關(guān)于民航空管應(yīng)用ADS—B的技術(shù)要點研究

祁仲

摘 要：ADS-B技術(shù)是航空全球定位系統(tǒng)和數(shù)字化技術(shù)，控制及監(jiān)測空中和地面對象，是未來監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的主要方向。目前我國很多地區(qū)還存在大面積的雷達(dá)數(shù)據(jù)監(jiān)測的空白區(qū)域，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和西部開發(fā)的大力影響，需要更進(jìn)一步的應(yīng)用該項技術(shù)，逐步完善和提高。文章介紹了ADS-B的技術(shù)要點，分析了該技術(shù)在民用航空領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：民航空管；ADS-B技術(shù)；應(yīng)用要點

1 ADS-B技術(shù)的簡介

ADS-B主要原理是通過全球定位系統(tǒng)與數(shù)字化技術(shù)，控制及監(jiān)測空中和地面對象。字母的具體代表含義為：A代表自動化，整個過程無人為參與和干涉；D代表相關(guān)聯(lián)性，所有信息都與機載設(shè)備相關(guān)聯(lián)；S代表監(jiān)測，為控制對象提供相關(guān)數(shù)據(jù)信息；B代表廣播，數(shù)據(jù)不是為了單一的服務(wù)某個客戶，而是有周期性的廣播給任何一個有合適裝備的用戶。ADS-B通過機載導(dǎo)航可以確定飛機準(zhǔn)確的所在位置及相關(guān)飛行數(shù)據(jù)，然后利用相關(guān)設(shè)備周期性的廣播飛機所處的準(zhǔn)確位置、飛機呼號、飛機的飛行高度、飛機的飛行速度等其他相關(guān)飛行參數(shù)，換言之其廣播的內(nèi)容可被其他裝有ADS-B的飛行設(shè)備或飛機所接收，從而達(dá)到空對空或者是空對地的實時監(jiān)測。

2 民航空管應(yīng)用ADS-B的技術(shù)要點

2.1 通信數(shù)據(jù)的選擇

ADS-B系統(tǒng)有三種通信數(shù)據(jù)模式分別是UTA、1090ES（Extended Squitter）和VDLM4。三種模式中性價比最高的為1090ES，原因是其在通信過程中只需要對現(xiàn)有的S模式的應(yīng)答機的軟件進(jìn)行升級，再另外裝一條全球定位系統(tǒng)的連線即可。而UTA和VDLM4兩種通信數(shù)據(jù)模式再此基礎(chǔ)上均需要新加裝機載設(shè)備。并且1090ES經(jīng)過FAA、IATA、EUROCON-TROL、ICA等機構(gòu)的認(rèn)證和實際驗證后全部一致建議采用1090ES系統(tǒng)為現(xiàn)階段ADS-B數(shù)據(jù)通信的主要模式。S模式的1090ES系統(tǒng)作為ADS-B數(shù)據(jù)通信的主要模式，就要求其在此模式下的所有通信協(xié)議要完全具備，具體包括通信U/V協(xié)議、通信A和B協(xié)議、詢問及應(yīng)答協(xié)議及多級分站式消息控制協(xié)議等。DO-181C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了118位長報文標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了必須在100秒的時間內(nèi)由相關(guān)協(xié)議下傳報文，58位短報文有115秒時間下傳報文。此外為了盡可能的確保傳遞信息的準(zhǔn)確性和完整性，該模式下還需要具備糾錯編碼和離散尋址技術(shù)。與此同時，需要注意的一個問題是采用這一模式很容易造成線路的堵塞，堵塞就會發(fā)生報文丟失情況，進(jìn)而導(dǎo)致報文時間的拖延。為了防范這一問題的發(fā)生可采用高效編碼技術(shù)和新的多地址接入方式及變速率報文。

2.2 與導(dǎo)航有關(guān)的技術(shù)要點

全球定位系統(tǒng)是為ADS-B提供定位服務(wù)的，在進(jìn)行定位的同時還會進(jìn)行輸出水平保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)（HPL）作為相關(guān)定位信息及可信度的參數(shù)。輸出水平保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)（HPL）是以經(jīng)過計算得出的位置為圓心，飛機的實際位置以1～107為概率分散在此圓之內(nèi)。此外管制程序需要依據(jù)導(dǎo)航不確定度種類（NUC）的大小來做出選擇，其范圍是在0-9之間的某一整數(shù)，當(dāng)該數(shù)值大于等于5的情況下，便可以進(jìn)行雷達(dá)管制。這一數(shù)值還反應(yīng)出了定位服務(wù)的準(zhǔn)確性和完整性。

2.3 與地面站有關(guān)的技術(shù)要點

ADS-B系統(tǒng)中地面站應(yīng)該在惡劣的自然環(huán)境下仍然可以高效率的為該系統(tǒng)進(jìn)行服務(wù)，確保整個系統(tǒng)的安全、高效的運行。此外地面站本身的耗能需盡可能的低，需要具備進(jìn)行太陽能發(fā)電的能力，還可以進(jìn)行全天候、全自動、遠(yuǎn)程監(jiān)控及軟件自動升級等功能。數(shù)據(jù)傳輸時需要采取傳統(tǒng)的地面線路及衛(wèi)星地面?zhèn)鬏攦煞N方式來進(jìn)行。以保證即使是在自然環(huán)境惡劣的偏遠(yuǎn)地方仍然可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。

