ADS—B技術在民航監視應用中的研究

王璇

摘 要：廣播式自動相關監視（ADS-B，Automatic Dependent Surveillance Broadcast）由于其突出的監視性能和低廉的成本，成為國際民航組織推薦發展的新航行系統監視部分的主要系統。本文主要介紹ADS-B系統在空-地監視、空-空監視中的應用。地-空監視中，飛機廣播信息作為監視數據傳輸至空中交通管制自動化處理系統，無雷達區ADS-B將用于提供類雷達監視服務；空-空監視中，ADS-B可使航空器獲得周圍空中交通信息，并可實現空中航空器間間隔的保持。ADS-B技術能夠真正實現飛行信息的共享?？展芑顒又兴孬@的航跡信息，對于本區域空管是必需的，對于提高航空公司運行管理效率也是十分寶貴的資源。

關鍵詞：廣播式自動相關監視；空-空監視；空-地監視；機場場面監視

0 引言

在民航行業中空中交通管制是指對航空器在空中的活動進行管理、控制的服務。其主要目的是為了防止航空器與航空器相撞、航空器與機場路面障礙物相撞，保障空中交通順暢，維持空中交通秩序，提高飛行效率，保證飛行的安全?？罩薪煌ü苤品諒淖钤绲囊揽繜o線電電臺的程序管制，逐漸更新到使用航管一、二次雷達，經歷了數十年的改革和發展，每一次技術手段的更新，都給航管事業帶來了運作模式的改進。

新技術總是不斷涌現，ADS-B廣播式自動相關監視（ADS-B，Automatic Dependent Surveillance-broadcast）是繼二次雷達后一種由新技術整合出來的新的監視手段。ADS-B是相關的、合作式監視系統。與二次雷達一樣，此系統同樣要安裝相對應的機載設備，除了位置信息以外，ADS-B還能提供速度、方位等信息。與雷達監視系統不同的是，ADS-B的信息可以直接從機載設備中得到。

與以往的監視手段相比，ADS-B的主要技術特點如下：①不須雷達測量飛機的位置，飛機完全依靠全球衛星定位系統GPS自主定位；②飛機的呼號、速度等數據由飛機機載設備“廣播”出去（ADS-B OUT）；③地面站接收機接收到“廣播”后，將數據傳送到空中交通管制中心，并顯示給管制員；④周圍的飛機也可以通過ADS-B IN設備，收到某飛機的“廣播”，并且顯示在駕駛艙顯示器上。ADS-B可以使機組更清晰地了解周邊交通情況，提高情景意識，并可以用于航空公司的運行監控管理，為安全高效地飛行提供保障。

1 ADS-B的應用現狀

基于中國民航通用航空運行需求和監視技術的發展現狀，ADS-B技術是通用航空運行的一種監視手段，但中國航空不排除使用其他的監視技術。我國ADS-B技術規劃從場面監視—終端區監視—航路監視—空-空監視逐步過渡，另外ADS-B地面臺的建設是從西部非繁忙地區—西部繁忙地區—東部地區逐步過渡。

現在我國主要的ADS-B系統項目有成都-拉薩航線監視工程、成都-九寨應用監視系統、B215航路空管新技術應用工程以及西沙ADS-B實驗系統。成都-拉薩航線監視工程設置了5套ADS-B地面站，實現成都-拉薩航線主要高度層的ADS-B單重連續覆蓋，現已投入運行。成都-九寨ADS-B應用監視工程分別在成都和九寨各設了一個ADS-B地面站，它主要是為了評估ADS-B系統的技術性能，檢驗ADS-B技術在我國民航空管應用的可行性，為我國的ADS-B技術標準、技術政策運行、程序制定提供可靠依據。西沙ADS-B試驗系統于2008年11月完成安裝調試并配置一套雙冗余地面站，它作為西沙雷達的補充，加強對南中國海的空域監視能力。B215航路空管新技術應用工程還在建設階段。

