基于北斗RDSS和ADS—B的航空监视系统架构研究

张永旺

摘要：伴随着中国经济的飞速发展，人民生活水平日益提高。航空器运输业也迎来了大发展的机遇时期。但是，由于我国的特殊国情，高中低空空域的管理具有独特的属性，无法直接套用发达国家成熟的中低空空管模式。目前在低空飞行器种类繁多，性能差异较大、执行的任务各异、天气对中低空飞行器会造成较大的影响。为此，该文针对我国低空空域管理的特点，通过结合北斗RDSS和ADS-B技术，构建了独立的航空监视系统架构，为低空空域的空管工作空白提供了一种有益的技术保障思路和手段。

关键词： 中低空空管；北斗RDSS；ADS-B；空管动态监视系统

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）26-0169-02

1 概述

基于中国国内特殊的国情，目前中低空空域主要划分为管制、监视和报告三类空域，三类空域均为受管制状态，特别是临近机场的范围更是监控的重点。特别近期无人机、通用航空等多种民用飞行活动日益增加，低空飞行器难于管理，空管部门无法通过一二级雷达有效监控的问题异常突出。为更好解决空管部门对于低空空域飞行器的管理，本文结合空管日常运营管理工作模式，采用了北斗RDSS和ADS-B技术，拟构建一套符合低空空域监视导航管理工作的管理体系结构，为低空空域的空管技术保障工作提供了一种新的思路。

2 中国低空管制工作特点

结合中国低空空域管制工作实际情况，《关于深化我国低空空域管理改革的意见》明确指出，相对高度1000米以下空域为低空管制区域，根据不同航空器活动的特性和空域使用要求，区分为了管制、监视、报告的三类空域管理体系。

民用航空器在低空飞行时，需要接受空中交通管制部门的空管服务引导，并提前向相关管制单位提交飞行计划并得到批准；空中交通管制部门要随时对航空器飞行状态进行实时监控，有效地进行管理和指挥，特别是对于低空空域飞行的航空器，空管部门除了提供常规的飞行动态服务和预警服务为，还应结合中高空空域的飞行安全需求，制定相應的低空飞行时间段，以有效的配合整体空域安全的需求。

3 中国低空管制工作存在问题

3.1 低空管制工作缺乏成套的体系和实施细则

近年来伴随着无人机、通航的大规模应用，对于低空管制工作的一系列管理和政策相继出台，但此类政策仅仅对低空管制工作提出了基础意的意见和思路，对于具体的管制工作开展、管制体系的构建、通信导航监视系统的建设，都缺乏有效的运行规范和体系支撑，相关的管理与控制机制亟待完善。

3.2 航行服务保障能力缺乏可用性

低空管制服务与中高空管制服务不同，相应的空域服务方案并不成熟，管制、气象、技术保障三大领域均没有对应的设备和人员进行管理和控制，在出现特殊情况时，相关应急保障能力缺失严重，对于低空飞行的整体安全有一定消极影响。

3.3 地空甚高频、高频话音通信缺失

地空通信系统目前主要使用甚高频、高频进行通话。低空空域目前飞行器主要为通航和无人机等，缺乏对应的地空通信手段，同时由于中低空的地形地貌影响，无线电通信系统性能并不畅通，难以保障有效地地空通信。

3.4 低空监视能力不足

空管一二次雷达对于航路的覆盖受到地形的影响，对于低空区域没法实现完整覆盖，同时雷达电波本身存在的盲区特性，导致部分管制和监视空域存在“黑洞”情况。

4 航行动态监视体系架构的设计

4.1 北斗卫星定位系统

低空航行动态监视体系拟采用北斗卫星定位导航系统进行近地区域的导航定位和地空数据链的位置发送工作，同时相关报文也利用北斗自带的数据链功能进行传输。管制监视系统采用北斗数据实现监视终端对飞行器位置的显示，同时对低空飞行器进行指挥调度。

主要实现功能包括：

（1） 航空定位服务

机载设备通过北斗芯片和相关发射单元，接收北斗卫星导航定位信号，与数据地图重叠计算当前位置，同时通过固定报文格式向北斗系统发送当前位置报文信息，通过北斗卫星定位系统地空数据链转发到北斗地面设备；北斗地面设备通过地空数据链接收航空器位置信息，经过处理在监视终端显示对应的航空器位置信息。

