淺談廣播式自動相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）在烏魯木齊區(qū)域的運用

杜斌

摘? ?要：在現(xiàn)代民航發(fā)展中，空中交通管制是主要工作，在一定程度上保證了飛行器的安全和空中交通的通暢。因此，航空界始終在研究怎樣提高交通管制的水平。近年來，國內(nèi)外都積極研究廣播式自動相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）技術(shù)在空中交通管制中的應(yīng)用，這項全新的技術(shù)可精確定位目標(biāo)、規(guī)范空中管制工作。文章系統(tǒng)分析了ADS-B技術(shù)在烏魯木齊區(qū)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：ADS-B技術(shù);交通管制;運用

航空運輸?shù)陌l(fā)展和飛行流量的增加，使中國空中交通管制面臨嚴(yán)峻的考驗，空域和機(jī)場擁擠、航班延誤等問題頻繁出現(xiàn)，給航空公司帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。傳統(tǒng)二次雷達(dá)監(jiān)視手段自身的缺陷使其無法滿足航空業(yè)的發(fā)展需求。因此，將廣播式自動相關(guān)監(jiān)視（Automatic Dependent Surveillance Broadcast，ADS-B）作為通信手段，建立一個動態(tài)空管設(shè)備系統(tǒng)，具有一定的現(xiàn)實意義。

1? ? ADS-B系統(tǒng)原理與優(yōu)勢

1.1? 系統(tǒng)原理

ADS-B設(shè)備包括地面設(shè)備與機(jī)載設(shè)備，其中，機(jī)載設(shè)備對全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）定位信息、高度表數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理，產(chǎn)生下行鏈路的數(shù)據(jù)內(nèi)容，地面設(shè)備解碼下行數(shù)據(jù)得到追蹤飛機(jī)航行的數(shù)據(jù)，反饋在地面空管系統(tǒng)設(shè)備上，在空管系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)空域管制;地面設(shè)備通過地面臺站網(wǎng)管獲取地基雷達(dá)和氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行加工處理得到上行數(shù)據(jù)鏈路內(nèi)容，傳遞至機(jī)載設(shè)備，使飛機(jī)與飛機(jī)之間互通交通信息，并顯示氣象信息。

1.2? 系統(tǒng)優(yōu)勢

出現(xiàn)ADS-B技術(shù)之前，由于技術(shù)本身缺乏成熟性，僅能完成空對空監(jiān)視，ADS-B技術(shù)的出現(xiàn)提高了飛行器飛行的安全水平。該項技術(shù)發(fā)展成熟后，實現(xiàn)了地對空監(jiān)視，最大限度地提高了空中交通管制的效率。

1.2.1 提供精準(zhǔn)和高效的信息

ADS-B系統(tǒng)與雷達(dá)系統(tǒng)相同，都能動態(tài)監(jiān)控地對空的交通活動。雷達(dá)監(jiān)視是借助地面一次雷達(dá)準(zhǔn)確測量飛機(jī)的位置，由二次雷達(dá)發(fā)出信號，飛機(jī)接收信號以后，向地面發(fā)送高度、速度等有關(guān)信息;ADS-B監(jiān)視指飛機(jī)接收衛(wèi)星信號，并向其他飛機(jī)和地面管制發(fā)送高度、速度等信息。飛機(jī)應(yīng)用ADS-B數(shù)據(jù)鏈將飛行信息傳輸至地面指揮中心。

1.2.2 實行飛行預(yù)警

飛機(jī)利用一定間隔保證飛行安全。不同的機(jī)型與速度，加大了調(diào)配間隔航班管制和飛機(jī)訓(xùn)練的操作難度，加之管制員工作壓力較大，難以徹底避免飛行沖突。引入ADS-B監(jiān)視技術(shù)以后，飛機(jī)間準(zhǔn)確把握彼此的位置，有效規(guī)避危險，完成自動導(dǎo)航。