2.4 管制程序的相關(guān)技術(shù)要點

ADS-B系統(tǒng)會對整個管制程序有很大的影響，其中之一是該系統(tǒng)數(shù)據(jù)與雷達(dá)收到的數(shù)據(jù)之間的相互匹配。現(xiàn)階段匹配的方式有兩種：一是融合法。該方法是將飛機在雷達(dá)上的飛行軌跡或者是在ADS-B系統(tǒng)中的飛行軌跡整個融合為系統(tǒng)飛行軌跡，融合法不會出現(xiàn)跳點及覆蓋的情況發(fā)生。二是優(yōu)選法。該方法是只顯示飛機在雷達(dá)上的飛行軌跡或者是在ADS-B系統(tǒng)中的飛行軌跡，不會出現(xiàn)ADS-B數(shù)據(jù)對雷達(dá)數(shù)據(jù)產(chǎn)生干擾，無需對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行再一次的驗證核實。我國目前在參考選用融合法。

3 ADS-B技術(shù)在我國民航空管領(lǐng)域的應(yīng)用

ADS-B技術(shù)也得到了政府部門的大力支持，在民航局工作規(guī)劃中將該技術(shù)的應(yīng)用作為了重點，并且制定了相關(guān)的推進(jìn)計劃，將以由西向東推進(jìn)的原則和突出重點、協(xié)調(diào)建設(shè)的方式來推進(jìn)。在ADS-B的研發(fā)方面，我國民航自主研發(fā)的ADS-B監(jiān)視設(shè)備在技術(shù)上已經(jīng)通過了相關(guān)運行測試，而且在此基礎(chǔ)上，通過我國相關(guān)科研力量的研發(fā)ADS-B監(jiān)視設(shè)備已經(jīng)成為了航空地空數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)躋身于世界前三甲之列。在ADS-B建設(shè)和應(yīng)用的其他輔助建設(shè)方面，配合該技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)政策以及運行的規(guī)范也正在研究和制定當(dāng)中。目前從技術(shù)研發(fā)到輔助建設(shè)都為ADS-B的大規(guī)模地面站建設(shè)做好了充分的準(zhǔn)備。在這些基礎(chǔ)上，空管系統(tǒng)開展了ADS-B技術(shù)應(yīng)用，主要在南中國海地區(qū)和西南地區(qū)進(jìn)行試運行工作。

3.1 試驗運行條件

選擇在南中國海及西南地區(qū)進(jìn)行試運行是根據(jù)一定條件限制研究的。首先從地形條件和設(shè)備建設(shè)條件來講排除了西部戈壁荒漠、青藏高原等地，因為這些地區(qū)的地形條件特殊，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不足。另一方面從飛行和管制的效率和安全角度來看，這些地區(qū)都存在較大面積的雷達(dá)盲區(qū)和高頻覆蓋盲區(qū)，空管單位無法對飛行器進(jìn)行有效的監(jiān)控和通信手段使用。在其他區(qū)域也存在雷達(dá)盲區(qū)和一些局限性影響，也需要通過補盲等手段來解決相關(guān)障礙。在排除了這些條件制約后，選擇了南中國海洋區(qū)航路和西南地區(qū)的成都至拉薩航路，并于2011年6月16日和5月18日進(jìn)行了實驗實施。

3.2 ADS-B在西南地區(qū)試驗運行情況

成都-拉薩航路長度約1300公里，在實驗運行當(dāng)中，建立了6個ADS-B地面站來提供ADS-B信號和VHF通訊信號，信號覆蓋了全部航路的9200米以上高度。經(jīng)實驗，全航路信號通信順利。本次實驗的目的是驗證設(shè)備、積累經(jīng)驗，經(jīng)過5個月的實驗，達(dá)成了該目標(biāo)。實驗期間對航路飛行的航空器實現(xiàn)ADS-B有效監(jiān)控的架次達(dá)到了航班總量的88%，地面站對信號接收處理和信號傳輸?shù)目煽柯蔬_(dá)到近90%。成都和拉薩兩地的空中管制自動化系統(tǒng)也可實現(xiàn)該信號的對接，各項設(shè)備運行正常。在該技術(shù)的安全運行基礎(chǔ)上，空管部門廢止了該航路過去無論高度均按照10分鐘執(zhí)行的水平間隔，改為了7分鐘。這一措施緩解了該航路緊張情況，保障能力由76架次提升為92架次，提升了航空容量。這一進(jìn)步意義重大，從根本上改變了我國西南部地區(qū)航空運輸?shù)默F(xiàn)狀，為未來該地區(qū)航空發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

ADS-B在實際的應(yīng)用過程中仍然還面臨著巨大的考驗和挑戰(zhàn)，也有很多的不足，但是可以肯定的是ADS-B是未來監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的主要方向。目前我國很多地區(qū)還存在大面積的雷達(dá)數(shù)據(jù)監(jiān)測的空白區(qū)域，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和西部開發(fā)的大力影響下，就需要更進(jìn)一步的應(yīng)用該項技術(shù)，逐步完善和提高。反觀東部區(qū)則存在雷達(dá)覆蓋的盲區(qū)，補盲手段的開發(fā)和應(yīng)用就變得十分重要，以此來提高飛行的流量和飛行的密度等相關(guān)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]方力.S模式ADS-B系統(tǒng)[J].航空電子技術(shù)，1999，30（4）：6-9.