ADS-B全面实施对未来空管项目建设规划的意义

广州区域管制中心区管设备室 周君

ADS-B技术是中国民航重点推进的空管新技术之一,是新一代空中交通管理系统的重要组成部分。随着ADS-B-OUT技术的日渐成熟以及我国对ADS-B建设的不断推进,ADS-B必将成为了未来空管项目建设中不可或缺的部分。本文从我国监视技术发展的政策及发展现状入手,分析当前我国监视技术未来发展的方向,并结合当前ADS-B全面实施后的运行效果及与传统雷达的优势分析,证明了ADS-B能够提供有效的类雷达的覆盖能力,且效果明显优于雷达。最后,本文给出了ADS-B技术在未来空管项目建设规划时的运行建议。

1 研究目的及意义

空管监视信息探测系统为空中交通管理系统提供空中与地面航空器及其他目标的位置、状态和告警等实时动态信息,是进行空中交通管理的基础。空管监视信息探测系统包括一次监视雷达、二次监视雷达、广播式自动相关监视系统、广域多点定位系统,以及场面监视雷达、场面多点定位系统等。近年来,随着流量的增多,航线的增加和延伸,扇区划分更加精细,各空域雷达管制监视需求急剧增长,对监视系统的要求也越来越高,然而目前现有雷达的运行数量和规划布局,已难以满足我国航空运输的日益增长和空中交通管制对管制空域实施连续、可靠监视覆盖的需要,因此采用定位精度高、更新率快的新监视技术,以减小航空器间的最小安全间隔,提升空域容量势在必行[1]。

ADS-B技术是我国重点推进的空管新技术之一,是新一代空中交通管理系统的重要组成部分,它具有数据更新快、定位精度高、部署周期段、建设成本低等优点,是促进运行安全、提升运行效率、保障航班正常的重要手段。随着ADS-B-OUT技术的日渐成熟以及我国对ADS-B建设的不断推进,ADS-B必将成为了未来空管项目建设中不可或缺的部分。本文就目前中国ADS-B发展的状况和技术优势展开讨论并分析ADS-B全面实施后对未来空管项目建设规划的影响。

2 我国民航监视技术的发展政策及现状

中国民航高度重视ADS-B技术的研究与应用,2010年11月2日,中国民航局颁发了《中国民航监视技术应用政策》,该政策首次规定了我国民航监视技术应用的发展方向,明确指出了我国民航监视技术的总体策略,为全面推进中国民航ADS-B实施及低空空域监视技术应用提供政策指导。2015民航局发布了《中国民用航空ADS-B实施规划》,明确了ADS-B技术作为我国未来空管监视技术的重要组成部分,并指定了《广播式自动相关监视(ADS-B)管制运行规程》等技术装备、管制运行、适航审定方面的规范标准,建立了较为完善的法规标准体系。十四五规划期间,我国完成了ADS-B地面站及数据中心的阶段性部署工作,完成了95%以上航空器ADS-B设备的加装改造工作,并开展了成都-拉萨航路(B213)、成都-九寨航路(B330)、南中国海、新疆高空、丽江机场等ADS-B运行的试验工作。截至2020年5月底,民航空管体系现役ADS-B地面站332套。现役ADS-B地面站有华北地区48套,东北地区37套,华东地区51套,中南地区55套,西南地区65套,西北地区46套,新疆地区30套[2],ADS-B基本满足全国空域6000m以上高空覆盖。

2019年,民航局下发了《全面推进实施广播式自动相关监视(ADS-B)空管运行工作总体方案》。根据方案要求,我国将于2020年底完成ADS-B信号的接入运行工作。目前,该工作已全面完成,北京、上海、广州三大区域管制中心已在自动化系统接入ADS-B运行。

目前,三大区管ADS-B接入自动化系统的方式如图1所示,各地区ADS-B地面站信号首先接入至当地的数据站,再通过传输网络接入至区管ADS-B二级数据中心,经二级数据中心进行融合验证后,将过滤后的稳定的ADS-B航迹信号送至自动化系统,实现雷达与ADS-B的融合显示;同时,广州二级中心输出中南地区空域的航迹数据送至北京一级数据中心。

