浅谈广播式自动相关监视（ADS-B）在乌鲁木齐区域的运用

杜斌

摘   要：在现代民航发展中，空中交通管制是主要工作，在一定程度上保证了飞行器的安全和空中交通的通畅。因此，航空界始终在研究怎样提高交通管制的水平。近年来，国内外都积极研究广播式自动相关监视（ADS-B）技术在空中交通管制中的应用，这项全新的技术可精确定位目标、规范空中管制工作。文章系统分析了ADS-B技术在乌鲁木齐区域的应用。

关键词：ADS-B技术;交通管制;运用

航空运输的发展和飞行流量的增加，使中国空中交通管制面临严峻的考验，空域和机场拥挤、航班延误等问题频繁出现，给航空公司带来巨大的经济损失。传统二次雷达监视手段自身的缺陷使其无法满足航空业的发展需求。因此，将广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance Broadcast，ADS-B）作为通信手段，建立一个动态空管设备系统，具有一定的现实意义。

1    ADS-B系统原理与优势

1.1  系统原理

ADS-B设备包括地面设备与机载设备，其中，机载设备对全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）定位信息、高度表数据进行整合处理，产生下行链路的数据内容，地面设备解码下行数据得到追踪飞机航行的数据，反馈在地面空管系统设备上，在空管系统覆盖区域内实现空域管制;地面设备通过地面台站网管获取地基雷达和气象雷达数据，对其进行加工处理得到上行数据链路内容，传递至机载设备，使飞机与飞机之间互通交通信息，并显示气象信息。

1.2  系统优势

出现ADS-B技术之前，由于技术本身缺乏成熟性，仅能完成空对空监视，ADS-B技术的出现提高了飞行器飞行的安全水平。该项技术发展成熟后，实现了地对空监视，最大限度地提高了空中交通管制的效率。

1.2.1 提供精准和高效的信息

ADS-B系统与雷达系统相同，都能动态监控地对空的交通活动。雷达监视是借助地面一次雷达准确测量飞机的位置，由二次雷达发出信号，飞机接收信号以后，向地面发送高度、速度等有关信息;ADS-B监视指飞机接收卫星信号，并向其他飞机和地面管制发送高度、速度等信息。飞机应用ADS-B数据链将飞行信息传输至地面指挥中心。

1.2.2 实行飞行预警

飞机利用一定间隔保证飞行安全。不同的机型与速度，加大了调配间隔航班管制和飞机训练的操作难度，加之管制员工作压力较大，难以彻底避免飞行冲突。引入ADS-B监视技术以后，飞机间准确把握彼此的位置，有效规避危险，完成自动导航。

1.2.3 提高空间资源利用率

采取传统管制无法顺利达到飞行目标，应用ADS-B监视技术以后，在一定程度上缩短了安全间隔，不只达到了飞行员的训练要求，还减轻了资源紧缺的压力。

2    空中交通管制中ADS-B的应用

2.1  飛机识别

识别飞机的方式包括以下几种：（1）以ADS-B标牌明确飞机标志，表现出极高的精确性;（2）科学观察编码，在管制范围内有效识别飞机航空器的转弯操作，使航空器保持最低安全高度。

2.2  位置报告

在报告飞行的位置和速度时，以短波方式实现高效的联系，但该种方式产生了不同的安全威胁，科学应用ADS-B技术，由机载设备报告飞机的位置，提高了空中交通管制的效率。

2.3  通过ADS-B技术引导

在利用ADS-B技术实现引导的过程中，管制者可借助屏幕内的飞行状况，提升飞行的安全水平。管制者在引导过程中保证飞机安全飞行，要求飞行员了解飞行位置，根据管制者下达的指令，严控飞机之间的距离，从而加速流量。

2.4  ADS-B在通航中的应用

必须获得有关部门的适航认证才可以使用ADS-B。近年来，我国不断扩大通用机队规模以及更新机型，很多航空器都安装了与新航行系统相适应的机载电子设备，形成地空双向数据通信能力。ADS-B管制服务的基础是识别飞机，同时，管制员与飞行员在起飞之前实施调校，校正时钟、精度等，管制员通过管制屏幕核对飞机的标识并检查这一标识与飞机的真实高度是否一致。识别消失时，应立刻告知航空器并再次识别或停止ADS-B服务。另外，特殊情况下有必要进行位置报告，合理引导航空器ADS-B。

