广播式自动相关监控ADS-B系统的探究

刘宗福

摘  要：广播式自动相关监控（ADS-B），作为被国际民航组织确定为未来监视技术发展的主要方向，并且也是中国民航局重点推行的新技术。从1991年初期，欧洲和美国对ADS-B技术的研究开始到目前经历了近30年。ADS-B系统也得到了快速发展。而对于从事民航维修的人员来说，能够明白ADS-B系统的原理，对ADS-B系统的维护和保障工作至关重要。该文就ADS-B系统及工作原理、政策支持和发展进行探究，为维修人员对ADS-B的了解和学习提供参考。

关键词：新技术  ADS-B  系统原理  民航维修

中图分类号：V243                             文献标识码：A文章编号：1672-3791（2020）10（c）-0006-03

Abstract： Automatic Broadcast correlation monitoring （ADS-B）， as the main direction of future surveillance technology development determined by the International Civil Aviation Organization （ICAO）， is also a new technology promoted by the Civil Aviation Administration of China. It has been nearly 30 years since European and American research on ADS-B technology began in early 1991. Ads-b systems have also developed rapidly. For the personnel engaged in civil aviation maintenance， it is very important to understand the principle of ADS-B system for the maintenance and guarantee of ADS-B system. This paper explores the ADS-B system and its working principle， policy support and development， so as to provide reference for maintenance personnel to understand and learn ADS-B.

Key Words： New technology; ADS-B; System principle; Civil aviation maintenance

1  ADS-B系統

1.1 概述

ADS-B中文名字叫作广播式自动相关监控。4个字母的意思分别解释如下。

A（Automatic）：自动，飞行器自动报告自己的位置，全天候运行，无须人为管理。

D（Dependent）：相关，数据源依赖于精准的全球卫星导航系统（比如GPS、北斗等）。

S（Surveillance）：监视，接受者（管制人员和机组）可以获取飞行器位置、高度、速度、识别码和其他信息。

B（Broadcast）：广播，飞行器广播各自的数据信息，无须地面管制员询问或者别的机组询问。

概括起来是：ADS-B通过数据链，在不需要人工操作或者询问的情况下，能自动从相关机载设备获取参数并向其他飞机或地面站广播飞机的位置、高度、速度、航向、识别号等信息，以供地面管制员对飞机状态进行监控，也为航空器周边其他机组提供了航空器准确的位置信息，增强了机组的位置感知和空中交通情景意识，提高了飞行安全水平，提升了航班运行效率，优化了航路结构。

1.2 系统工作原理

ADS-B系统的工作原理简单来说就是一个集通信与监视为一体的信息系统，首先由机载GNSS系统（接收GPS信号）和气压高度表（或者是大气数据计算机）确定飞机当前的位置和高度，利用航空器上其他的机载设备比如惯性导航系统（INS）、飞行管理计算机（FMS）、大气数据计算机（ADC）、S模式ATC应答机等其他机载传感器获取信息，比如航空器的航向、航迹、空速、风速、飞机外界温度、飞机的识别信息、高度等数据等，通过ADS-B系统的发送（ADS-B OUT）功能间隔地将所要发送的数据自动地发送到地面的ADS-B接收设备，地面的ADS-B接收设备将接收到的信息进行编译处理并送至空管部门相应的显示设备上显示，管制员通过显示器上所显示的飞机数据信息来跟踪和监控空中交通状况，起到类似于雷达的作用。

1.3 应用功能

机载ADS-B有两个基本应用功能：一个是发送（ADS-B OUT，地-空监视）功能，另外一个是接收（ADS-B IN，空-空监视）。ADS-B OUT属于ADS-B技术的前期应用也是基本功能，重点是增强在雷达无覆盖（ADS-B NRA）地区和雷达覆盖监视不完备（ADS-B RDA）的地区进行地对空监视服务，以及对机场地面监视服务（ADS-B APT）进行优化，比如对地面移动的航空器及安装了ADS-B系统的地面移动设备（车辆等）的监视。这一阶段，航空器上的ADS-B系统设备只发送自身运行情况数据的航迹和航向等信息。

ADS-B IN功能主要是改进ADS-B系统的应用软件，属于全面应用阶段。重点开发航空器上ADS-B系统对其他航空器运行状况和地面服务设备发送信息的知晓，比如ATSA SURDF、ATSA AIRB、ATSA VSA等功能，机载ADS-B系统除了要发送自身运行情况数据还要能够接收附近飞行器和地面服务设备广播出的信息，有利于更好地开发和更有效地利用机载运行数据。对于通航飞机来说，通航飞机没有装载机载气象雷达和空中交通报警和防撞系统（TCAS），那么就需要ADS-B IN的功能来作为补充。ADS-B IN还能接收到地面站向航空器发送的信息，主要分为两类：空中交通情报服务广播（TIS-B）和飞行信息服务广播（FIS-B）。