“十二五”對ADS-B未來的發展做了詳細規劃。主要是加強西部無雷達覆蓋地區的ADS-B地面臺建設，著重解決西部地區主要航路航線“看不見”的問題。ADS-B作為區域雷達監視的補充手段。在“十二五”期間將在全國范圍內建設41套ADS-B地面站，并進一步推廣使用。增強對洋區的航空監視能力，擴大對洋區的航空監視覆蓋范圍。

2 廣播式自動相關監視技術

2.1 基本概念

“廣播”采用廣播式發送數據，所有用戶都可接收這些數據；“自動”表明無須機組人工發送飛機的位置；“相關”表明地面站依賴飛機的應答來得知飛機的準確位置；“監視”即飛機的位置得到了監視。ADS-B基于GPS來確定空中飛機的準確位置，然后將位置信息轉換成數字碼，該數字碼結合了其他的一些信息（如速度、高度及飛機是否轉彎、爬升、下降等）。ADS-B設備一般安裝在飛機、機場移動車輛和地面基站上，共同享有相互的速度、位置和其他信息。飛機可獲得自身周圍飛機的位置數據并計算出相對本飛機的位置和移動方位。同時地面收發站也能監控安裝有通用訪問收發機飛機的情況，獲得飛機型號、速度以及飛機的識別碼和經緯度等。

2.2 ADS-B組成

ADS-B監視系統由多個地面站和機載設備構成，以多點對多點、網狀的方式完成視距范圍內數據的雙向通信。地面站設備主要包括地面收發機、GPS天線和ADS-B的數據服務器；機載電子設備一般由天線、ADS-B收發機、GPS接收機和CDTI組成。

3 ADS-B的應用

ICAO發展的ADS-B主要用于海洋和邊遠陸地地區，在世界各國對新航行系統的建設過程中，規劃和建立了一些ADS-B航路。例如，高低緯度的墨西哥海灣以及低緯度的美國阿拉斯加州。ADS-B作為廣播式自動相關監視，飛機自動向周圍的飛機、車輛和地面收發臺發射自身的位置等信息，所以可以實現多種功能。其功能主要有在空中飛機與飛機之間能自動識別出對方的位置來自我保持間隔；地面管制員對終端區和航路飛行的飛機進行監控和指揮；機場場面活動的飛機和飛機及車輛之間保持間隔，起到場面監視的作用。

ADS-B的應用包括防撞，提高飛行員的環境意識，無雷達區的空中交通管制以及洋區監視，雷達區可以取代雷達，機場場面監視可避免跑道入侵。

3.1 空-空監視

一般情況下只需機載電子設備，不需任何地面設備。裝備了ADS-B的飛機通過數字式數據鏈廣播其精確位置及其他數據，包括其高度、速度及飛機是否爬升、下降、轉彎等信息。和傳統的航管監視雷達不同，ADS-B可以在低空和地面工作。因此能用來監控滑行道和跑道上的沖突，并且能有效地用在山區或偏遠地區雷達無法覆蓋或受限制的地區。ADS-B優點之一就是，它能向機組或管制員提供實時信息，可以使組和管制員“看到”同樣的信息。

機載ADS-B設備：ADS-B的機載設備一般由主控制器、CDTI、數據鏈收發設備、差分GPS等。差分GPS接收GPS基準站的定位差分數據，計算得到飛機的精確定位數據。ADS-B機載設備把自己的位置數據和其他相關數據通過數據鏈設備廣播發出，同時接收其他飛機廣播的數據，然后進行數據處理，利用地理信息系統技術把其他飛機和本飛機的位置等信息顯示到以機場數據地圖為背景的CDTI上面。飛行員通過CDTI就能夠清楚地知道周圍交通狀況，避免飛機碰撞的危險。

