浅析广播式自动相关监视技术的应用

范 军

（民航江苏空管分局连云港导航站，江苏连云港 222000）

1 广播式自动相关监视系统介绍

广播式自动相关监视ADS－B 是Automatic Dependent Surveillance－Broadcast 的缩写，它代表的基本含义为：A－自动（Automatic）：不需要人工的操作，不需要地面的询问；D－相关（Dependent）：信息全部基于机载数据，由飞机提供准确的速度、位置等信息；S－监视（Surveillance）：提供位置和其他用于监视的数据；B－广播式。ADS－B 是一项基于GNSS 卫星定位和地/空数据链通信的航空器运行监视技术，飞机以广播方式向全空域发送自身的位置报告。由于是飞机自主性、周期性的广播信息报告，可监视所有具备相应机载设备的目标，真正实现空天地一体化协同监视。它依靠空中飞行的每一架飞机自动广播自身位置信息，并接收附近其他飞机的位置报告，可以了解周围空域的飞行态势，使驾驶员无需依赖地面雷达监视和管制，自主维护空中交通秩序，为自由飞行提供了可能。区别于ADS－B 的工作方式，还有一种自动相关监视技术是ADS-C，也就是寻址式/契约式自动相关监视，通过点对点寻址至签署了数据接收合同的地面站，是端对端通信。

ADS-B 的优点体现为：在场面监视上，与场监雷达可以进行协同配合，改进飞行员态势感知，增强场面交通控制管理，降低潜在的机场入侵、地面相撞；在空空监视上，改进了飞机间的飞行间隔，实现了看得见的避让，增强了航路空空操作；在地空监视上，可覆盖无雷达区域（改进的分离间隔），实现增强的专用VFR 运行。

ADS－B 适合于海洋、山区、荒漠、边远机场等不宜建设雷达的区域，具有维护费用低、使用寿命长、增大空域容量的优点。与雷达相比，ADS-B 具有数据更新率快、高度精度和位置精度高、速度矢量全和覆盖范围广等特点，是新航行系统中重要的组成部分，是未来空管监视技术发展的主要方向之一。

2 ADS－B 系统组成

ADS－B 设备由地面设备和机载设备组成，以网状、多点对多点方式完成视距范围的数据双向通信。地面设备包括地面接收机、天线、数据服务器、显示单元、附属网络和通信设备。机载设备包括GPS 接收处理单元、ADS-B 收发信机、监视信息处理系统、机舱综合信息显示系统CDTI 等。机载设备以GNSS/GPS进行实时定位后，可以以1 秒的间隔广播式发出来自机载信息处理单元收集到的导航信息，接收其他飞机和地面的广播信息后经过处理送给CDTI。CDTI 根据收集的其他飞机和地面的ADS－B 信息、机载雷达信息和导航信息后给飞行员提供飞机周围的态势信息和其他附加信息（例如冲突告警信息，气象信息等）。

ADS－B 系统是一个集通信与监视与一体的信息系统，它由信息源、信息传输通道和信息处理与显示3 部分组成。信息源主要有全球卫星导航系统（GNSS）、惯性导航系统（INS）、惯性参考系统（IRS）、飞行管理器、其他机载传感器，如大气数据系统，可以获得飞机识别码、飞机4 维位置信息、航行意图、飞行速度、气象信息、交通信息等。ADS－B 的信息传输通道以ADS-B 报文形式，通过空-空、空-地数据链广播式传播。ADSB 的信息处理与显示主要包括信息的提取、处理及有效算法，进行飞机位置信息的估计、跟踪、报告以及其他辅助信息的获取预处理，形成清晰、直观的背景地图和航迹、交通态势分布、参数窗口以及报文窗口等，在地面站以伪雷达的画面提供给管制员，在飞机上由CDTI 等提供给飞行员。

3 ADS-B 数据链技术

由于ADS-B 数据链要求信道容量大、传输速率快和具有广播模式，目前有3 种数据链路可供ADS-B 选择使用：Mode S 1090MHz ES；通用访问收发机UAT（Universal Access Transceiver）；模式4 甚高频数据链VDL-4。典型应用有：美国商用航空采用1090ES；通用航空采用UAT；欧洲采用VDL-4。

