ADS-B全面實施對未來空管項目建設規劃的意義

廣州區域管制中心區管設備室 周君

ADS-B技術是中國民航重點推進的空管新技術之一,是新一代空中交通管理系統的重要組成部分。隨著ADS-B-OUT技術的日漸成熟以及我國對ADS-B建設的不斷推進,ADS-B必將成為了未來空管項目建設中不可或缺的部分。本文從我國監視技術發展的政策及發展現狀入手,分析當前我國監視技術未來發展的方向,并結合當前ADS-B全面實施后的運行效果及與傳統雷達的優勢分析,證明了ADS-B能夠提供有效的類雷達的覆蓋能力,且效果明顯優于雷達。最后,本文給出了ADS-B技術在未來空管項目建設規劃時的運行建議。

1 研究目的及意義

空管監視信息探測系統為空中交通管理系統提供空中與地面航空器及其他目標的位置、狀態和告警等實時動態信息,是進行空中交通管理的基礎。空管監視信息探測系統包括一次監視雷達、二次監視雷達、廣播式自動相關監視系統、廣域多點定位系統,以及場面監視雷達、場面多點定位系統等。近年來,隨著流量的增多,航線的增加和延伸,扇區劃分更加精細,各空域雷達管制監視需求急劇增長,對監視系統的要求也越來越高,然而目前現有雷達的運行數量和規劃布局,已難以滿足我國航空運輸的日益增長和空中交通管制對管制空域實施連續、可靠監視覆蓋的需要,因此采用定位精度高、更新率快的新監視技術,以減小航空器間的最小安全間隔,提升空域容量勢在必行[1]。

ADS-B技術是我國重點推進的空管新技術之一,是新一代空中交通管理系統的重要組成部分,它具有數據更新快、定位精度高、部署周期段、建設成本低等優點,是促進運行安全、提升運行效率、保障航班正常的重要手段。隨著ADS-B-OUT技術的日漸成熟以及我國對ADS-B建設的不斷推進,ADS-B必將成為了未來空管項目建設中不可或缺的部分。本文就目前中國ADS-B發展的狀況和技術優勢展開討論并分析ADS-B全面實施后對未來空管項目建設規劃的影響。

2 我國民航監視技術的發展政策及現狀

中國民航高度重視ADS-B技術的研究與應用,2010年11月2日,中國民航局頒發了《中國民航監視技術應用政策》,該政策首次規定了我國民航監視技術應用的發展方向,明確指出了我國民航監視技術的總體策略,為全面推進中國民航ADS-B實施及低空空域監視技術應用提供政策指導。2015民航局發布了《中國民用航空ADS-B實施規劃》,明確了ADS-B技術作為我國未來空管監視技術的重要組成部分,并指定了《廣播式自動相關監視(ADS-B)管制運行規程》等技術裝備、管制運行、適航審定方面的規范標準,建立了較為完善的法規標準體系。十四五規劃期間,我國完成了ADS-B地面站及數據中心的階段性部署工作,完成了95%以上航空器ADS-B設備的加裝改造工作,并開展了成都-拉薩航路(B213)、成都-九寨航路(B330)、南中國海、新疆高空、麗江機場等ADS-B運行的試驗工作。截至2020年5月底,民航空管體系現役ADS-B地面站332套。現役ADS-B地面站有華北地區48套,東北地區37套,華東地區51套,中南地區55套,西南地區65套,西北地區46套,新疆地區30套[2],ADS-B基本滿足全國空域6000m以上高空覆蓋。

2019年,民航局下發了《全面推進實施廣播式自動相關監視(ADS-B)空管運行工作總體方案》。根據方案要求,我國將于2020年底完成ADS-B信號的接入運行工作。目前,該工作已全面完成,北京、上海、廣州三大區域管制中心已在自動化系統接入ADS-B運行。

目前,三大區管ADS-B接入自動化系統的方式如圖1所示,各地區ADS-B地面站信號首先接入至當地的數據站,再通過傳輸網絡接入至區管ADS-B二級數據中心,經二級數據中心進行融合驗證后,將過濾后的穩定的ADS-B航跡信號送至自動化系統,實現雷達與ADS-B的融合顯示;同時,廣州二級中心輸出中南地區空域的航跡數據送至北京一級數據中心。

