??? 摘 要： 對(duì)ADS-B" title="ADS-B">ADS-B的基本概念和發(fā)展情況進(jìn)行了介紹，著重對(duì)民航應(yīng)用ADS-B時(shí)在空管導(dǎo)航、通信數(shù)據(jù)鏈和地面站、管制程序" title="管制程序">管制程序等方面需要考慮的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究，并列舉出一些解決的思路和參考方法。
??? 關(guān)鍵詞： ADS-B? 導(dǎo)航? 通信數(shù)據(jù)鏈? 地面站? 管制程序

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??? 空中交通管理的根本目的是使航線上的飛機(jī)安全、有效和有計(jì)劃地在空域中飛行，管制員需要對(duì)管制空域內(nèi)飛機(jī)的飛行動(dòng)態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。傳統(tǒng)的雷達(dá)監(jiān)視手段采用詢(xún)問(wèn)/應(yīng)答方式對(duì)目標(biāo)探測(cè)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，雷達(dá)系統(tǒng)自身具有很多局限性：雷達(dá)波束的直線傳播形成了大量雷達(dá)盲區(qū)；無(wú)法覆蓋海洋和荒漠等地區(qū)；雷達(dá)旋轉(zhuǎn)周期限制了數(shù)據(jù)更新率的提高，從而限制了監(jiān)視精度的提高；無(wú)法獲得飛機(jī)的計(jì)劃航路、速度等態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)，限制了跟蹤精度的提高和短期沖突告警STCA（Short Term Conflict Alert）的能力。因此，需要發(fā)展新的監(jiān)視手段。
??? 廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視ADS-B（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）即航空器自動(dòng)廣播由機(jī)載星基導(dǎo)航和定位系統(tǒng)生成的精確定位信息，地面設(shè)備和其他航空器通過(guò)航空數(shù)據(jù)鏈接收此信息，衛(wèi)星系統(tǒng)、飛機(jī)以及地基系統(tǒng)通過(guò)高速數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行空天地一體化協(xié)同監(jiān)視。ADS-B的精度和數(shù)據(jù)更新率比雷達(dá)高，除位置信息外，ADS-B還提供其他信息，包括速度和飛行意向等，尤其適合于山區(qū)、荒漠、邊遠(yuǎn)機(jī)場(chǎng)等不宜建設(shè)雷達(dá)的區(qū)域，也適合于高密度機(jī)場(chǎng)的監(jiān)視，是未來(lái)監(jiān)視系統(tǒng)" title="監(jiān)視系統(tǒng)">監(jiān)視系統(tǒng)的重要組成部分和發(fā)展方向。
1 ADS-B組成原理概述
??? ADS-B組成原理如圖1所示。ADS-B使用機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)得到飛機(jī)精確的位置和速度信息，利用機(jī)載電子設(shè)備向外周期性地廣播飛機(jī)的呼號(hào)、位置、高度、速度和其他一些參數(shù)。通過(guò)空地?cái)?shù)據(jù)鏈，地面站接收這些信息，并傳給管制中心，實(shí)現(xiàn)地空監(jiān)視； ADS-B飛機(jī)也可以通過(guò)機(jī)載電子設(shè)備接收附近ADS-B飛機(jī)的廣播信息，實(shí)現(xiàn)空空監(jiān)視。

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??? 為實(shí)現(xiàn)ADS-B飛機(jī)與未裝備ADS-B的飛機(jī)之間的監(jiān)視問(wèn)題，TIS-B將雷達(dá)系統(tǒng)得到的監(jiān)視信息通過(guò)上行數(shù)據(jù)鏈傳給裝有ADS-B設(shè)備的飛機(jī)，提供了不同監(jiān)視系統(tǒng)間的互通手段。
??? FIS-B通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將氣象信息上傳給加裝了相應(yīng)設(shè)備的飛機(jī)。
2 發(fā)展趨勢(shì)分析
