ADS-B在民航空管系統(tǒng)中的應(yīng)用

中國(guó)民用航空西南地區(qū)空中交通管理局云南分局 劉云鵬

本文在論述ADS-B技術(shù)原理及其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，探究了國(guó)內(nèi)外ADS-B技術(shù)在民航空管系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并深入研究了國(guó)民航空管系統(tǒng)中ADS-B技術(shù)在高精度雷達(dá)定標(biāo)中的應(yīng)用，最后探究了未來較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)ADS-B技術(shù)的推廣前景和應(yīng)用展望，旨在為我國(guó)快速提升民航空管系統(tǒng)中ADS-B技術(shù)應(yīng)用水平帶來更多參考和啟迪。

隨著我國(guó)普通民眾生活水平的快速提升，航空交通運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)在較強(qiáng)的技術(shù)支撐下得到了前所未有的發(fā)展機(jī)遇，航空交通產(chǎn)業(yè)需求逐步增強(qiáng)，社會(huì)公眾和政府部門對(duì)航空交通運(yùn)輸?shù)男枨罅坎粩嘣黾樱撔枨笤黾优c可利用的航空資源不足之間的矛盾進(jìn)一步加劇，反向體現(xiàn)了航空資源的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。ADS-B技術(shù)作為融合定位技術(shù)和航空通信技術(shù)的重要技術(shù)類別，能為緩解上述需求與資源的矛盾作出應(yīng)有貢獻(xiàn)，在此條件下，本文對(duì)ADS-B技術(shù)在民航空管系統(tǒng)中應(yīng)用現(xiàn)狀的探討和未來發(fā)展趨勢(shì)的研究，也就具備重要理論意義與現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

1 ADS-B技術(shù)及優(yōu)勢(shì)

1.1 ADS-B技術(shù)

民航空管系統(tǒng)中的ADS-B技術(shù)，也就是通常人們所說的廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視技術(shù)，該技術(shù)是航空運(yùn)輸交通體系發(fā)展的重要技術(shù)成果，更是為國(guó)際社會(huì)解決空中交通路線規(guī)制和得到運(yùn)營(yíng)效率最大化的技術(shù)，該技術(shù)基于GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)以及空-空數(shù)據(jù)鏈、地-空數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，將三類技術(shù)融為一體，由航空器運(yùn)行并監(jiān)視整個(gè)飛行過程，為民航通信系統(tǒng)中的空中航線管制提供更加扎實(shí)的信息支撐。

1.2 ADS-B的原理及優(yōu)勢(shì)

ADS-B技術(shù)系統(tǒng)是由通信系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)融為一體的全新信息管理系統(tǒng)，包括信息源、信息傳輸通道、信息處理中心和顯示中心三大部分內(nèi)容。其中，ADS-B主要通過飛機(jī)經(jīng)度、緯度、飛行高度以及飛行時(shí)間，甚至包括飛行過程產(chǎn)生的關(guān)于沖突警告信息、飛行員輸入信息、飛機(jī)航線、拐點(diǎn)信息甚至飛行航跡、拐腳等其他附加信息所組成的全部的飛機(jī)識(shí)別信息系統(tǒng)，甚至進(jìn)一步涵蓋了廣義條件下的諸如航空位置、風(fēng)速、空中時(shí)速、風(fēng)向、外界環(huán)境溫度等諸多附加信息，該類附加信息能夠藉由ADS-B技術(shù)信息處理中心和顯示中心，使飛機(jī)運(yùn)行過程中的沖突得到規(guī)避，從而為飛機(jī)航線帶來經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的增加。

在此過程中，ADS-B技術(shù)應(yīng)用于航空交通管制過程，能夠在無法部署雷達(dá)的部分區(qū)域?yàn)轱w機(jī)高空飛行提供優(yōu)于雷達(dá)的判別標(biāo)準(zhǔn)的虛擬雷達(dá)管制服務(wù)，從而拓寬雷達(dá)的實(shí)際覆蓋范圍，也就是在不建設(shè)其他雷達(dá)基礎(chǔ)設(shè)施條件下，以較低的成本增強(qiáng)整個(gè)飛機(jī)管控系統(tǒng)監(jiān)控能力，提高飛機(jī)航行路線的整體容量，表1即為ADS-B技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用的對(duì)比分析。