圖1 ADS-B信號接入自動化系統框圖Fig.1 Block diagram of ADS-B signal access automation system

3 ADS-B技術的優勢及運行效果分析

空管監視信息探測系統主要包括一次監視雷達、二次監視雷達、廣播式自動相關監視系統等,其中,一次監視雷達屬于獨立非協同式監視,因此對航空器機載設備沒有要求,但作用距離和覆蓋范圍有限,因此,其主要應用于終端(進近)管制區及機場上空。

二次監視雷達是獨立協同式監視,其工作方式為主要包括測距和測角:測距是通過測量雷達發出詢問與收到應答脈沖之間的時間延遲,計算出飛機與MSSR之間的直線距離(即斜距),測角則是由對波束內目標行一次詢問,得到和通道和差通道應答信號的幅度,再通過計算和通道和差通道的信號幅度比值,查找方位軸向修正表(OBA表)就可得到目標在波束內的偏移角、波束指向角與偏移角共同構成目標的真正角度。二次雷達是我國目前航空器監視的主要設備手段,以及作為雷達管制的主要監視技術,實施雷達管制的空域應實現雷達持續可靠覆蓋[3]。

表 1 ADS-B與二次雷達性能及運維費用對比Tab.1 Comparison of performance and maintenance cost between ADS-B and secondary radar

廣播式自動相關監視系統(ADS-B)一種全新的監視技術,它是一種協作相關的監視系統,它通過全球衛星導航獲得飛機精確的位置和速度等信息,再通過數據鏈通信系統該參數信息發送至地面站。相較于傳統的二次雷達,ADS-B具有建設和運行成本低、精度高、航跡更新率快等優點,ADS-B與二次雷達性能及運維費用比較如表1所示。

廣州區域管制中心已于2019年實現ADS-B的全面接入工作,目前,廣州二級中心引接了廣州周邊的大和章、西嶺、佛山、韶關4路ADS-B地面站及中南地區的深圳、珠海、長沙、武漢、汕頭、海口、桂林、鄭州、港區9路數據站,ADS-B信號通過二級數據中心處理后輸出至自動化系統,完成管制界面的ADS-B與雷達融合顯示,ADS-B正式接入運行至今,廣州區管自動化運行穩定,系統未出現因ADS-B數據性能下降導致的大面積目標丟失及分裂的事件。

同時,對2020年廣州二級中心ADS-B數據進行統計分析,ADS-B運行情況如下:表2為2020年平均每月航空器ADS-B設備占比情況,由表2可知加裝了ABD-B(OUT)的航空器占比已達到94.6%,滿足預期要求。

表2 機載設備航空器占比Tab.2 Proportion of airborne equipment and aircraft

中南地區航空器ADS-B數據的位置精度統計數據如表3所示,由表3可知NUCp≥8的數據占比大于90%,根據《中南地區廣播式自動相關監視(ADS-B)系統監視服務指導原則》的指導意見,在同時具備雷達和ADS-B監視源的情況下,ADS-B數據的位置精度NACp,在區調空域應滿足≥7,在近進空域應滿足≥7的條件,在由此可知ADS-B數據精度可滿足區調及近進空域運行要求,其中DO260B機載設備的性能優于DO260A的性能,航空器ADS-B精度性能的提升仍有較大空間。

表3 ADS-B位置精度分布Tab.3 ADS-B position accuracy distribution

圖2 機載設備航空器占比Fig.2 Proportion of airborne equipment and aircraft

目前,機載數據有3種類型,分別為DO260、DO260A、DO260B,其中DO260A/B為較新型設備,精度指標優于DO260,表4及圖4為2020年ADS-B航空器占比統計圖,從統計結果可知,機載設備類型為DO260和DO260A的比例在逐步下降,性能更好的DO260B版本的機載設備安裝量在不斷增加。未來,ADS-B數據精度指標將逐步得到提升。

表 4 2020年ADS-B機載設備類型占比統計Tab.4 Statistics on the proportion of ADS-B airborne equipment types in 2020

圖4 2020年ADS-B機載設備類型占比圖Fig.4 Proportion of ADS-B airborne equipment types in 2020

同時,對于ADS-B技術的應用,目前只使用了其地-空監視的類雷達功能,實際上ADS-B技術還有很多功能仍沒有使用,如ADS-B(IN)、IFS-B、ITS-B等功能,未來ADS-B具有極大的發展空間。