1090ES，UAT 和VDL-4 三种数据链互不兼容。比较3 种通信链路模式，1090ES 最易实现，因为它是由空中防相撞系统TCAS 改良而来，仅需升级机载S 模式应答机软件和加装GPS全球定位系统连线即可。而UAT 和VDL-4 模式需要飞机加装新设备，代价较大。在抗干扰性能上，1090ES 和二次雷达都使用1090MHz 频段，易造成两者的同频干扰；VDL-4 则对目前的VHF 甚高频语音通信造成极大的干扰；UAT 专门为ADS-B设计，不存在频段干扰现象，只是与测距机产生轻微的干扰现象。在通信容量和空-空监视范围上，UAT 模式均优于其余两种方式。尤其是在适用RTCA 标准方面，适用所有RTCA ADSB 最低航空系统性能标准上，UAT 是唯一符合要求的数据链配置，且UAT 支持TIS-B 和FIS-B 服务，所以，使用UAT 数据链技术的空-空ADS-B 性能总体优于1090ES 和VDL-4 数据链技术。

目前，只有ADS-B 1090ES 技术是被多方接受的标准，1090ES 数据链目前在TCAS，SSR 等领域得到了广泛的应用，技术比较成熟，但是现有的S 模式地面设备基本不具备上行数据传送能力。UAT 并没有形成国际标准，仅在美国境内允许使用，ADS-B VDL-4 因为频率干扰等问题，虽然已形成国际标准，却未能有效推广，只在欧洲少数国家和地区进行试验。

虽然3 种数据链应用上都有着各自的优势和用户群，但数据融合和信息共通是空中交通管理的趋势，在现有的状态下，未安装ADS-B 的飞机上应优先考虑安装UAT，同时由ICAO组织协调建立不同技术兼容的国际标准，融合多数据链技术，用以配合雷达监视系统，提供更安全、可靠的监视技术支持。

4 ADS-B 技术的应用

ADS-B 可实现飞行信息的真正共享，实现空天地自主式协同管理，是新航行系统中非常重要的通信和监视技术，它在防撞、洋区监视、无雷达环境的ATC、协同合作判断、持续可视的跑道容量、停机坪管理、避免跑道侵入、提高飞行员的环境意识等方面都有很强的使用价值。

相对于飞机的信息传递方向不同，机载ADS-B 应用功能可分为发送（OUT）和接收（IN）2 类。

4.1 ADS-B OUT 应用

ADS-B OUT 是指航空器的机载发射机以一定的周期发送航空器的各种信息，包括：航空器识别信息（ID）、位置、高度、速度、方向和爬升率等。地面系统通过接收机载设备发送的ADS-B OUT 信息，监视空中交通状况。主要包含5 个方面的地面监视应用：航路监视（ADS-B-ACC）；终端区监视（ADS-B-TMA）；无雷达覆盖区监视（ADS-B-NRA）；机场场面监视（ADS-B-APT）；为其他地面设备提供飞机数据（ADS-BADD）。

4.2 ADS-B IN 应用

航空器通过ADS-B IN 接收其他航空器发送的ADS-B OUT 信息或者地面服务设备发送的信息，为机组运行提供支持。ADS-B IN 可以使机组在机舱综合信息显示系统CDTI 上“看到其他”航空器的运行状况，从而提高机组的空中交通情景意识。主要包含7 个方面的空-空监视应用（空中交通状况咨询ATSAW）：全天候增强型咨询（ATSA-AIRB）；增强的连续目视进近（ATSA-SVA）；洋区尾随飞行程序（ASPA-ITP）；增强型机场场面交通状况咨询（ATSA-SURF）；增强的目视“看到-避让”（ATSA-S＆A）；增强的排队和汇聚（ASPA-S＆M）；增强的交叉和穿越飞行（ASPA-C＆P）。

地面站也可以向航空器发送信息，是ADS-B 的扩展功能，具体分为2 类：空中交通信息服务广播（Traffic Information Service Broadcast，TIS-B），是将没有安装ADS-B 设备的飞机的位置等相关信息通过广播式地空数据链向空中广播，并进行数据转换和融合；飞行情报信息服务广播（Flight Information Services-Broadcast，FIS-B），主要是广播发送气象信息和飞行情报信息。