??? 隨著ICAO（國(guó)際民航組織）全球一體化運(yùn)行概念的推進(jìn)，世界各國(guó)都開(kāi)展了相關(guān)的項(xiàng)目以支持ADS-B技術(shù)的研究和應(yīng)用，比較具有代表性和影響力的包括：美國(guó)的CAPSTONE計(jì)劃、歐洲的CASCADE計(jì)劃和澳大利亞的UAP項(xiàng)目。
??? ICAO已經(jīng)開(kāi)始積極推進(jìn)ADS-B技術(shù)的應(yīng)用和實(shí)施，相繼頒布了指導(dǎo)ADS-B系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)和建議措施，而且在其實(shí)施路線圖中對(duì)支持未來(lái)ATM（空中交通管理）服務(wù)的監(jiān)視設(shè)備與技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。結(jié)果顯示：在未來(lái)的十幾年里，加裝ADS-B機(jī)載設(shè)備的飛機(jī)將逐步增加，商用飛機(jī)將在2025年具備ADS-B OUT（ADS-B機(jī)載設(shè)備對(duì)外廣播ADS-B信息）功能；大部分飛機(jī)將在2025年具備ADS-B IN（ADS-B機(jī)載設(shè)備接收其他ADS-B設(shè)備廣播ADS-B信息）功能。ADS-B地面站的數(shù)量將持續(xù)增長(zhǎng)；在某些低密度空域，ADS-B將成為唯一的監(jiān)視手段。ADS-B技術(shù)正在逐漸成為航空監(jiān)視系統(tǒng)的主流。
??? 中國(guó)民航也已經(jīng)開(kāi)展了ADS-B應(yīng)用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工程、軍航011工程等項(xiàng)目，并在“十一五”規(guī)劃中將ADS-B技術(shù)作為我國(guó)" title="我國(guó)">我國(guó)航空監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)展的重點(diǎn)。2006年，中國(guó)民航制定了《ADS-B技術(shù)政策》，應(yīng)用ADS-B技術(shù)已經(jīng)成為中國(guó)航空監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。
3 民航空管應(yīng)用ADS-B的關(guān)鍵問(wèn)題分析
3.1 與導(dǎo)航有關(guān)的問(wèn)題研究
??? 目前ADS-B的定位信息取自GPS接收機(jī)，GPS接收機(jī)在輸出定位信息的同時(shí)輸出水平保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)（HPL）作為表明定位信息質(zhì)量和可信度的參數(shù)。
??? HPL是一個(gè)以計(jì)算出來(lái)的位置為圓心的圓的半徑，飛機(jī)真實(shí)位置以1～10-7的概率落在圓圈內(nèi)，為了減少飛機(jī)廣播參數(shù)的數(shù)量和長(zhǎng)度，ADS-B機(jī)載設(shè)備將HPL參數(shù)轉(zhuǎn)換成導(dǎo)航不確定度種類(lèi)（NUC），對(duì)于位置和速度各有一個(gè)NUC指標(biāo)，管制系統(tǒng)依據(jù)NUC的大小判斷需要實(shí)施的管制程序。NUC是一個(gè)0～9的整數(shù)，大于等于5可以實(shí)施類(lèi)雷達(dá)管制。
??? NUC參數(shù)綜合反映了ADS-B定位信息的精度和完好性，基本能夠滿(mǎn)足目前的管制應(yīng)用。但隨著航空監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)定位信息精度和完好性的更高要求，RTCA DO 242A標(biāo)準(zhǔn)于2002年提出了導(dǎo)航準(zhǔn)確度類(lèi)別（NAC）、導(dǎo)航完好性類(lèi)別（NIC）和監(jiān)視完好性級(jí)別（SIL）的概念，對(duì)定位信息的精度和完好性分別進(jìn)行描述，不過(guò)目前大部分機(jī)載應(yīng)答機(jī)還不支持RTCA DO 242A標(biāo)準(zhǔn)。
??? 目前存在的主要問(wèn)題是：導(dǎo)航數(shù)據(jù)源過(guò)于依賴(lài)GPS，這樣安全性和可靠性問(wèn)題會(huì)比較突出。目前設(shè)想通過(guò)機(jī)載管理系統(tǒng)FMS（Flight Management System）來(lái)接收多種數(shù)據(jù)源（慣性系統(tǒng)、GPS、VOR、DME 以及Galileo、“北斗”等）的導(dǎo)航信息。不過(guò)，目前使用FMS還無(wú)法直接計(jì)算衡量ADS-B數(shù)據(jù)精度和完好性的HPL值，從而無(wú)法指導(dǎo)管制。因此，需要對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改裝和升級(jí)。