图1 ADS-B信号接入自动化系统框图Fig.1 Block diagram of ADS-B signal access automation system

3 ADS-B技术的优势及运行效果分析

空管监视信息探测系统主要包括一次监视雷达、二次监视雷达、广播式自动相关监视系统等,其中,一次监视雷达属于独立非协同式监视,因此对航空器机载设备没有要求,但作用距离和覆盖范围有限,因此,其主要应用于终端(进近)管制区及机场上空。

二次监视雷达是独立协同式监视,其工作方式为主要包括测距和测角:测距是通过测量雷达发出询问与收到应答脉冲之间的时间延迟,计算出飞机与MSSR之间的直线距离(即斜距),测角则是由对波束内目标行一次询问,得到和通道和差通道应答信号的幅度,再通过计算和通道和差通道的信号幅度比值,查找方位轴向修正表(OBA表)就可得到目标在波束内的偏移角、波束指向角与偏移角共同构成目标的真正角度。二次雷达是我国目前航空器监视的主要设备手段,以及作为雷达管制的主要监视技术,实施雷达管制的空域应实现雷达持续可靠覆盖[3]。

表 1 ADS-B与二次雷达性能及运维费用对比Tab.1 Comparison of performance and maintenance cost between ADS-B and secondary radar

广播式自动相关监视系统(ADS-B)一种全新的监视技术,它是一种协作相关的监视系统,它通过全球卫星导航获得飞机精确的位置和速度等信息,再通过数据链通信系统该参数信息发送至地面站。相较于传统的二次雷达,ADS-B具有建设和运行成本低、精度高、航迹更新率快等优点,ADS-B与二次雷达性能及运维费用比较如表1所示。

广州区域管制中心已于2019年实现ADS-B的全面接入工作,目前,广州二级中心引接了广州周边的大和章、西岭、佛山、韶关4路ADS-B地面站及中南地区的深圳、珠海、长沙、武汉、汕头、海口、桂林、郑州、港区9路数据站,ADS-B信号通过二级数据中心处理后输出至自动化系统,完成管制界面的ADS-B与雷达融合显示,ADS-B正式接入运行至今,广州区管自动化运行稳定,系统未出现因ADS-B数据性能下降导致的大面积目标丢失及分裂的事件。

同时,对2020年广州二级中心ADS-B数据进行统计分析,ADS-B运行情况如下:表2为2020年平均每月航空器ADS-B设备占比情况,由表2可知加装了ABD-B(OUT)的航空器占比已达到94.6%,满足预期要求。

表2 机载设备航空器占比Tab.2 Proportion of airborne equipment and aircraft

中南地区航空器ADS-B数据的位置精度统计数据如表3所示,由表3可知NUCp≥8的数据占比大于90%,根据《中南地区广播式自动相关监视(ADS-B)系统监视服务指导原则》的指导意见,在同时具备雷达和ADS-B监视源的情况下,ADS-B数据的位置精度NACp,在区调空域应满足≥7,在近进空域应满足≥7的条件,在由此可知ADS-B数据精度可满足区调及近进空域运行要求,其中DO260B机载设备的性能优于DO260A的性能,航空器ADS-B精度性能的提升仍有较大空间。

表3 ADS-B位置精度分布Tab.3 ADS-B position accuracy distribution

图2 机载设备航空器占比Fig.2 Proportion of airborne equipment and aircraft

目前,机载数据有3种类型,分别为DO260、DO260A、DO260B,其中DO260A/B为较新型设备,精度指标优于DO260,表4及图4为2020年ADS-B航空器占比统计图,从统计结果可知,机载设备类型为DO260和DO260A的比例在逐步下降,性能更好的DO260B版本的机载设备安装量在不断增加。未来,ADS-B数据精度指标将逐步得到提升。

表 4 2020年ADS-B机载设备类型占比统计Tab.4 Statistics on the proportion of ADS-B airborne equipment types in 2020

图4 2020年ADS-B机载设备类型占比图Fig.4 Proportion of ADS-B airborne equipment types in 2020

同时,对于ADS-B技术的应用,目前只使用了其地-空监视的类雷达功能,实际上ADS-B技术还有很多功能仍没有使用,如ADS-B(IN)、IFS-B、ITS-B等功能,未来ADS-B具有极大的发展空间。