1.4 用于通信的数据链系统

支持ADS-B系统的数据链有3种：第一种是S模式1 090 MHz扩展电文（1090ES，1090MHz Extended Squitter）数据链;第二种是通用访问收发（UAT，Universal Access Transceiver）数据链;第三种是甚高频模式4（VDL-4，VHF Data Link Mode4）。UAT所用的频段处于DME（X）波段内，机载和地面设备的收发频率采用978 MHz的频率;1 090ES直接使用SSR（S模式应答机）应答机的1 090 MHz频率;VDL-4使用频率为118～137 MHz，波导频宽为25 kHz。

3种数据链都有信道容量大、速度快且具有广播功能。在不同的航空器现有的设备条件下，对于已装有S模式应答机的航空器应用1090ES数据链，只需要更新S模式应答机的软件和接上可靠的GNSS天线;应用UAT模式数据链需要在航空器上加装新的设备（比如SR20飞机上的GDL90设备）;应用VDL-4数据链的航空器也需要加装新的设备，但是由于VDL-4数据链源于OSI模型，是需要严格要求时间同步的规范化VHF数据链。1090ES、UAT和VDL-4这3种数据线互不兼容，所以未来研究1090ES和UAT相兼容可能能实现两个数据链的优势叠加。

2  当前中国民航有关ADS-B的情况及政策

相对于欧洲1991年做的有关ADS-B技术演练和美国在1992年开始的ADS-B技术正式研究。中国在ADS-B技术方面的研究是在1998年才开始的，并且启动了第一条基于ADS-B技术的L888的航路建设。2004年在我国北京、上海、广州分别建立了ADS-B管制中心。2005年7月， 在西南地区的中国民航飞行学院完成ADS-B在亚洲地区的首次应用测试;2006年12月，完成绵阳、广汉、新津、遂宁、洛阳5个地面台建设， 并完成中国民航飞行学院完的6种机型近200架飞机的ADS-B机载设备加装。

明航局发布的关于“通用航空‘十三五发展规划”提出组织开展兼容“北斗”卫星导航系统的ADS-B机载设备适航审定标准规范研究和编制。以及在《中国民用航空ADS-B实施规划》中提出了在2017—2020年，实现全空域ADS-B OUT的全面运行的目标和2020—2025年完善全空域ADS-B OUT的运行网络，实现ADS-B IN初始运行的目标。

中国民航最开始在通用航空飞行活动频繁的特殊区域采用UAT作为支持ADS-B系统的数据链技术，考虑的是UAT机载设备和地面站的性价比、功能特性。而后中国对ADS-B技术的政策更新，考虑的是我国未来空管系统与国际接轨问题及在全球范围内的互操作性，即中国民航在实施ADS-B項目计划时优先考虑使用1090ES作为数据链路技术。作为国内最大的飞行员培训基地，中国民航飞行学院在2019年完成了从基于UAT数据链的ADS-B系统到基于1090ES数据链的ADS-B系统的改装，相关的机载设备也做了更换。

3  传统的导航程序与ADS-B技术的特点

（1）笔者通过对传统导航程序和ADS-B技术进行学习和比较发现：传统导航程序是通过机载设备，C模式二次雷达或者S模式二次雷达应答机的询问，和地面设备的应答来定位。精度等级有200 n mile、60 n mile、18 n mile;而ADS-B以机载设备GPS和S模式的二次雷达应答机，利用GPS定位，导航数据源误差在10 m+系统误差。相比较而言，ADS-B定位精度更精确。

（2）各自优缺点：传统的导航优点在于能够独立协同监视，应用航空器应答机发射的发射信号，不需要额外的机载设备，覆盖范围广 ，个地面站可以独立运行;缺点是建设和运行维护成本高，更新率低且地面设施受地形的影响。而ADS-B技术可以提供更多信息，监视方式多样化，精确度高更新频率快，建设维护成本低，地面站建设简单且能独立运行;缺点是ADS-B自身没有定位数据源，得依靠GPS定位，如果GPS设备或者信号失效会影响它的正常工作。相比较而言ADS-B技术的优势更大，发展前景更好。

4  结语

该文通过从ADS-B系统的简介、运行原理、基本功能以及通信数据链进行详细的介绍，结合笔者对传统导航和ADS-B系统做的对比，可以让大家更好地理解ADS-B，希望对刚开始接触或者听说过ADS-B系统的维修人员提供学习参考。

参考文献

[1] 王尔申，丛笑林.基于ADS-B IN的通航飞机飞行态势监视终端系统研究[J].电光与控制，2020，27（5）：1-4.

[2] 杨明.中国民航ADS-B的现状与改装[J].航空维修与工程，2019（4）：16-17.

[3] 郭健伟.ADS-B广播式自动相关监视系统及其应用研究[J].通信电源技术，2019，36（1）：90-91.

[4] 陈强.通用航空器改装1090ES ADS-B机载设备选型研究[J].中国设备工程，2019（21）：86-87.

[5] 中国民用航空局.ADS-B实施规划（2015年第一次修订）[Z].2015.

[6] 中国民用航空局.通用航空发展“十三五”规划[Z].2016.