3.2 空-地監視

3.2.1 無雷達區

ADS-B在中低流量非雷達覆蓋區域（如某些終端區或航路不適合安裝雷達區）提供ATC監視（程序類控制），對于雷達監視盲區，它也是一種性價比較好的解決方案。

（1）工作中心/公司/航線跟蹤

無雷達環境的航班跟蹤將允許工作中心或者其他有興趣的團體來監視航班在離開SSR覆蓋區時的進度?，F代的航班跟蹤能力被限定在二次雷達區域。這些航班跟蹤服務的好處將被用于更有效地管理他們的艦隊，這也將允許航空院校和機構在低海拔訓練區域跟蹤他們的學員。由于這些信息已經被用于二次雷達區域，所以只有駕駛員工作在無雷達環境時才可獲得利益。

ADS-B地面站：ADS-B地面站通過數據鏈收發設備接收視距范圍內飛機的ADS-B廣播報文，并且與其他地面站聯網。在本系統內，系統主機只需要機場上的飛機和即將降落飛機的數據。系統主機通過網絡定時從ADS-B地面站讀取這些飛機的相關數據。

（2）類雷達儀表飛行航路間隔

現代在無雷達環境下，管理者必須采取某種辦法來設定間隔以保持飛機間的距離，這些程序大大減少了在一定空域條件下的飛機數量。類雷達間隔將增加無雷達區域的區域容量，減少延遲，只有工作在無雷達環境下遵守儀表飛行規則的飛機才能享有這些好處。

（3）增加了IFR機場進近率

在正常情況下，沒有雷達覆蓋的機場將轉換到一個進、一個出的程序，大大限制了進近速率。有了ADS-B，管理者將用ADS-B地面收發臺來保持類雷達間隔標準。這樣可以在不執行優先進近的無雷達機場增加進近速率。墨西哥的海灣、阿拉斯加和多巖石地區常作為區域安置點來增加IFR進近率，但是也有很多的通用航空機場，其進近率不低于橫跨國際空域的非雷達覆蓋區域。在未來由于更多的機場達到了配備標準，更多的飛機將使用這些小機場。目前不是所有的飛機都配備了ADS-B設備，裝有這一設備的機場將對配備ADS-B設備的飛機以優先對待的方式提高進近速率。

（4）增加了目視飛行航班的范圍

很多依靠目視飛行的首席航空飛行員，使用ATC管制航班下的服務。這些服務允許管制員使用最小安全高度警告給飛行員提供附近的交通狀況。然而，當航班飛行在低海拔地區時，由于雷達覆蓋范圍的限制，這些服務經常是無法使用的。提高目視飛行航班覆蓋范圍將對低海拔下配備有ADS-B OUT的航空飛機非常有利。通過擴大這些服務到ADS-B覆蓋的區域，中空域的沖突和通過地形管制飛機所產生的危害將大大減少。MSAW也將被應用在無雷達空域的飛行儀表航班計劃中。

（5）ATC塔臺終端進近

ADS-B也可以用在地面來減少地面沖突和跑道侵入。通過配備地面設備以及飛機配備ADS-B OUT和裝載ADS-B GBT，地面的交通狀況可以展示給塔臺來協助地面在機場周圍的設備轉移的管理。

3.2.2 在雷達區的應用

在有雷達的空域中和中、高流量區域提供空管監視服務，ADS-B作為雷達的補充或替代手段，有更加準確的速度/位置信息的航跡和將來航跡趨勢，有利于較大提升航跡計算精確度，提供給管制員更準確的軌跡顯示，增強基于監視的網絡安全，為管制員提供決策支持工具，這些優點對高密度空域尤其重要，特別是有人工飛機調配需求的高密度終端區和平行跑道情況下高密度終端區的飛機著陸。

ADS-B監視數據相對于現在的雷達數據是有一定優勢的。首先它的更新速率是每秒一次，大大高于終端區雷達的4.2 Hz的更新率和航路雷達的12 Hz的更新率，更高的更新速率意味著管制員可以更快地發現問題，同時，ADS-B的位置信息比雷達提供的位置信息更精確，而且精確度沒有因為地面站的距離而減小。另外，ADS-B OUT的數據比現有的從雷達獲得的數據包含了更多的信息。它包括飛機的航向、空速、海拔、目標航向和海拔、地速、地面航跡、垂直速度以及配置。

