ADS-B广播式自动相关监视系统及其应用研究

郭健伟

（民航吉林空管分局，吉林 长春 130000）

1 ADS-B广播式自动相关监视系统架构和工作模式

ADS-B是广播式自动相关监控的简称，是一种非常先进的监视技术，以卫星定位信息为依托，采用数据链的形式，对航空飞行器、地面控制站进行空管监视。该技术之所以能够在空管领域中得到广泛应用，主要是因为它可以对地基雷达无法覆盖的区域进行监视，而且其总体成本远远低于地基雷达。ADS-B具有较高的精度，可以实现地对空和空对地双向数据传输。

1.1 系统架构

在ADS-B中，A代表的是自动，即所有的下行数据均可自动完成，不需要人工操作，而上行数据则无需应答；D代表相关，即全部下行数据的来源均为本机设备；S代表监视，能提供各种不同位置的监视数据，如经度、维度、高度等；B代表广播，数据传输为一对多周期性广播式。ADS-B包括两部分设备：地面设备和机载设备。

1.1.1 地面设备

ADS-B地面设备具有如下功能：可对机载设备发送的信息进行接收；利用地面组网对二次雷达发送的空中交通信息进行实时接收；可向机载设备发送TIS-B（交通信息服务广播）；向机载设备发送ADS-R（自动相关监视转播）；向空管设备发送空中交通信息。当地面设备接收到机载设备发出的报文信号后，会自行对报文进行处理，生成标准形式的报文后，经以太网传输给空管监视设备。

1.1.2 机载设备

机载设备是ADS-B系统架构中的核心部分，其主要具备两种功能：ADS-B IN和ADS-B OUT。

（1）ADS-B IN

当航空飞行器上装备ADS-B IN设备后，可对其他航空飞行器发出的ADS-B OUT信息进行接收和处理，并且还能接收到地面控制站发出的TIS-B、ADS-R等信息，可以实现空对空的监视功能。

（2）ADS-B OUT

在ADS-B系统中，ADS-B OUT是机载设备的基础性功能，当航空飞行器上装备ADS-B OUT设备后，机载设备可通过周期性的方式，一般为每秒2～3次，向空中发送下行数据信息，如识别码、经纬度、高度、速度以及方向等。当地面控制台接收到这些信息后，经过处理会直接显示在屏幕上，并根据这些信息完成空管监控。GNSS系统可以提供航空飞行器的经纬度数据，气压高度表可提供航空飞行器的高度数据。

1.2 工作模式

ADS-B系统具有三种工作模式：S模式数据链、UAT数据链、VDL-4数据链。每种工作模式都有自己的优点，也都存在一定的不足。其中S模式的优点最为突出，能够提供非常高的数据传输带宽，可以达到1 MB/s，这是其他两种模式无法比拟的。同时，在S模式应答机设备上稍作改动，便可将之升级为ADS-B机载设备，由此能够显著降低成本。正因如此，使得S模式成为了ICAO主推的ADS-B标准[1]。

2 ADS-B广播式自动相关监视系统的具体应用

ADS-B系统集成了当前先进的卫星导航技术、计算机技术、数据通信技术等，使得该系统在航空监视方面的应用优势得以凸显。因此，在空管监视的主要环节中，可对ADS-B系统进行合理运用，以提高空中交通监管水平，确保航空飞行器的安全运行。

2.1 ADS-B在航空器识别中的应用

对航空飞行器进行识别是开展空管监视工作的重要前提，作为一项基础性工作，相关人员常常会对其有所忽视。通过ADS-B系统的应用，可使此项工作形成常态化，空中交通管制人员通过对屏幕的观察，可以准确识别出航空飞行器的标识，由此可使后续工作的开展变得更加顺利。借助ADS-B系统，可快速完成航空飞行器的识别，空管人员可在屏幕上对航空器的标识和飞行高度等信息进行确认。具体的识别方式有两种，一种是直接在ADS-B标牌上对航空飞行器的标志进行确认，另一种是通过对ADS-B系统中呈现出与航空飞行器相关的编码进行观察进行确认。应用ADS-B系统识别航空飞行器的主要目的是确保其在空中转弯时，不会偏离管制区，使航空器始终保持在最低安全高度以上飞行[2]。