1.2.3 提高空間資源利用率

采取傳統(tǒng)管制無法順利達(dá)到飛行目標(biāo)，應(yīng)用ADS-B監(jiān)視技術(shù)以后，在一定程度上縮短了安全間隔，不只達(dá)到了飛行員的訓(xùn)練要求，還減輕了資源緊缺的壓力。

2? ? 空中交通管制中ADS-B的應(yīng)用

2.1? 飛機(jī)識別

識別飛機(jī)的方式包括以下幾種：（1）以ADS-B標(biāo)牌明確飛機(jī)標(biāo)志，表現(xiàn)出極高的精確性;（2）科學(xué)觀察編碼，在管制范圍內(nèi)有效識別飛機(jī)航空器的轉(zhuǎn)彎操作，使航空器保持最低安全高度。

2.2? 位置報告

在報告飛行的位置和速度時，以短波方式實現(xiàn)高效的聯(lián)系，但該種方式產(chǎn)生了不同的安全威脅，科學(xué)應(yīng)用ADS-B技術(shù)，由機(jī)載設(shè)備報告飛機(jī)的位置，提高了空中交通管制的效率。

2.3? 通過ADS-B技術(shù)引導(dǎo)

在利用ADS-B技術(shù)實現(xiàn)引導(dǎo)的過程中，管制者可借助屏幕內(nèi)的飛行狀況，提升飛行的安全水平。管制者在引導(dǎo)過程中保證飛機(jī)安全飛行，要求飛行員了解飛行位置，根據(jù)管制者下達(dá)的指令，嚴(yán)控飛機(jī)之間的距離，從而加速流量。

2.4? ADS-B在通航中的應(yīng)用

必須獲得有關(guān)部門的適航認(rèn)證才可以使用ADS-B。近年來，我國不斷擴(kuò)大通用機(jī)隊規(guī)模以及更新機(jī)型，很多航空器都安裝了與新航行系統(tǒng)相適應(yīng)的機(jī)載電子設(shè)備，形成地空雙向數(shù)據(jù)通信能力。ADS-B管制服務(wù)的基礎(chǔ)是識別飛機(jī)，同時，管制員與飛行員在起飛之前實施調(diào)校，校正時鐘、精度等，管制員通過管制屏幕核對飛機(jī)的標(biāo)識并檢查這一標(biāo)識與飛機(jī)的真實高度是否一致。識別消失時，應(yīng)立刻告知航空器并再次識別或停止ADS-B服務(wù)。另外，特殊情況下有必要進(jìn)行位置報告，合理引導(dǎo)航空器ADS-B。

3? ? 應(yīng)用ADS-B技術(shù)優(yōu)化空管中心系統(tǒng)

在衛(wèi)星通信與空地數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的發(fā)展中，雷達(dá)絕不是唯一的空管監(jiān)視設(shè)施，自動技術(shù)在空管系統(tǒng)中發(fā)揮的作用更大。烏魯木齊自從建立區(qū)管中心以后，自動化系統(tǒng)與多個ADS-B地面站數(shù)據(jù)實現(xiàn)引接，但監(jiān)視信號與子網(wǎng)交換機(jī)缺少相關(guān)的安全防護(hù)措施，各地面站ADS-B數(shù)據(jù)彼此影響，故而要不斷優(yōu)化該系統(tǒng)。

3.1? 故障現(xiàn)象

在11：08管制部門發(fā)現(xiàn)主用自動化系統(tǒng)航班大面積掉標(biāo)牌，立即切換備用自動化系統(tǒng)，使系統(tǒng)持續(xù)運行，主用自動化系統(tǒng)在11：09恢復(fù)航跡。系統(tǒng)管理時回放數(shù)據(jù)，雷達(dá)管制屏幕在11：08：18發(fā)生大面積的航班掉標(biāo)牌，雷達(dá)航跡與ADS-B航跡轉(zhuǎn)化為推測航跡并逐步消失，而計劃航跡始終存在，在11：11：20自動化航跡正常運行，同時，備用自動化航跡恢復(fù)常態(tài)。遠(yuǎn)程進(jìn)入主用監(jiān)視數(shù)據(jù)處理服務(wù)設(shè)備，連接主用監(jiān)視源前置處理服務(wù)設(shè)備，檢查目錄日志后發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)較高，數(shù)據(jù)恢復(fù)正常時自行釋放且歸零;通過對日志的兩個進(jìn)程CETC_NET，CETC_NETRADCPU占用率的檢查可知，其超過3%;檢查home/atc/log日志，在該段時間內(nèi)某地面站ADS-B數(shù)據(jù)迅速增長，明顯比其他時間段的ADS-B數(shù)據(jù)量高。

