浅谈ADS-B技术及国内外应用情况

浅谈ADS-B技术及国内外应用情况
作者：邱志豪
来源：《科教导刊》2012年第24期
摘要本文介绍了ADS-B相关概念、与其他监视技术对比、数据链技术等，通过举例说明国内外ADS-B应用情况，最后结合中美应用异同来分析讨论我国目前ADS-B系统存在问题。

关键词ADS-B技术数据链空管应用
中图分类号：V24文献标识码：A
1 ADS-B概念
广播式自动相关监视ADS-B是一种基于全球卫星定位系统和利用空地、空空数据链通信完成交通监视和信息传递的空管监视新技术。

①它不需飞行员干预和地面询问，自动周期性向所有用户广播监视数据，提供航空器的位置、高度、速度、方向和识别码等信息，其监视数据依赖机载设备（如气压高度表）、导航信息来源GNSS等。

ADS-B系统包括地面站和机载设备两部分，其中机载设备由GPS接收机、数据链收发机及天线、驾驶舱冲突信息显示器构成。

从应用功能角度，可以划分ADS-B IN和ADS-B OUT，前者是指航空器接收其它航空器或者地面站发送的空中交通和飞行服务信息，机组通过CDTI等设备获取相关信息；后者是指航空器向其它航空器和地面站自动发送其位置信息和其它飞行动态信息。

ADS-B应用场景也分空空、空地、地地三种。

空空主要是增强交通状态获取，增强连续目视进近，增强尾随、交叉和穿越飞行程序等；空地主要是监视航路、监视终端区、监视无雷达覆盖区等；地地主要是为机场场面监视提供飞机或装备应答机的车辆的准确位置和识别信息。

ADS-B作为“空中慧眼”，可以通过自动广播自身信息和接收邻近飞机位置报告，互相识别对方的位置和行踪，使机组与管制员以拓展的视距和精确度“看到”潜在飞行冲突，有利于实施“见到后避让”原则和增强现有TCAS系统。

此外，ADS-B遵循“空地一体化，全球可互用”指导原则，能将航空器的监视从空中一直延伸到机场登机桥，容易实现“门到门”的空中交通管理。

在某些低空空域，飞行员可以自主地承担着维护空中交通间隔的责任，不再依赖于地面雷达监视和管制，它将引起空中交通监视和管制上的革命，空中避撞责任将从管制员逐步交还给飞行员自己承担。

与传统雷达系统相比，ADS-B不仅提供更加实时准确丰富的监视信息，还具有建设投资成本少、维护费用低、数据精度高、使用寿命长等明显优势。

国际民航组织将其确定为未来监
视技术发展的主要方向，国际航空界正在积极推进该项技术的应用，我国结合实际情况也在西部地区和南中国海搞试点实验等。

2 ADS-B与其他监视技术对比
目前国内空管系统使用监视技术包括一二次航管雷达、ADS-C、ADS-B、MLAT等。

②它们工作原理均不一样，其中一次雷达通过发射射频脉冲和接收回波信号，根据时间差计算距离和方位；二次雷达通过地面发射询问信号，机载应答机发回编码的回答信号，显示飞行代码、高度、方位和距离；ADS-C借助通信卫星以端对端方式定期向地面报告航空器位置信息；ADS-B利用地空数据链技术和导航卫星等数据源，以网状、多点对多点方式完成监视数据双向通信；MLAT使用多个接收机捕获应答机脉冲和通过到达时间差来计算航空器位置。

在上述监视技术中， ADS-B不仅具有监视信息丰富、更新周期快、数据精度高和建设成本低等特点，还可以进行地空双向数据通信，有助提高机组和管制员的航空情景意识，但不足之处在于无法验证航空器位置信息真实性，需要结合MLAT使用。

3 数据链技术
选择数据链类型是确定机载设备性能和发展地面站的前提。

现在流行的数据链技术有三种：③Mode S 1090ES、UAT和VDL Mode4。

它们应用背景不同，技术也各有优劣，其中1090ES是国际民航组织ICAO推荐的，全球可以互用，在S模式应答机升级软件即可，不足是频谱过度使用，受格式长度限制，上行广播能力较差；UAT是美国FAA考虑为通用航空开发的低空双向数据链，上行链路容量大，需要加装机载设备，不足之处是与DME设备相互干扰较严重。

VDL Mode 4是瑞典民航局提出的，在VHF频段工作，也需要加装机载设备，不足之处是频率资源紧张。

欧洲国家空中交通服务研究所在英国希思罗机场进行数据链在场面监视性能测试，测试结果表明VDL Mode 4性能最优，有能力支持场面监视。

4 国内应用情况
我国ADS-B实施遵循“西部先试先行、由西向东稳步推进”原则，运输航空采用1090 ES 数据链，而通用航空采用1090 ES和UAT两种数据链并行。

