基于ASTERIX CAT021 標準的ADS-B 數據格式解析

中國民用航空華北地區空中交通管理局 古葉

為持續提升空管空域容量和運行效率，ADS-B 技術在我國深入地推廣應用。本文針對ADS-B 數據分類與傳輸、機載設備和數據封裝標準進行簡要介紹，依據實例詳細解析ASTERIX CAT021 ADS-B 數據格式。

ADS-B（Automatic Dependent Surveillance -Broadcast）廣播式自動相關監視，基于GPS 全球衛星定位系統和空對空、地對空數據鏈通信的航空器運行監視技術。相較于普通航管一次、二次雷達的監視功能，ADS-B 具有建設和維修成本低、使用壽命長、監視范圍廣、定位精度高和更新率快等特性。2019 年10 月我國正式實施第一階段ADS-B 管制運行工作，2022 年完成民航空管ADS-B 技術應用全鏈條優化調整。

1 ADS-B 數據分類與傳輸

ADS-B 數據采用廣播方式發送，所有用戶均可接收。根據航空器的信息傳遞方向，機載ADS-B 應用功能可分為發送（OUT)和接收(IN)兩類。

（1）ADS-B IN 是指航空器接收其他航空器發送的ADS-B OUT 信息或地面服務設備發送的信息，并將其顯示在機組駕駛艙交通信息顯示設備(CDTI）上，使飛行員可以“看到”其他航空器的運行狀況，從而提高機組的空中交通情景意識。機組人員通過ADS-BIN 信息可以保持航空器空中間隔，機組按照規定的最小空中間隔標準和適用的飛行規則與其他航空器保持間隔。

（2）ADS-B OUT 是機載 ADS-B 設備的基本功能，航空器的機載發射機以一定的周期發送其位置、高度、速度、方向、爬升率和航空器識別信息(ID）等信息。地面系統通過接收機載設備發送的ADS-B OUT 信息,監視空中交通狀況。目前主要用于三個方面：無雷達區、有雷達區和機場場面監視。在無雷達區域內，ADS-B OUT 信息可作為唯一的機載監視數據源對空中交通進行監視。在雷達覆蓋區域內，雷達和ADS-B 同時提供監視信息，解決雷達覆蓋邊緣區域覆蓋弱問題。場監雷達、多點定位系統綜合使用ADS-B 和其他監視數據源，為機場的地面交通提供監視信息。

ADS-B 的OUT 和IN 功能都是基于數據鏈通信技術，目前全球普遍使用1090ES 數據鏈。當今商業化的S模式二次雷達應答機，已經能夠滿足ADS-B OUT 對機載系統性能的需求。

2 RTCADO260 系列和ASTERIX 標準簡介

RTCA(航空無線電技術委員會)標準文件定義了使用1090MHz 擴展電文(1090ES)ADS-B 和交通信息服務廣播(TIS-B)的機載設備的最低操作性能標準(MOPS)。截至2022 年，RTCA 共 發 布4 個 版 本：RTCADO-260 和DO-260 A/B/C。

ASTERIX CAT021 由歐洲航空安全組織發布相關ADS-B 數據交換標準。ADS-B 地面站接收航空器廣播的ADS-B 信號后，經過一系列處理獲得目標信息，并將信息封裝成標準的ASTERIX 格式報文輸出至顯示終端。ASTERIX CAT021 格式最早版本V0.10 于1999 年12 月發布[1]，至今已更新至V2.5。目前廣泛使用的版本有ASTERIX CAT021 V0.26 和V2.1。ASTERIX CAT021V0.26 版 本 對 應 早 期 的RTCA DO-260 標 準 的ADS-B 設 備，V2.1 對 應 后 期 的RTCA DO-260A/B 標準的ADS-B 設備。

3 ADS-B 數據格式解析

本文截取北京ADS-B 二級數據中心中的一幀ADS-B原始數據如表1 所示，原始數據以16 進制（Hex）表示，數據項編號以一字節為單位，將原始數據依據ASTERIX CAT021 V2.1 中的格式進行拆分，其中00 位代表CAT編號，15（Hex）轉換為十進制為21；01-02 位表示數據幀長度，0057（Hex）轉換為十進制為87；03-08 位為FSPEC（Field Specification）數 據項 指 示，FF 9F FB EB C3 A4 轉換為二進制后，對應[2]中的用戶相關表（UAP）進行FRN 的索引，將置‘1’的Data Item 填入表1 中。若對應的FRN 被置為‘0’，則此幀ADS-B 數據不包含此項Data Item。具體Data Item 解析如下：

表1 ASTERIX CAT021 V2.1 ADS-B 原始數據和UAP 表項對應關系Tab.1 Mapping between ASTERIX CAT021 V2.1 ADS-B raw data and UAP entries

（1）FRN1 09-10:表示SAC 和SIC 碼，分別代表系統區域碼和系統識別碼，其中SAC=16（Hex）=22（Dec）表示中國，SIC=CA（Hex）=202（Dec），表示不同廠商生產的設備。