通過檢查以上日志，ADS-B地面站數(shù)據(jù)與自動化系統(tǒng)連接形成一定的風(fēng)險。ADS-B交換機(jī)內(nèi)各地面站數(shù)據(jù)彼此影響，在某一時間內(nèi)快速增加了交換機(jī)端口數(shù)據(jù)，進(jìn)而引發(fā)系統(tǒng)故障。

3.2? 交換機(jī)訪問控制列表配置

根據(jù)CISCO交換機(jī)方位控制列表的規(guī)則可知，對控制列表指令組進(jìn)行逐步訪問，只要該過程出現(xiàn)一條匹配，便結(jié)合規(guī)定選擇允許或拒絕動作，若全部指令都無法匹配，拒絕是默認(rèn)的動作。此外，在交換機(jī)對應(yīng)端口由擴(kuò)展訪問控制列表，科學(xué)運用指令組，嚴(yán)禁其他數(shù)據(jù)包通過。ADS-B地面站點以A-G為例，如表1所示。

利用三層交換機(jī)形成ADS-B地面站數(shù)據(jù)，同步連接自動化小型可插拔（Small Form-factor Pluggable，SFP）服務(wù)器、自動化測試平臺SFP服務(wù)器、備用自動化防火墻等。根據(jù)A地面站設(shè)置交換機(jī)：合理設(shè)計擴(kuò)展訪問控制列表指令組101，借用ADS-B交換機(jī)使A地面站A機(jī)、B機(jī)將數(shù)據(jù)包傳遞給監(jiān)控終端，這一端口拒絕接收其他數(shù)據(jù)包。

3.3? 數(shù)據(jù)傳輸方式和地址規(guī)劃

按照ADS-B數(shù)據(jù)處理中心的系統(tǒng)要求，與本區(qū)域、鄰近區(qū)域的自動撥號轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)（Automatic Dialing Switching Network，ADSN）數(shù)據(jù)有效連接，經(jīng)加工處理后將動態(tài)監(jiān)控信息提供給區(qū)域管制中心，并向數(shù)據(jù)處理中心傳輸綜合監(jiān)視信息。用戶指定輸出接口為組播、單播和廣播;科學(xué)配置組播路由實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（User Datagram Protocol，UDP）組播。搭建兩臺三層交換機(jī)配合防火墻形成數(shù)據(jù)處理中心，發(fā)揮邊界審計的作用，以合理的原則搭配綜合監(jiān)控信息組播地址和三層交換機(jī)，并輸入相關(guān)的安全防控措施。規(guī)劃綜合監(jiān)控信息組播地址時滿足以下要求：

（1）在事先預(yù)定的組織區(qū)域內(nèi)規(guī)劃地址，并且保證未被使用;

（2）為防止與航跡、飛行數(shù)據(jù)產(chǎn)生沖突，應(yīng)對組播地址進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃。

4? ? 結(jié)語

ADS-B技術(shù)有較高的精確度，應(yīng)用間隔小，成本投入少，空對空的監(jiān)測手段有利于獲取機(jī)上與空中的數(shù)據(jù)，增大了監(jiān)視范圍，增強了座艙圖形與防雷達(dá)的顯示功能，鍛煉了飛行員的預(yù)測航跡和情景感知能力，使飛行員建立空中交通的處境意識。地對空的監(jiān)視手段，幫助管理人員科學(xué)指揮飛機(jī)，保證飛行安全。由此可知，ADS-B在發(fā)展我國新航行系統(tǒng)中發(fā)揮了巨大的作用。

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