ADS-B广播式自动相关监视系统及其应用

技术研究

Technology Study

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ADS -B 广播式自动相关监视系统及其应用

史红亮，孙悦，张驰

摘要：本文主要介绍了ADS-B 广播式自动相关监视的系统组成以及技术原理，并结合在航空管制中的实际应用探讨分

析了ADS-B 系统的在通信监视方面的巨大优势，为更好的提高飞行安全性提供技术支持。

关键词：ADS-B ；航空交通管制；通信监视；军事应用

doi: 10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.11.005

中图分类号：TN92 文献标示码：A

文章编码：1672-7274 (2017) 11-0019-03

1引言

随着人们对民用航空服务的需求日益增长，以

及国内航空运输产业的高速发展，当前空域资源已 明显不足，随之而来的是机场区域和空中航路的拥 挤，甚至堵塞。因此，解决空中交通对空域的需求 与空域资源的严重不足之间的矛盾已迫在眉睫。

ADS -B 系统是基于卫星定位和地/空数据通信

的航空器飞行监视系统。它不仅成功应用于无雷达 地区的远程航空器运行监视，而且与传统雷达监视 技术相比，ADS -B 技术具有使用成本低，精度误差 小、监视能力强等明显优势，是对雷达监视手段的 有益补充，可广泛应用于无人机空中防误撞等军事 应用中。同时该技术对于高密度飞行区域的空中交 通服务也有广泛的应用前景，许多国家把它当作下 一代监视技术的发展方向。目前，世界各国普遍加 快了对ADS -B 技术的研究和推广应用。业内人士称 之为“空中慧眼”。

2系统组成

ADS -B 系统是一个集通信与监视于一体的信

息系统，由信息源、信息传输通道和信息处理与显 示三部分组成。

(1)信息源。飞机的四维位置信息（经度、纬 度、高度和时间）和其它可能附加信息（冲突告警 信息，飞行员输入信息，航迹角，航线拐点等信息） 以及飞机的识别信息和类别信息。此外，还可能包 括一些别的附加信息，如航向、空速、风速、风向和 飞机外界温度等。

(2) 信息传输通道。以ADS -B 报文形式，通过

空-空、空-地数据链广播式传播。

(3)

信息处理与显示。主要包括位置信息和其

它附加信息的提取、处理及有效算法，并且形成清 晰、直观的背景地图和航迹、交通态势分布、参数

窗口以及报文窗口等，最后以伪雷达画面实时地提 供给用户。

3技术原理

广播式自动相关监视（A D S -B )主要是以卫

星定位和地/空数据链通信等相关技术为基础，

对航空器的运行过程进行有效的监视。ADS-B 可以分别解释为：自动（A u to m atic ),人工不需 要干预数据传送过程；相关（D ependent ),机载 设备的功能使航空器具备数据发送的能力；监视 (Surveillance )，监视功能通过实时状态数据完 成；广播（B roadcast ),所有终端都可以在连续广 播中收到所需数据。

其工作过程为：首先由接受监控航空器的机载 设备接收卫星定位系统发射的信号，进行实时定位 后，然后机载发射设备将ADS 报告中相同格式的数 据信息（例如标识码、位置、速度、时刻等）以固定 时间间隔不间断地向外广播，发出广播的飞机不需 要了解由哪个系统在接收它的广播，该航空器也可 以接收到其他航空器发射的同样信息。地面终端可 以监视到可接收信号范围内的任何航空器。简单地讲，它是一种端到端寻址式双向数据 链，提供AD S 信息的航空器和希望接收ADS 报告

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的地面站之间是根据约定的一一对应关系而工作。 不仅用于空对地的下行通信链路，下传飞机位置报 告，并且也能实现飞行员同管制员之间直接双向数

据通信（CPDLC )和上传飞行报告信息（FIS )。

相对于航空器的信息传递方向，ADS -B 分为两 类：发送（OUT )和接收（IN )。其中OUT 是ADS-B 的基本功能，它负责将信号从飞机发送方经过视距 传播发送给地面接收站或者其他飞机。ADS-B IN 是指航空器接收其他航空器发送的ADS-B OUT 信 息或地面服务设备发送的信息，为机组提供运行支 持和情境意识，如冲突告警信息，避碰策略，气象 信息。

4技术优势

A D S -

B 作为一种新型监视技术，应用于航空

监视与管制系统具有诸多优势：

(1)

空对空的相互监视成为主要方式，驾驶员 相当于延伸了视程，“见到后避让”的保障方式成为 可能。这样一来，提高飞行员对空中交通状况的了 解和保持安全间隔的能力，完善了空中交通防相撞 系统的功能，加强了冲突告警和冲突脱离的能力， 较好的分担了空中交通管制防相撞责任。

(2) 提高了航空器保持高度的效率，飞行间隔 可以大大的缩小。在航路上飞行还可以实行连续的 间隔保持、连续爬升和下降，以此可以增大飞行流 量；在终端进近区域，即使能见度较差，在不需要 安装精密跑道监视雷达的情况下，航空器也可以进 行目视进近、并且双跑道平行间隔可以从750米缩 减为440米；并且航空器之间的起飞、离场间隔也可 以得到有效的监视。

(3) 丰富了空中交通的管制信号的渠道。在

空对空互相监视时，可将有用的飞行冲突信息在 机载显示器上显示出来提供给机组，也能起到交 通避撞系统（TCAS )的作用；当地面上基站装备了

AD S -B 接收设备后，再经过处理显示在终端设备

上，也能起到监视雷达的作用，实现从地面了解空 中交通的功能；当场面活动车辆上装备了ADS -B 收 发机后，在终端区的飞机也能实现空对地面活动监 视例如，了解跑道附近及机场活动区的交通，还能 监控到跑道或滑行道是否被其他飞机或车辆占用

的情况。

(4)提高了分析决策支持工具的性能，完善决 策咨询的分析方式，做出最合理的空中调配预案。 对驾驶员的自动化飞行运行和管制员的监视/管制 都极为有利，增加空中飞行安全系数。

5系统应用

军事领域广泛应用的无人机系统必须具备有

效避撞能力，这是保证有人，无人混合飞行安全的 关键，将使无人机真正脱离隔离空域和预定航线

的束缚。ADS -B 技术可与TCAS (Traffic Alert and

Collision Avoidance System )技术结合，利用数据

融合算法将两者监视数据进行融合，可大大提高监 视精度，进而用于无人机混合空域防相撞。

对于管制中心来说，A D S -B 地面站建设成本 是传统二次雷达的九分之一，精度可以提高至10米

量级，监视数据更新速度更快（通常1秒1次）。在

无雷达区ADS -B 作为唯一的机载监视数据源用于

地面对空中交通的监视，以减小航空器的间隔标 准，优化航路设置，提高空域容量，在面对诸如芝 加哥管制中心失火，该区域雷达监视失效的情况 时，可以相对灵活的将该区域飞机转交其他管制中

心。而在雷达覆盖的区域，地面监视同时使用雷达

和ADS-B OUT 作为监视信息源。可以缩小雷达覆 盖边缘区域内航空器的最小间隔标准，并且减少所 需要的雷达数量。同时使用ADS-B OUT 或者综合 使用ADS -B 和其他监视数据源（比如场监雷达、多 点定位），为机场的地面交通监控和防止跑道侵入 等提供监视信息，提高塔台人员的情景意识。

对于航空公司来说，A D S -B 的优点表现在安 全、效益和容量三个方面。首先，AD S -B 可以保持 或改善航空工业现有的安全标准；其次效益方面，

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