图3 航空器ADS-B数据精度分布Fig.3 Accuracy distribution of aircraft ADS-B data

4 ADS-B全面实施对未来空管项目建设规划的影响

近些年来随着国民经济持续高速发展,我国航空运输业务量也在持续增长。在我国民航运输业务量快速发展的形势下,在此背景下,各地的空管设施也急需进行更新改造及扩建,例如广州新终端区建设项目、广州第二区管项目、南宁新终端区建设项目等,在上文中,我们根据我国监视技术的发展政策,结合2019年ADS-B全面接入自动化运行以来的实际数据,证明了ADS-B能很好地满足区调及进近空域覆盖的需求。随着ADS-B-OUT技术的日渐成熟,地空数据通信能力不断增强,民航专用地面数字化传输网络已经稳定运行,空管自动化系统也具备了ADS-B数据处理能力,因此,对于未来空管新增的项目建设,对于空域补盲或增加多重监视覆盖的需求时,完全可通过使用ADS-B的类雷达功能替代雷达监视手段实现,并且ADS-B还具有有效节约建设成本、提升中低空覆盖能力、提高覆盖精度及可扩展ADS-B(IN)、IFS-B、ITS-B服务等诸多优点[4]。

提高空中交通管理监视能力、加强航空企业对飞行运行的监视、改善航空器协同避撞性能,这是未来我国航空运输业加快发展必须面对的问题,ADS-B监视技术为解决这些问题提供了有效的手段。中国民航运输业正处于成长期的,机队规模在扩大,机型在更新,空管设施面临进一步改造和完善,是我国加速ADS-B技术发展的重要机遇期,我们应着眼未来发展,以全面实施ADS-B运行的成果为契机,不断开展ADS-B应用推广及测试工作,不断推广ADS-B地-空监视功能,同时探索实施ADS-B的上行数据广播功能(ADS-B(IN)),为运行中的航空器提供各类情报服务;在场面监视上,利用ADS-B为先进的地面移动引导和控制系统(A-SMGCS)提供新的监视信息源并为跑道入侵报警提供支持[5]。

长远地说,ADS-B技术将会在航空运输领域发挥多方面效益,因此,未来空管项目建设规划时应做到以下几点:

(1)求真务实,积极行动,切实推进中国民航ADS-B技术的应用和发展,增强对ADS-B在未来发展的信心,在新建的空管项目规划时,应优先考虑ADS-B基站建设,采用ADS-B监视手段逐步替代雷达。

(2)ADS-B技术的推广应用,涉及全面更新机载设备、调整空管地面设施的结构、研发和生产技术产品等,必须协调各方,整体推进,这既需要政策层面的支持,更需要经济层面的支持,当前部署的ADS-B地面站及航空器机载设备在性能及精度方面,仍有较大提升空间,新项目建设时,采用更好更先进的技术要求,推动厂家持续优化软件提升性能。

(2)最后,要兼顾航空运行监视需求未来的发展,在项目规划初期就考虑到ADS-B (IN)、TIS-B、FIS-B等技术的应用的推进需求,为新技术更新改造、扩容升级留有建设空间。

5 总结

当前,管制新技术应用的步伐与快速增长的运行需求相比还相对滞后,通过新技术应用提升安全和效率、以技术创新驱动发展的形势仍十分紧迫,技术创新是解决空管安全和发展问题的重要手段,我们要高度重视技术创新和应用工作,积极推动智慧空管建设,以技术创新全面提升空管保障能力。ADS-B技术是中国民航重点推进的空管新技术之一,是新一代空中交通管理系统的重要组成部分。本文从我国监视技术发展的政策及发展现状入手,分析当前我国监视技术未来发展的方向,并结合当前ADS-B全面实施后的运行效果及与传统雷达的优势分析,证明了ADS-B能够提供有效的类雷达的覆盖能力,且效果明显优于雷达。最后,综合以上观点,本文给出了未来空管项目建设时监视手段选择的建议。本文可为空管项目建设的前期规划提供参考建议。

引用

[1] 李自俊.ADS-B广播式自动相关监视原理及未来的发展和应用[J].中国民航飞行学院学报,2008(5):11-14.

[2] 康南.ADS-B技术在我国的应用和发展[J].中国民用航空,2011(11):36-38.

[3] 焦卫东.ADS-B地面站信号覆盖分析及选址应用[J].计算机仿真,2014(4):51-55.

[4] 程擎.中国实施ADS-B监视的地面站部署分析[J].电讯技术,2012(8):1227-1229.

[5] 王鲁杰.中国民航应优先发展ADS-B应用技术[J].中国民用航空,2006(1):27-29.