3    应用ADS-B技术优化空管中心系统

在卫星通信与空地数据链技术的发展中，雷达绝不是唯一的空管监视设施，自动技术在空管系统中发挥的作用更大。乌鲁木齐自从建立区管中心以后，自动化系统与多个ADS-B地面站数据实现引接，但监视信号与子网交换机缺少相关的安全防护措施，各地面站ADS-B数据彼此影响，故而要不断优化该系统。

3.1  故障现象

在11：08管制部门发现主用自动化系统航班大面积掉标牌，立即切换备用自动化系统，使系统持续运行，主用自动化系统在11：09恢复航迹。系统管理时回放数据，雷达管制屏幕在11：08：18发生大面积的航班掉标牌，雷达航迹与ADS-B航迹转化为推测航迹并逐步消失，而计划航迹始终存在，在11：11：20自动化航迹正常运行，同时，备用自动化航迹恢复常态。远程进入主用监视数据处理服务设备，连接主用监视源前置处理服务设备，检查目录日志后发现数据较高，数据恢复正常时自行释放且归零;通过对日志的两个进程CETC_NET，CETC_NETRADCPU占用率的检查可知，其超过3%;检查home/atc/log日志，在该段时间内某地面站ADS-B数据迅速增长，明显比其他时间段的ADS-B数据量高。

通过检查以上日志，ADS-B地面站数据与自动化系统连接形成一定的风险。ADS-B交换机内各地面站数据彼此影响，在某一时间内快速增加了交换机端口数据，进而引发系统故障。

3.2  交换机访问控制列表配置

根据CISCO交换机方位控制列表的规则可知，对控制列表指令组进行逐步访问，只要该过程出现一条匹配，便结合规定选择允许或拒绝动作，若全部指令都无法匹配，拒绝是默认的动作。此外，在交换机对应端口由扩展访问控制列表，科学运用指令组，严禁其他数据包通过。ADS-B地面站点以A-G为例，如表1所示。

利用三层交换机形成ADS-B地面站数据，同步连接自动化小型可插拔（Small Form-factor Pluggable，SFP）服务器、自动化测试平台SFP服务器、备用自动化防火墙等。根据A地面站设置交换机：合理设计扩展访问控制列表指令组101，借用ADS-B交换机使A地面站A机、B机将数据包传递给监控终端，这一端口拒绝接收其他数据包。

3.3  数据传输方式和地址规划

按照ADS-B数据处理中心的系统要求，与本区域、邻近区域的自动拨号转换网络（Automatic Dialing Switching Network，ADSN）数据有效连接，经加工处理后将动态监控信息提供给区域管制中心，并向数据处理中心传输综合监视信息。用户指定输出接口为组播、单播和广播;科学配置组播路由实现用户數据报协议（User Datagram Protocol，UDP）组播。搭建两台三层交换机配合防火墙形成数据处理中心，发挥边界审计的作用，以合理的原则搭配综合监控信息组播地址和三层交换机，并输入相关的安全防控措施。规划综合监控信息组播地址时满足以下要求：

（1）在事先预定的组织区域内规划地址，并且保证未被使用;

（2）为防止与航迹、飞行数据产生冲突，应对组播地址进行科学规划。

4    结语

ADS-B技术有较高的精确度，应用间隔小，成本投入少，空对空的监测手段有利于获取机上与空中的数据，增大了监视范围，增强了座舱图形与防雷达的显示功能，锻炼了飞行员的预测航迹和情景感知能力，使飞行员建立空中交通的处境意识。地对空的监视手段，帮助管理人员科学指挥飞机，保证飞行安全。由此可知，ADS-B在发展我国新航行系统中发挥了巨大的作用。

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[2]张思远，李仙颖，沈笑云.基于ADS-B IN的冲突预测与多机无冲突航迹规划[J].系统仿真学报，2019（8）：1627-1635.