ADS—B Category 021报文解析软件的设计与实现

冯建锋+鱼佳欣+刘明菊+孟祥强

摘 要：由于ADS-B设备相比雷达和遥测遥控具有低成本、小型化和通用性的优点，且能够对长航时、远距离的飞行目标进行监控，文章规划了Category 021 报文的引入方案，对Category 021报文格式进行分析，重点设计开发了Category 021报文解析软件，通过接收并处理ADS-B地面站传送的目标航迹数据，实现了ADS-B信号中合作目标航迹数据的提取与显示，并进行了测试验证。测试结果表明：该方案能有效地实现对飞行目标的快速跟踪监视，增强了对飞行目标的监控手段。

关键词：ADS-B；Category 021报文；航迹数据；目标监视

中图分类号：TP301.6 文献标志码：A

Design and/Mplementation of ADS-B Category 021 Message Parsing Sofeware

FEN Jian-fen，YU Jia-xin，LIU Ming-ju，MENG Xiang-qiang

（Luoyang electronic equipment test center in China，Jiyuan，Henan，459000）

Abstract：Because of ADS-B equipment compared to radar and telemetry remote control has the advantages of low cost，miniaturization and generality，and can fly for long-endurance，long-distance target monitoring，the article the introduction of the planning for the category 021 message，to analyze the category 021 message format，the key category 021 message parsing software is designed and developed，by receiving and processing ADS-B ground transfer target track data，implement the cooperation in ADS-B signal extraction and tracking data show that and test verification.Test results show that the scheme can effectively realize the flying target fast track monitor，strengthens the monitoring means of the flying target.

Key words：ADS-B；category 021 data；track data；target monitoring.

1 引 言

在试验任务中地面对飞行目标的监视一般采取两种方式：一是通过遥测方式从目标下传的遥测数据中解析出目标的位置信息，二是通过地面雷达测量目标的空间位置。遥测数据具有数据量大、测量位置信息准确的优点，但一方面遥测通信链路一般地面站与机载设备一一对应，不具有通用性，且遥链路受到干扰后会导致对目标跟踪监视的中断。地面雷达由于持续工作时间有限难以长时间地对目标进行跟踪。ADS-B自主的广播数据，数据率高且稳定，探测覆盖面积广和可以同时跟踪多批次目标的优点。引入ADS-B数据，对其进行处理提取出所关注目标的航迹信息并显示在航迹显示系统中，可以弥补当前对飞行目标监视手段的不足、拓展监视目标的技术手段，从而提高对飞行目标的监视能力。

广播式自动相关监视（automatic dependent surveillance-broadcast，ADS-B）是一种基于卫星GNSS的监视技术，使用甚高频数据链进行各方面的通信，传递不同的情报信息，提高了传递数据的准确性，可靠性，使得数据更加完整，成本更加低廉。ADS-B依赖GPS卫星系统定位。通过接受飞行器的四维位置信息和其他附加信息，实时地管理空域的飞行情况，掌握动态情势。ADS-B 技术成熟、建设成本低，可自主广播数据，数据率高且稳定，能够无人值守，可作为靶场一种重要的对空监视手段，用于获取试验航区及周边空域飞行活动信息，提高整体试验保障能力。

2 Asterix Category 021 报文的生成及引入

如图1所示，ADS-B机载设备接收卫星定位信息后，通过空中接口发射ADS-B消息，接收范围内架设的ADS-B天线接收数据到ADS-B地面站系统，经过报告汇总生成，及輸出缓存生成Asterix Category 021报文格式，然后以UDP的格式传到ADS-B应用系统中，数据处理软件在接口处不停地侦听，当发现有数据时，进行解析与控制，将感兴趣的目标状态信息转换成航迹显示软件能够识别的接口协议并发送出去，从而显示到航迹显示软件中，为指挥员实时观测其运行状态提供保障。