（2） 机载设备数据传输

机载设备可提前预存多个常用短信息，在于航行动态监视体系进行通信时，可以直接调用进行传输；航空器操纵人员可通过比选方式进行信息的传递，并经由北斗系统转发后，由地面站工作人员进行解读。

（3） 航行动态监视终端发送管制指令

航行动态监视终端可通过北斗短信息服务，通过编辑方式传输对应的短信息报文至机载设备，航空器操纵人员在读取相应信息后，执行相关指令，或进行短信息的反馈。

4.2 ADS-B地面站

航行动态监视系统内部需要设置ADS-B地面站，通过地面站来对地空数据广播报文进行接收、发送和处理，航行动态监视系统管理范围航空器通过可备份的ADS-B地面站进行数据信息的传输，空管部门通过地面站对空域状态进行整体性控制，从而有效保障低空空域的航空安全保障力度。

ADS-B地面站数据传输采用CAT033格式报文，通地调制时隙后进行无线电发送；同时地面站天线通过接收航空器机载设备ADS-B报文进行数据的交互。航行动态监视终端显示数据通过对CAT033和CAT023报文进行解析后呈现。

ADS-B航空器机载设备可通过北斗卫星定位数据接口、高度仪、水平仪等数据对航空器的飞行姿态和位置形成准确定位和状态数据，并采用CAT033报文格式发达ADS-B报文到地面站设备。机载设备在接收到地空数据链传输的报文信息后，通过解调过程对数据进行处理，生产符合机载显示终端显示规范的CDTI接口数据，通过显示接口显示。endprint

4.3 航行动态监视终端

航行动态监视终端是低空空域管制技术保障工作中的重要环节。相关ADS-B报文数据的传输、处理都需要其后台进行，对于低空空域航空器的统一监视和管理具有重要意义。根据软件设计的基本规范，通过航行动态监视终端系统可分为三层架构体系：系统软件层、共享软件层、服务软件层。

系统软件层定义了系统运行的基础操作系统环境和通信协议版本；共享软件层定义了系统运行中共享使用的GPS时钟校正、数据库平台、GIS地理服务平台和地空数据链管理系统；服务软件层是航行动态监视系统的核心，它直接控制了系统的内部管理、数据通信逻辑、信息逻辑界面展示等多个领域。

对于航行动态监视系统而言，数据通信逻辑模块是北斗系统与ADS-B地面站系统实现交互和信息处理的核心环节，该模块结合不同格式的报文信息解析、编译工作，将多个不同的数据接口有机的进行了融合，把异构数据进行了同质化处理，使得北斗系统与ADS-B地面站协同工作成为可能，也为管制工作的监视数据提供奠定了数据基础。

数据处理模块作为对于低空空域航空器位置、姿态信息进行管理的功能模块，它直接负责对相关的安全性进行辨识，通过融合包括数据处理、位置冲突判断、航空器预警报文处理等多个功能，最终实现了相關安全信息的提前处置。

信息逻辑界面展示功能主要对航空器位置、姿态等在空管管制部门进行实时的展示，显示通过北斗和地面站得到的相关监视数据，为管制员和技术人员提供可供参考的航迹信息、地图高度信息、系统配置信息等操作接口。

5 结论

自2015年国务院下发关于低空空域管制的相关指导意见以来，关于低空空域管理和发展的一系列政策和规范逐步出台，对于低空空域承载业务的需求和管理思路有了原则性的指导意见，但是技术上对于相关航空器的监视和管制仍缺少有效的支撑，本文采用了基于北斗RDSS和ADS-B的航空监视系统架构体系，为雷达管制、地空通信、多点定位的技术实施进行了初步的探索，通过构建多路径的监视系统，为低空空域管理安全提供了坚实的保障。

参考文献：

[1] 张健，宋祥波，刘永欣，等.低空开放对空管的影响及对策分析[J].中国民航飞行学院学报，2012，23（3）：9-12.

[2] 谭述森.卫星导航定位工程 [M]. 2版.北京国防工业出版社，2010.

[3] 王党卫.基于性能导航技术研究[J].现代导航，2013（1）：5-8.endprint