)，從而大大提高空域使用效率，確?？罩酗w行安全?？展茏詣?dòng)化系統(tǒng)的核心是多雷達(dá)航跡融合與飛行計(jì)劃處理。

2 廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視(ADS-B)

廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視是在ADS概念下衍生的一種監(jiān)視技術(shù)，航空器通過(guò)廣播模式的數(shù)據(jù)鏈，以空-地、空-空為通信手段，自動(dòng)提供由機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備和定位系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)，1次/s對(duì)外發(fā)送狀態(tài)參數(shù)，地面設(shè)備通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接接收到此數(shù)據(jù)，可直接監(jiān)視空中目標(biāo)，空中的航空器通過(guò)相互偵聽鄰近廣播，更加清晰地了解周邊交通情況，從而進(jìn)行決策飛行。

ADS-B在無(wú)雷達(dá)覆蓋地區(qū)提供ATC監(jiān)視、機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面監(jiān)視以及空-空監(jiān)視等應(yīng)用。使飛行員和空管部門更加準(zhǔn)確、全面的進(jìn)行空域狀況評(píng)估，進(jìn)行有效地預(yù)測(cè)和避免沖突，是防止跑道侵入的有效方法。ADS-B的建設(shè)投資只有雷達(dá)系統(tǒng)的十分之一，精度可提高至10米量級(jí)，并且維護(hù)費(fèi)用低。ADS-B具備無(wú)需人工干預(yù)、基于機(jī)載數(shù)據(jù)、自動(dòng)周期廣播的特性。

3 ADS-B技術(shù)應(yīng)用功能分類

根據(jù)信息傳遞方向，ADS-B分為發(fā)送(OUT)和接收(IN)兩種功能。

ADS-B OUT：是指航空器的機(jī)載發(fā)射機(jī)把自身的各種信息以一定的周期發(fā)送出去，包括：識(shí)別信息、位置、高度、速度、方向等。地面系統(tǒng)通過(guò)接收OUT信息，監(jiān)視空中交通狀況。

ADS-B IN：是指航空器接收其他航空器發(fā)送的ADS-B OUT信息或地面設(shè)備發(fā)送的信息，并在CDTI上直觀顯示，以便進(jìn)行飛行決策。

4 ADS-B數(shù)據(jù)鏈技術(shù)

ADS-B的OUT和IN功能都是基于數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)，ADS-B有三種數(shù)據(jù)鏈路，分別是1090ES、UAT、VDL-4甚高頻數(shù)據(jù)鏈。

1090ES數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)荌CAO推薦用于ADS-B系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈，1090ES是基于SSR的S模式擴(kuò)展電文(ES)的數(shù)據(jù)鏈，系統(tǒng)使用1090MHz作為下行傳輸頻率，數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbit/s；UAT模式是美國(guó)專門針對(duì)ADS-B設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)鏈，只供ADS-B使用，帶寬充足；VDL-4是ICAO和ETSI推薦使用的規(guī)范化VHF數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，目前已很少使用。

在我國(guó)首選1090ES數(shù)據(jù)鏈路，因?yàn)樯逃蔑w機(jī)基本上已安裝S模式應(yīng)答機(jī)，只需做一些軟件升級(jí)，即可實(shí)現(xiàn)ADS-B功能。

5 ADS-B的改裝升級(jí)與發(fā)展

在ADS-B的兩類應(yīng)用中，OUT是ADS-B的基本功能，ADS-B具有高速率、高精度、低成本的優(yōu)勢(shì)，世界各國(guó)都在積極推進(jìn)系統(tǒng)建設(shè)，美國(guó)自2020年1月1日開始強(qiáng)制實(shí)施ADS-B OUT監(jiān)視運(yùn)行，我國(guó)2011年4月東航在浦東飛紐約的航線上成功進(jìn)行了ADS-B的適航性驗(yàn)證飛行。

中國(guó)民航局于2017年下發(fā)文件要求對(duì)加改裝ADS-B機(jī)載設(shè)備必須滿足RTCA DO-260B標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國(guó)民航運(yùn)輸飛機(jī)80%左右具備ADS-B功能，但滿足DO-260B要求的飛機(jī)數(shù)量不足50%。因此針對(duì)波音和空客等系列飛機(jī)，尤其是老舊機(jī)型的飛機(jī)要進(jìn)行滿足DO-260B標(biāo)準(zhǔn)的ADS-B Out升級(jí)改裝，具體包括對(duì)ATC應(yīng)答機(jī)的升級(jí)、配備飛機(jī)接口接線及DO-260B程序引腳接線、軟件升級(jí)等。

6 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，伴隨中國(guó)航空運(yùn)輸業(yè)務(wù)量持續(xù)快速增長(zhǎng)，建設(shè)新一代的民航空管監(jiān)視系統(tǒng)成為世界各國(guó)的發(fā)展趨勢(shì)。ADS-B是航空監(jiān)視技術(shù)發(fā)展的總體趨勢(shì)中的新技術(shù)之一，近年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用，隨著ADS-B改裝升級(jí)潮的到來(lái)，航空公司、保障部門、維修企業(yè)共同配合，更好的提升空管系統(tǒng)監(jiān)控能力。