2.2 ADS-B在位置报告中的应用

在空管监视工作中，通过ADS-B系统的应用，能够快速、准确地进行位置报告。空管人员借助ADS-B系统，可以向航空飞行器的驾驶员告知航空器当前所处的具体位置，同时驾驶员也可利用机载ADS-B设备，向地面控制站发送位置信息。通常情况下，空管人员需要向航空飞行器的驾驶员报告飞行跑道、电台等位置的具体方位和距离。驾驶员要向空管人员报告航空器所处的高度、过航路点的时间等信息。应用ADS-B系统后，当双方进行位置信息报告时，能够使用更加显著的地理位置，从而提高报告信息的准确性。同时，可在达到某个重要点上，对航线中导航设备的方位和距离等信息进行报告。由于受到地面上各类建筑物的影响，使得雷达系统无法覆盖所有的区域，如果航空飞行器盲目飞过，会对飞行安全造成威胁。此时，驾驶员通常会采取短波的方式报告具体位置和飞行速度，但是，部分干扰源会对短波信号的传输造成干扰，进而增大安全风险。ADS-B系统的应用，可使该问题得到有效解决，驾驶员可使用机载设备将飞行信息报告给地面控制站，空管人员根据驾驶员发送的信息，可对驾驶员的飞行空间进行调整。

2.3 ADS-B在飞行引导中的应用

飞行引导是确保航空器安全飞行的重要措施之一，通过应用ADS-B系统，空管人员可利用地面控制站屏幕上显示的航空器飞行情况，向处于飞行状态中的航空器下达上升、下降以及调整当前飞行速度等指令，从而使航空器接近或是飞往航路点，使航空器和航空器之间始终保持安全距离，确保空中飞行的安全性，空中的交通秩序也能得到有效保障。空管人员在应用ADS-B系统航空器进行飞行引导时，地面站与航空器和航空器之间的安全都是由空管人员进行控制，而驾驶员可在这一过程中利用机载设备，向地面站发送航空器的位置等信息，为空管人员引导飞行提供依据。在实际飞行中，当空管人员借助ADS-B系统向驾驶员下达飞行高度、速度、航向等指令时，驾驶员能够在第一时间接收到这些信息，据此进行飞行。ADS-B系统的应用，使空管人员可以有效控制航空器的间隔，使得交通秩序变得更加有序。空管人员在引导中处于指挥者的地位，驾驶员完全处于被动的状态，此时空管人员需要对航空器的飞行安全负主要责任。因此，空管人员在应用ADS-B系统引导飞行时，应当了解机场、地理、气候条件以及飞行状态等情况，确保飞行引导更具针对性[3]。

3 ADS-B广播式自动相关监视系统的应用效果

3.1 增大航空器的飞行流量

ADS-B系统的应用，提高了航空器保持高度的效率，实现了航空器在航路上连续的间隔，保持连续的爬升与下降，缩小了航空器的飞行间隔时间，大幅度增加了空中飞行流量。

3.2 缩小双跑道平行间隔

在能见度较差的飞行环境下，应用ADS-B系统可使航空器在终端近区域内目视进近，无需在跑道上安装精密监视雷达，同时还可将双跑道平行间隔缩减310 m，限制在440 m。

3.3 实现对飞行冲突信息的有效监控

在应用ADS-B系统进行空对空监视时，能够发挥交通避撞系统的功能效用，可在机载显示器上直接显示有用的飞行冲突信息，将信息实时传输给机组，进而辅助机组快速做出应对策略。此外，在ADS-B系统的监视下，能够全程监控航空器之间起飞和离场间隔。

3.4 拓展地对空和空对地的监视功能

ADS-B系统的应用，实现了地面基地对空中交通的监视，通过在地面基地上安装ADS-B接收设备，可在终端设备上直接显示空中交通情况，使得该系统具备雷达监视的基本功能。通过在地面车辆上安装ADS-B接收设备，能够实现航空器对地面活动车辆运行情况的实时监视，航空器能够及时了解机场活动区和跑道附近的车辆交通现状，针对跑道被车辆占用的情况快速做出应对措施，进而拓展空对地的信息监控渠道[4]。

4 结 论

综上所述，在航空领域中，ADS-B广播式自动相关监视系统具有不可替代的作用，通过对该系统的应用，不但能显著提升空管工作效率和水平，而且能保证航空器的飞行安全，避免高空碰撞事故的发生。由此可见，ADS-B在航空领域中具有良好的使用价值。未来一段时期，应当加大对该系统的研究力度，改进和完善其中存在的不足，使系统能够更好地为空管工作服务。