TIS-B 是一种地面基站的上行数据链服务。ADS-B 地面站接收航空器发送的ADS-B 位置报文，将这些数据传递给监视数据处理系统（Surveillance data processing system，简称SDPS）。同时，SDPS 也接收雷达和其他监视设备的数据，SDPS 将这些数据融合为统一的目标位置信息，并发送至TIS-B 服务器。TIS-B 服务器将信息集成和过滤后，生成空中交通监视全景信息，再通过ADS-B 地面站发送给航空器。这样机组就可以获得全面而清晰的空中交通信息。TIS-B 的应用可以使ADS-B 不同数据链类型的用户获得周边的空域运行信息，从而做到间接互相可见。

FIS-B 是地面向空中广播飞行情报服务，ADS-B 地面站向航空器传送气象、航行情报等信息。这些信息可以是文本数据，也可以是图像数据。文本格式的气象信息包括日常报（METAR）、特选报（SPECI）、机场天气预报（TAF）等。图像格式的信息包括雷达混合图像、临时禁飞区域和其他航行信息。FIS-B 使机组可以获得更多的运行相关信息，及时了解航路气象状况和空域限制条件，为更加灵活而安全的飞行提供保障。

5 ADS-B 技术的发展情况

自从1991 年ADS-B 技术首次在欧洲成功演示以来，在ICAO 组织新航行系统发展规划指导下，欧洲、美国和澳大利亚等地区的航空组织进行了卓有成效的研究，尤以美国和澳大利亚在ADS-B 领域取得巨大进展。

美国在1994 年对ADS-B 进行了地-地通信实验，1999 年UAT 模式的ADS-B 设备试验飞行。2005 年，美国FAA 将ADS-B 确定为未来空中交通管制的基础。2008 年开始在全美国空域建设ADS-B。FAA 计划在2014 年之前建成400 个ADS-B 地面基站，在全美实现卫星导航功能，与此同时将逐步停止使用125 个ATC 雷达。而在2014 年4 月，FAA 宣布已经在全美范围内完成广播式自动相关监视（ADS-B）无线电网络的安装，以支持向基于卫星的NextGen 空中交通管制系统进行转换。

澳大利亚同样是一个成功推广使用ADS-B 技术的国家，1996 年就开始使用管制员驾驶员数据链通信设备，2003 年开始实施ADS-B 高空覆盖计划，并计划在2012 年开始强制所有飞机安装ADS-B 设备。目前，已基本实现20000 英尺高度的完整覆盖。

我国是继美国之后第2 个将ADS-B 技术应用于通用航空领域的国家。成功完成了成都-九寨ADS-B 应用监视系统工程的建设与论证，得出了结论：在精度、完好性等多项特性上，ADS-B 数据优于雷达数据；在速度、航向的精度和连续性上ADS-B 数据优于雷达。总体上，ADS-B 性能优于雷达，并且ADS-B 数据链能满足日益增长的民航空管监视的需求。之后，完成了成都-拉萨航线监视工程项目，实现成都－拉萨航线主要高度层的ADS-B 多重连续覆盖，为管制部门提供监视参考；完成了西沙ADS-B 试验系统建设，收集飞行统计数据，分析统计该区域机队的ADS-B 机载设备能力，积累了大量的验证数据。同时，作为西沙雷达的补充，加强了对南中国海的空域监视能力和ADS-B 技术在洋区的试验应用，有着重大的现实意义。最近，B215 航路空管新技术应用工程也在实施当中，实现B215 航路的双重覆盖将为研究、分析雷达和ADS-B 信号融合和显示方法提供范例。

6 结语

ADS-B 系统的应用对我国交通管制发展具有重大的意义。通过冲突检测和交通态势显示，实现飞机的相互监视和指挥能力。通过减小空域内飞机的最小间隔，增大空域容量，提高了空域资源的利用率。ADS-B 良好的通信性能和高效的监视功能，更精确、连续地掌握飞行动态，有效实施管制。因地制宜，大力科学地推进ADS-B 系统的实施，有望迅速为我国带来显著的经济和军事效益。

［1］李自俊.ADS-B 技术在通用航空飞行中的应用［J］.国际航空，2008（4）.

［2］何东林.广播式自动相关监视技术［J］.民航科技，2011（2）.

［3］范婷.ADS-B 的应用［J］.经营管理者，2013（3）.