（1）改善了ATC下的交通狀況

由ADS-B提供的其他信息可以應用于空中交通管制的自動化處理系統，來改善空中交通管理系統的預測能力。這些信息也可以用于更好地分析交通容量事件，ADS-B可以增強容量自動化。然而，由于沒有可行的標準，大大限制了ADS-B提供目標信息的能力。運用ADS-B能夠減少擁塞、縮短路程并且提供更有效的高度信息，大大改善了交通狀況。

（2）增大航路容量

由于擁有更好的自動化系統和更精確的ADS-B信息，管制員將更有效地為飛行器在航路飛行中導航。澳大利亞的ADS-B測試所得的信息顯示它可以減少管制員的壓力，進而在不用改變最低所需間隔的情況下改進所需間隔、增加容量。增大航路容量可以通過減少間隔標準、自我間隔或者間隔控制來達到。

（3）改善工作區/公司/航線追蹤

ADS-B數據可以幫助航空公司改善他們的航線追蹤程序。來自ADS-B的數據有更高的更新率，含有除了當前二次雷達提供的數據以外的飛機航向、空速等附加信息。并且，不像當前的航班跟蹤，如果他們擁有來自ATC指定的代碼，機群追蹤對于所有的飛機都將適用，而且是獨立的，這將允許航空院校更好地追蹤飛行訓練機。

（4）進近區的監視

目前，對于低于4300英尺的平行跑道而言，在IFR條件下，進近時需要精度跑道監視雷達。PRM雷達在非覆蓋區和ADS-B一樣，更新率為1 Hz，裝備有ADS-B GBT和ADS-B OUT的飛機，不需要PRM雷達，或者沒有PRM雷達時也可以平行進近。在機場配備ADS-B的條件下，PRM雷達可以提高進近率，也鼓勵在繁忙的機場建造更多的密集跑道。此應用程序建立在機場部署的基礎上，因此它只受益于PRM雷達老化和新建了緊密空間平行跑道的機場。

（5）減小間隔標準

通過改進的監測數據，目前間隔標準可以減少?，F有的分類標準是建立在第一代雷達技術和喚醒渦流損耗基礎上的。有了ADS-B，位置不確定性降低消除了不確定性的間距對雷達的需求。另外，更快的更新速度偏差和遵守，可以更快地由控制器確定，進一步減少了由于飛機跟蹤不確定性對間距的需要。如果控制器可以處理更多的ADS-B飛機或扇區可以進一步細分，減小間隔標準可能增加扇區的能力。

（6）提供更精確的搜尋和救援響應

最新的ADS-B位置報告比由事故定位發射機提供的位置更精確，包括最新的406MHz發射機（不包括裝備有GPS的）。這意味著飛機做出的ADS-B地面覆蓋站緊急或預防性著陸將獲得更快的搜索和救援的反應。

4 結論

ADS-B技術在空中交通管制中的應用即使在雷達覆蓋地區也可以不增加雷達設備以較低成本增加雷達系統的監視能力，提高航路乃至終端區飛行容量；也可以在無法安裝航管一、二次雷達的大陸區域使用為航空器提供優于雷達間隔標準的類似雷達管制服務。ADS-B技術在空中交通管理上的應用，預示著傳統的空中交通監視技術即將發生重大的變革。

加速ADS-B技術的開發和應用，是實現空中交通管理技術跨越式發展的突破口。當前，正處于成長期的我國民航運輸業，機型在更新、機隊規模在擴大，空管設施將面臨進一步的改善，其為空中交通管理的超常規發展提供了良好的機遇。但ADS-B技術的推廣應用，涉及更新機載設備、改造空管設施設備、研發和生產新技術產品等方面，必須同時協調推進。

參考文獻

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[3]李自俊.ADS-B廣播式自動相關監視原理及未來的發展和應用[J].中國民航飛行學院學報，2008，（9）：19.

（作者單位：民航新疆空中交通管理局）