1998年开始探索新航行系统发展，利用中国西部地区开辟欧亚新航路的战略机遇，启动基于ADS的L888航路建设，并装备ADS-C监视工作站和在北京建立网管数据中心，该系统于2000年完成评估和测试并投入运行。

2004年北京、上海、广州三大区域管制中心相继建成，其配套的空管自动化系统都具备了ADS航迹处理能力。

2008年完成成都九寨ADS-B应用监视系统工程，在成都机场和九寨机场各安装一套ADS-B地面站，同时配合使用ADS-B监视系统和ADS-B数据分析评估软件。

同年在西沙雷达站建设地面站作试验，并于2009年升级海口管制中心Telephonics自动化系统和引入该ADS-B信号进行融合显示。

2010年完成成都-拉萨航线监视工程，建设5个地面站，实现成都-拉萨主要高度层的ADS-B单重连续覆盖。

2011
年空管部门制定1090地面站（接收）设备技术要求和测试要求，努力推行1090ES地面站设备入网许可测试。

此外，中国民航飞行学院是国内第一家完整使用ADS-B用于飞行监控的单位，选择UAT数据链，包括建设5个地面站，加装234架飞机机载设备，并设计建立ADS-B 类雷达管制运行的标准程序。

5 国外应用情况
美国的ADS-B应用路线④是先通用航空，后商用运输，重点开发上行广播和机载应用。

运输航空选择1090ES用于高空航路运行，改善空中交通管制监视能力；通用航空选择UAT用于低空飞行，改进通用航空空域的空中避撞能力和飞行情报截获能力。

美国计划在2014年前安装400个ADS-B地面基站，停止使用125个ATC雷达，目前完成首期300多个ADS-B地面站和数据处理网络的建设以及关键服务认证，并已在阿拉斯加、墨西哥湾等地区提供基于ADS-B OUT的关键服务应用试点。

美国UPS公司已经将该公司的107架航空器进行了ADS-B 改装。

澳大利亚选择1090 ES数据链同时适用于运输航空和通用航空，计划建设39个地面站和执行ADS-B OUT功能，强制实施ADS-B监视，航路完全取代二次雷达。

加拿大计划在不具备雷达覆盖的哈德森湾进行ADS-B OUT 运行实验，要求飞越哈得森湾地区的飞机必须安装ADS-B OUT 设备。

欧洲启动CASCADE ADS-B项目，为现有1090ES 应答机在无雷达区域的ADS-B应用取得适航许可，并计划在完成适航批准后开始运行试验。

而俄罗斯和瑞典也在使用VDL Mode4数据链。

6 中美在ADS-B应用异同
美国FAA将ADS-B作为下一代空管系统的关键要素，对ADS-B OUT/ADS-B IN等技术应用有完整规划，关注ADS-B技术对传统雷达监视在精度、刷新率等性能上的提高，以及TIS-B、FIS-B等应用带来新的飞行程序和空中交通管理模式。

开展地面站设计建设、管制程序和标准制定的同时，更关注机载设备标准制定、能力认证及改装时间计划等。

FAA统一规划和建设全国地面站网络，采用集中处理后统一向空管部门提供数据的方式，ADS-B地面站设计上包含了1090ES、UAT双模式以及TIS-B/FIS-B功能。

而我国现有技术政策重点仅在ADS-B OUT应用上，还是将ADS-B视为雷达监视的替代和补充手段，缺乏ADS-B应用规则和服务程序等，对于机载设备标准制定和认证方面还不够完备，按雷达站模式来建设ADS-B地面站，目标数据没有融合直接送到各地自动化系统独立处理，目前地面站只具备1090ES的ADS-B OUT功能。

7 总结
ADS-B作为监视新技术，未来将逐步取代二次雷达成为空管监视的主要手段，并促使空中交通管理的重大跃进和变革。

目前我国ADS-B实用技术研究、机载设备、地面站系统等跟美国发达国家还存在很大差距。

需要加强国产研发能力，推动ADS-B在我国应用范围和步伐，为实现民航强国奠定坚实基础。

注释
①顾春平.空中交通管制新技术监视新技术简介[J].现代雷达,2010.32(9):1-7.
②张睿,孔金风.机场场面监视技术的比较和发展[J].中国西部科技,2010.9(1):34-36.
③孙立新,陈亚青.ADS-B管制服务运行规范[J].中国西部科技,2010.9(24):3-4.。