3 Asterix Category 021 报文分析

ADS-B使用欧洲标准雷达数据交换格式（All purpose Structured Euro control Radar Information exchange format，ASTERIX），从1999 年12 月至2010 年12 月，Asterix Category 021 协议总共经过了30 次版本修改。本文采用广汉飞行学院的地面站进行试验，故主要分析地面站使用的版本0.26。Category 021明确规定了ADS-B报文数据项以及其组成序列，并详细描述各个数据项的数据内容以及适用范围等。Category 021报文可以看作是由十六进制数据串组成，其数据包组成含有包类型、长度、字段描述符和一系列数据项，如图2为Asterix Category 021 报文包含信息情况：endprint

从图2可以看出，包类型表示该报文类别，数据类型021，占一个字节，它表示数据块含有A DS-B 报文；长度表示该数据帧的字节数，它表示整个数据块的总长度；字段描述符表示该报文包含数据项情况，参考文献[5]中均有详细说明。数据项可以分为两类：固定长度和可扩展长度，前者有固定长度，后者需要根据扩展标识位来判断实际长度。还有各数据项所包含的值类型或数值单位也不尽相同，计算过程要进行数值转换处理。

4 ADS-B地面站021数据处理程序的设计与实现

4.1 数据处理程序的功能组成

ADS-B地面站021数据处理程序的功能组成如图3所示。主要作用是接收ADS-B地面站数据包，并从数据帧中提取目标参数：地址码、经纬度、高度、航速、航向角。将这些参数进行处理成航迹数据发送至航迹显示软件。该软件具备数据控制的功能可对航迹进行管理控制，并具备数据记录与回放功能。

4.2 数据处理流程

ADS-B地面站输出021数据的处理流程如图4：

（1）数据接收；

（2）判断是否为ADS-B目标报告类型，如果是进入步骤（3），否则丢弃该帧数据进入步骤（1）；

（3）获取数据帧到达时间，数据存盘，进入步骤（4）；

（4）计算地址码，进入步骤（5）；

（5）存入已发现目标库，进入步骤（6）；

（6）判断此帧数据是否转发至航迹显示软件。如果是进入步骤（7），否则进入步骤（1）；

（7）解析出经纬度、高度、航速、航向角，进入步骤（8）；

（8）坐标变换与数据封装，将处理好的航迹数据帧发送至航迹显示软件，进入步骤（1）。

4.3 程序的实现

基于Visual C++6.0 的MFC，使用Socket串口编程。ADS-B报文处理程序运行界面如图5所示。程序可分为已接收目标显示区、处理转发至航迹显示区、接收地址设置区、转发控制范围设置区组成，数据回放区，接收到的数据默认都保存到一个以时间命名的文件中，以便后期数据查询与分析。

广汉飞行学院拥有自己的航迹显示软件，如图6为ADS-B数据处理软件将选中目标打包成相应接口形式后的显示图，目标能够实时快速跟踪，准确有效，为指挥员提供目标实时信息，方便观察并作出决策。

当双击接收控制区的某个目标，在转发信息区会显示选中目标的飞行状态，且该目标的状态信息会打包发送到航迹显示软件中。当然不同的航迹显示软件接口协议会不同，只有协议对应方能识别。

4.4 程序的创新点

（1）基于virtual C++ 6.0的MFC，采用socket串口编程技术，udp协议，快速有效接收发送数据；

（2）由于时间的累积，左侧接收目标显示区的数据逐步增加，为防止数据骤增影响软件运行效率，本文采用vector动态数组的结构，将5分钟内（可根据情况更改）无数据的飞行目标删除，提高运行效率；

（3）默认保存接收到的数据，并设置数据回放模块，使场景再现；

（4）设置发送地址编辑功能，可添加多个发送方，方便快捷；

5 结束语

研究了1090ES ADS-B数据引接方案，分析了ADS-B地面站输出的Category 021数据帧格式，设计制定了数据处理软件的功能结构，形成了数据处理流程，并编写数据处理程序以实现对ADS-B 021數据的提取与最终显示在航显软件中。通过对系统测试验证，结果表明系统能利用ADS-B数据对飞行目标实现对飞行目标的跟踪监视，有效增强了机场对飞行目标的监控手段。

参考文献

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