表1 ADS-B技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用對(duì)比

2 ADS-B在民航空管系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

ADS-B技術(shù)在未來較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，將作為我國(guó)民航空管系統(tǒng)中的全新技術(shù)類別，更是我國(guó)大力推行的全新技術(shù)類型，通過運(yùn)行測(cè)試，并借由該技術(shù)發(fā)展力量，使其成為國(guó)際世界第三大航空產(chǎn)業(yè)地空數(shù)據(jù)鏈路連接的重要通信技術(shù)，為我國(guó)大規(guī)模實(shí)行ADS-B地面站設(shè)施搭建打下扎實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，表2即為ADS-B技術(shù)在某航線應(yīng)用時(shí)的數(shù)據(jù)示例。

表2 ADS-B技術(shù)應(yīng)用數(shù)據(jù)示例

3 ADS-B在民航空管系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)化

3.1 位置精度分析

就普通的gps數(shù)據(jù)接收設(shè)備而言，飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)服從一定正態(tài)分布，通過平均值濾除實(shí)際精度誤差，而不可補(bǔ)償?shù)臅r(shí)延則需ADS-B技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，其整個(gè)定位測(cè)量和數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送過程如圖1所示。由此可知，ADS-B技術(shù)能夠通過標(biāo)定雷達(dá)系統(tǒng)的誤差值而將其以計(jì)算后的參數(shù)值作為靠近真值部分的數(shù)據(jù)，滿足誤差標(biāo)定精度需求。

圖1 ADS-B技術(shù)定位測(cè)量和數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送處理示意圖

3.2 數(shù)據(jù)聯(lián)合修正

就民航空中管制系統(tǒng)中ADS-B技術(shù)與雷達(dá)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)聯(lián)合修正問題而言，想要利用ADS-B技術(shù)對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行誤差標(biāo)定，就必須消除ADS-B技術(shù)技術(shù)固有誤差，使該技術(shù)應(yīng)用精度較雷達(dá)系統(tǒng)高五倍以上。由圖2可知，當(dāng)飛機(jī)飛行處于1位置時(shí)，飛機(jī)回波中心和接收設(shè)備獲取的位置數(shù)據(jù)重合，而雷達(dá)系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)信息斜率差距和ADS-B技術(shù)獲取數(shù)據(jù)信息斜率差能用高度距離和相應(yīng)的角度表示，當(dāng)飛機(jī)處于2位置時(shí)，飛機(jī)回?fù)苤行奶幱陲w機(jī)設(shè)備的中部，雷達(dá)斜距和ADS-B技術(shù)所計(jì)算的斜率之差近似為零，當(dāng)飛機(jī)飛行于位置3時(shí)，飛機(jī)回波中心處于飛機(jī)的尾部，此時(shí)的雷達(dá)斜距與ADS-B技術(shù)所計(jì)算的斜距之差趨近于1，由此可利用公式推導(dǎo)得到ADS-B技術(shù)技術(shù)測(cè)定的斜距與雷達(dá)斜距之差，最后通過飛機(jī)從位置一到位之三的方位參數(shù)變化得到雷達(dá)系統(tǒng)的方位和ADS-B技術(shù)計(jì)算方位的差值，再利用飛機(jī)從一位置到三位置時(shí)雷達(dá)系統(tǒng)的仰角和ADS-B技術(shù)計(jì)算的仰角，得到最終所有誤差參數(shù)，進(jìn)而修正整個(gè)ADS-B技術(shù)應(yīng)用條件下的位置誤差。

圖2 數(shù)據(jù)差之間的理論曲線分析圖

結(jié)論：總而言之，在未來一定時(shí)間內(nèi)，ADS-B技術(shù)將為提高我國(guó)民航空管系統(tǒng)應(yīng)用水平做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)，也必將為我國(guó)新一代空中交通管理機(jī)制的轉(zhuǎn)換發(fā)揮更加關(guān)鍵的作用，成為我國(guó)民航產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)的關(guān)鍵技術(shù)支撐。