圖3 航空器ADS-B數據精度分布Fig.3 Accuracy distribution of aircraft ADS-B data

4 ADS-B全面實施對未來空管項目建設規劃的影響

近些年來隨著國民經濟持續高速發展,我國航空運輸業務量也在持續增長。在我國民航運輸業務量快速發展的形勢下,在此背景下,各地的空管設施也急需進行更新改造及擴建,例如廣州新終端區建設項目、廣州第二區管項目、南寧新終端區建設項目等,在上文中,我們根據我國監視技術的發展政策,結合2019年ADS-B全面接入自動化運行以來的實際數據,證明了ADS-B能很好地滿足區調及進近空域覆蓋的需求。隨著ADS-B-OUT技術的日漸成熟,地空數據通信能力不斷增強,民航專用地面數字化傳輸網絡已經穩定運行,空管自動化系統也具備了ADS-B數據處理能力,因此,對于未來空管新增的項目建設,對于空域補盲或增加多重監視覆蓋的需求時,完全可通過使用ADS-B的類雷達功能替代雷達監視手段實現,并且ADS-B還具有有效節約建設成本、提升中低空覆蓋能力、提高覆蓋精度及可擴展ADS-B(IN)、IFS-B、ITS-B服務等諸多優點[4]。

提高空中交通管理監視能力、加強航空企業對飛行運行的監視、改善航空器協同避撞性能,這是未來我國航空運輸業加快發展必須面對的問題,ADS-B監視技術為解決這些問題提供了有效的手段。中國民航運輸業正處于成長期的,機隊規模在擴大,機型在更新,空管設施面臨進一步改造和完善,是我國加速ADS-B技術發展的重要機遇期,我們應著眼未來發展,以全面實施ADS-B運行的成果為契機,不斷開展ADS-B應用推廣及測試工作,不斷推廣ADS-B地-空監視功能,同時探索實施ADS-B的上行數據廣播功能(ADS-B(IN)),為運行中的航空器提供各類情報服務;在場面監視上,利用ADS-B為先進的地面移動引導和控制系統(A-SMGCS)提供新的監視信息源并為跑道入侵報警提供支持[5]。

長遠地說,ADS-B技術將會在航空運輸領域發揮多方面效益,因此,未來空管項目建設規劃時應做到以下幾點:

(1)求真務實,積極行動,切實推進中國民航ADS-B技術的應用和發展,增強對ADS-B在未來發展的信心,在新建的空管項目規劃時,應優先考慮ADS-B基站建設,采用ADS-B監視手段逐步替代雷達。

(2)ADS-B技術的推廣應用,涉及全面更新機載設備、調整空管地面設施的結構、研發和生產技術產品等,必須協調各方,整體推進,這既需要政策層面的支持,更需要經濟層面的支持,當前部署的ADS-B地面站及航空器機載設備在性能及精度方面,仍有較大提升空間,新項目建設時,采用更好更先進的技術要求,推動廠家持續優化軟件提升性能。

(2)最后,要兼顧航空運行監視需求未來的發展,在項目規劃初期就考慮到ADS-B (IN)、TIS-B、FIS-B等技術的應用的推進需求,為新技術更新改造、擴容升級留有建設空間。

5 總結

當前,管制新技術應用的步伐與快速增長的運行需求相比還相對滯后,通過新技術應用提升安全和效率、以技術創新驅動發展的形勢仍十分緊迫,技術創新是解決空管安全和發展問題的重要手段,我們要高度重視技術創新和應用工作,積極推動智慧空管建設,以技術創新全面提升空管保障能力。ADS-B技術是中國民航重點推進的空管新技術之一,是新一代空中交通管理系統的重要組成部分。本文從我國監視技術發展的政策及發展現狀入手,分析當前我國監視技術未來發展的方向,并結合當前ADS-B全面實施后的運行效果及與傳統雷達的優勢分析,證明了ADS-B能夠提供有效的類雷達的覆蓋能力,且效果明顯優于雷達。最后,綜合以上觀點,本文給出了未來空管項目建設時監視手段選擇的建議。本文可為空管項目建設的前期規劃提供參考建議。

引用

[1] 李自俊.ADS-B廣播式自動相關監視原理及未來的發展和應用[J].中國民航飛行學院學報,2008(5):11-14.

[2] 康南.ADS-B技術在我國的應用和發展[J].中國民用航空,2011(11):36-38.

[3] 焦衛東.ADS-B地面站信號覆蓋分析及選址應用[J].計算機仿真,2014(4):51-55.

[4] 程擎.中國實施ADS-B監視的地面站部署分析[J].電訊技術,2012(8):1227-1229.

[5] 王魯杰.中國民航應優先發展ADS-B應用技術[J].中國民用航空,2006(1):27-29.