（2）FRN2 11-12:為目標報告描述符，0100（Hex）轉換成二進制為0000 0001 0000 0000，從左到右共16位bit，分別代表ATP（地址碼類型=0 表示24 位ICAO地址，3bits）、ARC（高度報告能力=0 表示25 ft，2 bits）、RC（范圍檢查=0 表示默認值，1bit）、RAB（報告類型=0 表示從目標應答機下發的報告，1bit）、FX（擴展位=1 表示向后擴展一個字節，1bit）、DCR（差分校正=0 表示沒有差分校正，1bit）、GBS（接地位=0 表示未設置接地位，1bit）、SIM（模擬目標=0 表示實際目標報告，1bit）、TST（測試目標=0 表示默認值，1bit）、SAA（選擇高度性能=0 表示設備有能力提供選擇高度，1bit）、CL（可信度=0 表示報告有效，2bits）、FX（擴展位=0 表示不向后擴展字節，1bit）。

（3）FRN3 13-14:表示唯一的航跡號，BC89 轉換成10 進制為3205。

（4）FRN4 15:為服務號，用于提供給1 個或多個用戶，34（Dec）。

（5）FRN5 16-18:表示位置報告應用時間是09:45:35.750，UTC 時。

（6）FRN6 19-24:表 示 位 置WGS-84 坐 標：42 °08'53″ N 119°34' 43″ E；高精度的位置WGS-84 坐標在FRN7 25-32: 42°08' 54.849″ N 119°34' 38.244″ E。

（7）FRN8 22-35:為報告速度適用時間是09:45:35.750，UTC 時。

（8）FRN11 36-38:為24 位地址碼: 78 14 7B（Hex）。

（9）FRN12 39-41:為位置報文接收時間是09:45:35.750；FRN13 42-45:高精度的位置報文接收時間是09:45:35.7549506655002，UTC 時。

（10）FRN14 46-48：為速度報文接收時間是09:45:28.46875；FRN15 49-52:高精度的速度報文接收時間是09:45:28.4748848397162，UTC 時。

（11）FRN16 53-54：為幾何高度，轉換為十進制為11033.76m。

（12）FRN17 55-58:表 示ADS-B 數 據 質 量 標 志。4 個字節（共32bits）的原始數據2F F3 011 B0，轉換成二進制后，從左至右依次為（每個字節最后一個bit為FX 擴展位，不再進行重復贅述）：NACV=1（速度導航精度類別，及報告的飛機速度的準確性水平＜10m/s，垂直＜15.2m/s，3bits）、NIC=7（導航完整性類別，及飛機報告位置周圍的完整性限制半徑＜0.1NM，4bits）、NICBARO=1（氣壓高度的導航完整性類別，1bit）、SIL=3（監視源完整性級別，及水平位置超過NIC 定義的限制半徑的概率水平＜1×10-7，垂直＜2×10-7，2 bits）、NACP=9(位置導航精度類別，及飛機位置的準確性水平＜30m，垂直＜45m，4bits)、SILS=0（SIL 補充位，概率基于每小時，1bit）、SDA=0（水平位置系統設計保證級別，2bits）、GVA=0（幾何高度精度，2bits）、PIC=11(完整性包含邊界＜0.1NM，4bits)。

（13）FRN18 59:MOPS 版 本。Bit-7:VNS=0 表 示MOPS 版本被地面站支持；Bit-6/4:VN=2 表示MOPS版本是ED102A/DO-260B；Bit3/1:LTT=2 表示鏈路技術種類使用1090ES。

（14）FRN19 60-61:二次代碼通過轉換至十進制1382。

（15）FRN21 62-63:飛行高度層（氣壓高度，非QNH 修正）為10393.68m。

（16）FRN22 64-65:磁航向為0。

（17）FRN23 66:目 標 狀 態 為00。Bit-8：ICF=0 表示意圖改變標志未激活；Bit-7：LNAV=0 表示LNAV 模式已引用；Bit-5/3：PS=0 表示非緊急/不報告；Bit-2/1：SS=0 表示監視狀態為無條件報告。

（18）FRN24 67-68:氣壓垂直速率為0。

（19）FRN26 69-72:前兩果然字節表示地速：408.2kt（0.11328125NM/s，在范圍內），后兩個字節表示航跡角度：233.376°。

（20）FRN28 73-75:報告傳送時間是09:45:35.750，UTC 時。

（21）FRN29 76-81:航班號依據航班號字符編碼表進行解析，該數據航班號為CSN3666。

（22）FRN30 82:應答機類型為3，及75000 lbs＜中等a/c＜300000 lbs。

（23）FRN35 83:00 表示地面站提供的服務管理為數據驅動模式。

（24）FRN36 84:00 為 飛 機 操 作 狀 態，包 括Bit-8：CA=0 表 示TCASII 和ACASRA 沒 有 被 激 活；Bit7/6:TC=0表示無航跡變更報告能力；Bit-5:TS=0 表示不支持目標狀態報告能力；Bit-4:ARV=0 表示無生成ARV 報告能力；Bit-3:CDTI/A=0 表 示CDTI 處 于 非 運 行 狀 態；Bit-2:NotTCAS 表 示TCAS 處 于 運 行 狀 態；Bit-1:SA=0 表 示天線分集狀態。

（25）FRN38 85:B5 為信號強度，181dBm。

（26）FRN41 86:00 為地面站接收ID。

4 結語

隨著機載應答機和ADS-B 地面設備的發展與進步，ADS-B 數據包含信息不斷增加。本文提供的解析方法可用 于 所 有ASTERIX CAT021 V2.1 版 本 的ADS-B 原 始數據。通過解析，可以深層次了解V2.1 版本的數據結構框架與具體含義，同時為信號質量、機載性能和數據統計等研究奠定基礎，不斷完善、解決ADS-B 數據精度與完好性等問題，提升空管運行監視手段的精確性與安全性。