自动相关监视（ADS-B）在民航的应用前景分析

2011-11-04崔盟霞

大众科技 2011年4期

关键词：协同式数据链空管

崔盟霞王杰

（民航河南空管分局技术保障部，河南郑州451162）

自动相关监视（ADS-B）在民航的应用前景分析

崔盟霞王杰

（民航河南空管分局技术保障部，河南郑州451162）

文章通过对ADS-B原理及组成的介绍，分析了其核心技术的优缺点，以此为依据提出目前ADS-B的发展目标及其在民航中的应用前景。

监视；自动相关；ADS-B；GNSS；数据链

（一）监视系统概述

空管一次监视雷达属于独立非协同式监视，依靠地面设备自行完成对目标三维坐标参数的获取。主要包括远程空管一次监视雷达、近程空管一次监视雷达和场面监视雷达。

空管二次监视雷达和多点定位属于独立协同式监视，依靠地面设备和目标的共同作用完成对目标三维坐标参数的获取。其中，空管二次监视雷达主要包括A/C模式和S模式；多点定位包括多点区域定位系统和广域多点定位系统。

自动相关监视属于非独立协同式监视，依靠全球导航卫星系统（GNSS）对目标进行定位，由目标获取导航卫星系统信号计算出自身的三维坐标参数后，通过数据链传送至地面管制系统。包括契约式自动相关监视（ADS-C）和广播式自动相关监视（ADS-B）。

（二）ADS-B原理及组成

ADS-B技术是由机载卫星定位接收机获得飞行器的位置，并由机载设备主动向地面和邻近飞行器广播其自身识别号、飞行高度、飞行速度、当前位置，供外界对其进行监视的一种技术手段。

机载接收设备利用 GSM/GPS终端或北斗机载用户机等机载设备获取飞行器的位置信息，并对信息进行整理，利用数据链路发送到地面接收设备；地面接收设备通过地面线路将飞行器的位置信息发送到空域运行管理服务系统的监视信息处理系统，监视信息处理系统将收到的信息进行处理并送低空空域监视席位；机载接收设备将飞行器的位置信息送到机载显示终端显示相关的信息。如图一所示：（CDTI Cockpit Display of Traffic Information 驾驶舱交通信息显示）

图1 飞行器及其地面台相互监视工作原理

（三）广播式自动相关监视优、缺点

优点：提供更多的监视目标信息，通过差分技术可获取非常高的定位精度，数据更新率快，建设、运行维护成本低。

缺点：由于其依赖全球导航卫星系统（GNSS）对目标进行定位，所以广播式自动相关监视系统本身不具备对目标位置的验证功能，如果航空器给出的位置信息有误，广播式自动相关监视地面站设备（系统）无法辨别。在全球导航卫星系统失效情况下，广播式自动相关监视系统不能正常工作。

ADS-B依靠星基卫星导航系统来确定空中飞机的精确位置，然后将位置信息转换成数字码，该数字码结合了其它一些信息（如，包括速度、高度及飞机是否转弯、爬升或下降），每秒更新数次，在适当的频率通过数据链从飞机广播出来，在150海里内的其它飞机和地面站就能接收到数据链广播，将其信息在屏幕上显示出来。机组从机舱冲突信息显示器上看到了冲突，经过对雷达信号的融合处理，管制员在有其它雷达标牌的常规显示器上也可看到ADS-B的目标。与传统的雷达不同，ADS-B可以在低空和地面工作，能有效地用在偏远地区或山区这些以往雷达无法覆盖或受限制的地区，同时亦能用来监控滑行道和跑道上的冲突，起到场面监视作用雷达的作用。

（四）ADS-B系统的核心主要有GNSS、数据链传输

GNSS的作用主要是目标坐标参数的获取，提供高精度、完整、连续和可用的导航信号；

数据链的作用是建立可靠的传输通道，将获取到的坐标参数传输至用户。

目前GNSS共有下列几个系统：

系统所有权使用情况GPS 美国目前唯一能够实现可靠全球覆盖的卫星导航系统GLONASS 俄罗斯正在完善，还不能提供可靠的覆盖全球的卫星导航信号伽利略欧洲因经费、卫星频率的问题现未发射导航卫星北斗中国2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力；2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。

GNSS比现用的传统的导航系统能够提供更为精确的导航引导。第一代的GNSS是基于GPS和GLONASS导航卫星星座。增强系统现在用来改善其精度、完整性、连续性和可用性。他们使用SBAS（星基增强系统）或者GBAS（地基增强系统）提供经数据链发给用户的改进了的导航性能信息。SBAS服务的覆盖面与同步卫星的相同，导航信号在GPSL1频率1575.42 MHz发送，使用CDMA编码，CHIPPING率1.023kbit/s，带宽2.048 MHz，信号强度-160dBw链路的终结数据率是FEC后250bit/s。系统使用PRN黄金编码，以便下行链路不造成干扰。现在的INMARSAT III卫星载有导航载荷，支持SBAS，但尚未投入使用。

地－空之间传递数据的载体——地空数据链是ADS-B技术重要的组成部分。各国对ADS-B地空数据链选择各持己见，但主流意见基本倾向于以下三种：

VDLMode4 UAT 1090ES使用范围欧洲美国国际民航组织频率 118MHz-136 MHz 900-1000 MHz 1090MHz核心技术 SOTDMA协议二进制连续相移键控CP-FSK选择性询问、双向数据通信缺点 VHF频段资源紧张和DME地面设备的互相干扰严重频谱过度使用数据率 19.2K 1M 1M数据调制 Gksk/D8psk PFSK PCM

这三种数据链都能满足当前ADS-B应用的基本要求，但都不甚完美。由于欧洲和美国两大商用飞机制造基地的产品生产标准不同，在选用地空数据链时，出于兼容现有机载设备、兼顾终极发展目标的考虑，政策取向也各有侧重。

澳大利亚不生产大型商用飞机，却能成功应用ADS-B技术。原因在于他们采取了务实的政策，从解决空中交通服务的实际问题出发，不在数据链的终极能力问题上犹豫不决，选用国际民航组织建议的全球可互用的1090 ES数据链。澳大利亚的成功经验给我们的有益启示。我们不必因消极等待完美无缺的地空数据链而贻误时机，当务之急是尽快明确我国支持ADS-B应用的地空数据链政策，以支持机载设备配型、地面设备生产和相关软件开发。

因此，根据《中国民航监视技术应用政策》中ADS-B近期（2011-2020年）目标，有计划的部署相关地面基础设施，实现其监视功能，满足部分通用航空的需要。同时并充分验证ADS-B相关技术细则，为ADS-B中长期目标的实现打好基础。