ADS-B和雷達系統的性能差別分析

【摘要】我國民航運輸發展初期，空中交通管制一直采用二次雷達對飛機進行監視和安全保障，但是隨著國際社會交流以及國家經濟的快速發展，空中交通運輸方式越來越被重視，因此空中交通流量劇增，有限的民航空域也愈發擁堵，飛行航線上的沖突也越來越多，這就進一步引起了民航界的廣泛關注，于是更著重更安全、更精確、更方便的飛行監視系統研究。本文就雷達監視系統與ADS-B監視系統的性能進行對比分析，給予建議供大家參閱。

【關鍵詞】監視系統|ADS-B|二次雷達

一、ADS-B概述

監視系統作為現行航行系統以及未來航行系統（Future Aviation Navigation System）的重要組成部分，一直被民航系統所重視。目前雷達系統作為民航空管單位和航空公司的主要監視系統，扮演著各運行部門眼睛的重要角色。雷達系統的特點是信息豐富，比較全面，但是它有一個報文更新比較慢的問題。近年來出現的主流監視系統ADS-B（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）工作原理是根據GNSS（全球導航衛星系統）來獲取空中飛行航空器的精確位置及相關飛行參數，因為它的經濟性很有可能是空域監視系統未來發展的方向。信息更新效率快是ADS-B監視系統的主要特性，但是ADS-B監視系統信息沒有飛行計劃、飛機引擎狀態等信息，目前世界民航領域對ADS-B監視系統與雷達監視系統之間的信息融合研究較多，沒有將ACARS與雷達系統的數據進行整合。ADS-B/ACARS組合系統可以提高監視的時空覆蓋能力，可以提供更全面的當前空域飛機信息。能夠幫助航空公司更好的掌握飛機的實時狀態，促進航空運輸安全、高效、有序的進行。

（一）工作原理不同

ADS-B監視系統無需地面設備參與，能夠獨立完成對空情報的采集、處理和發布；而二次雷達則是需要地面設備接收信號并解讀后發送航跡信息。一般情況下只需要機載電子設備，在飛機上：ADS-B設備、GPS衛星導航接收機、坐艙交通信息顯示屏便可完成一整個個ADS-B監視系統工作，不需要任何地面設備的參與。機載信息設備在收集到導航信息后就會通過ADS-B監視系統設備發布出去，機載ADS-B監視系統設備在接收到地面或者其他飛機的廣播信息后經過處理會傳送到坐艙的顯示屏上，讓飛行員很清晰的得到與飛行相關的數據和信息。

ADS-B系統擁有先進、成熟的監視技術，是以地空或者空空的數據鏈進行信息傳遞，將通過先進設備以及技術，對外發送和接收相關數據信息，從而讓飛機對自身、其他飛機和周邊環境都有一個充分全面的認知，這樣不僅增強了空中交通運行的安全性，還能更好的利用有限的空域，促進我國民航事業進一步發展。如圖1所示。

（二）覆蓋范圍不同

ADS-B主要依靠飛機自身設備和數據傳輸網絡實現與地面的監控系統的通信；其優勢在于可以減少固定翼飛機的尾隨距離限制，擴大航班號共享的范圍等；二次雷達則需要靠地面人工操作員進行目標識別和解碼，以提供飛行報告服務。

（三）數據獲取方式不同

在實時性方面，由于二次雷達需要進行人為解碼的操作過程會影響到數據的及時性和準確性，因此不如ADS-B更具有優越性；而在遠東地區部分二次雷達已經開始升級改裝為一次/二次混合模式雷達來提高性能。

（四）應用場景的不同

對于某些小型機場來說，可能沒有合適的導航頻率供雙方飛行員溝通，此時就需要通過電話來進行聯系，以確保安全問題得到解決；而對于民航領域而言，無論是國際還是國內空中交通管制都需要依賴二次雷達才能完成相關的指令和控制工作。總的來說，兩者的工作原理、應用特點和應用環境有所不同。具體使用哪種技術需要根據實際需求考慮。

二、ADS-B和雷達基本特點和性能要求比較

ADS-B 和二次雷達性能要求對比如下：

（1）在監視手段上，二次雷達使用應答機，通過詢問和應答方式來獲取定位信息，因此位置信息精度低，而在此方面ADS-B由于使用GPS+數據鏈設備，所以獲取的位置信息精度高。（2）更新率上，二次雷達4-12秒，遠高于ADS-B的1秒速率。（3）獲取的信息內容，二次雷達主要是目標矢量等，ADS-B不僅可以獲取目標矢量，還可以獲取：氣象、飛機以及機載設備的性能信息等。（4）二次雷達需要人工值守，地面站的建設成本高，ADS-B不需要人工值守，可以進行遠程監控，在地面站建設成本上也低于二次雷達。（5）二次雷達使用過程中，會對環境造成RF輻射，ADS-B則不會對環境造成不良影響。（6）地面設備投資，二次雷達需要約180萬美金，而ADS-B只需要約20萬美金投入。

ADS-B在非雷達區域進行運行時，需要在航路以及終端區確立一個最低的運行要求，這個要求通過RTCA/ EUROCAE確定。在雷達相關的管制環境中存在的間隔誤差要求是終端小于0.16 nm，航路小于0.80 nm。目前，ADS-B的監視終端區域位置的精度（小于0.1nm），同ADS-B與雷達監視組合對比，組合監視比單一傳感器監視誤差小很多。性能要求比較如下表1所示。

三、結語

隨著雷達和ADS-B技術的逐步發展與成熟運用，全世界都在積極推進將ADS-B、雷達技術運用于整個航空運輸系統，旨在為其提供更優質的服務。目前，澳大利亞利用ADS-B在短時間內完成了高空覆蓋；歐洲以ADS-B技術為支持加強了高密度飛行區域的管制力，而美國已在全國范圍內完成ADS-B地面站的建設。在我國，眾多學者與研究人員也針對一、二次雷達、ADS-B監視系統的融合及應用做了許多研究工作：實現地面便攜站；通過對短報文的研究，實現通信頻度的提高；實現基于ADS-B的監視系統設計等。中國軍轉民

參考文獻

[1]白松浩.2014年全美使用ADS-B系統[J].民航安全科學，2013（03）.

[2]杜實.空中交通監視服務[M].民航學報，2018（03）：26-28，54.

[3]高志忠.臺北飛航情報區ADS-B數據鏈的建構[J].民航飛行與安全，2020（03）：14-15.

（作者簡介：劉澤杉，大學本科，助理工程師，研究方向為空管通信導航監視；作者單位：中國民用航空飛行學院空管中心）