3.2 通信數(shù)據(jù)鏈選擇及存在的問(wèn)題
??? ADS-B支持3種數(shù)據(jù)鏈：1 090 ES（Extended Squitter）、UAT和VDL M4。由于1 090 ES在實(shí)施過(guò)程中僅需升級(jí)現(xiàn)有的S模式應(yīng)答機(jī)軟件，再加裝一條GPS連線（見(jiàn)圖2）。而其他兩種數(shù)據(jù)鏈都需要加裝新的機(jī)載設(shè)備，所以此方案經(jīng)濟(jì)效益明顯。ICAO、IATA、FAA、EUROCONTROL等機(jī)構(gòu)通過(guò)大量的分析、論證和試驗(yàn)后一致同意推薦采用S模式1 090 ES作為近期實(shí)施ADS-B的主用數(shù)據(jù)鏈。支持ADS-B系統(tǒng)的S模式應(yīng)答機(jī)必須具備完整的S模式數(shù)據(jù)鏈通信協(xié)議，包括通信-A協(xié)議、通信-B協(xié)議、通信U/V協(xié)議、詢(xún)問(wèn)－應(yīng)答協(xié)同協(xié)議和多站消息控制協(xié)議等等。DO-181C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了112位長(zhǎng)報(bào)文必須在100μs時(shí)間內(nèi)由通訊協(xié)議來(lái)確定下傳報(bào)文，56位短報(bào)文有115μs時(shí)間來(lái)確定下傳報(bào)文。此外，為了能最大限度地保證信息的完整性，S模式數(shù)據(jù)鏈還采用了糾錯(cuò)編碼和離散尋址技術(shù)。

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??? 一個(gè)重要的問(wèn)題在于：采用1 090 ES數(shù)據(jù)鏈，使得ADS-B與二次雷達(dá)都使用1 090MHz頻段，會(huì)造成鏈路" title="鏈路">鏈路的擁塞。擁塞會(huì)導(dǎo)致丟報(bào)現(xiàn)象，并造成隨機(jī)的報(bào)文時(shí)延?？梢跃C合運(yùn)用更高效的編解碼技術(shù)和新的多址接入技術(shù)，并設(shè)計(jì)ADS-B與雷達(dá)協(xié)同運(yùn)行的協(xié)議算法和協(xié)議棧，以解決這一問(wèn)題?；蛘卟捎米兯俾蕡?bào)文傳輸方法：更新率較高的信息，如位置信息，采用較高的傳輸頻率（2次/秒）；更新率相對(duì)較低的信息，如速度信息，采用較低的傳輸頻率（0.5次/秒）。不過(guò)由于目前ADS-B尚未應(yīng)用于終端區(qū)，該問(wèn)題影響暫時(shí)還不大，因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以考慮適當(dāng)減少雷達(dá)的數(shù)量，為ADS-B在1 090MHz頻段提供更大的傳輸帶寬。
??? 此外，盡管1 090 ES采用更高效的編解碼方式、調(diào)制方式和協(xié)議體系，但SSR應(yīng)用的S模式1 090已形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)體系，而且已廣泛應(yīng)用，如要改變會(huì)比較繁瑣,而且因?yàn)殒溌窊砣葐?wèn)題尚未完全解決，現(xiàn)有的S模式1 090地面設(shè)備基本不具有上行廣播的能力，使得目前1 090 ES的應(yīng)用受到限制。又由于UAT和VDL M4各自特有的優(yōu)勢(shì)，所以，三種數(shù)據(jù)鏈目前都有各自的用戶(hù)群。美國(guó)在商用航空采用1 090 ES，通用航空采用UAT數(shù)據(jù)鏈，其他一些國(guó)家也都在積極開(kāi)展UAT的試驗(yàn)和評(píng)估；歐洲目前計(jì)劃主用1 090 ES，考慮利用VDL M4解決場(chǎng)面監(jiān)視問(wèn)題（VDL M4不用于航路監(jiān)視）。采用多種數(shù)據(jù)鏈路，需要建設(shè)多鏈路網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)來(lái)解決不同數(shù)據(jù)鏈路之間的互聯(lián)；同時(shí)，借助TIS-B網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)ADS-B與SSR的互通，就可以實(shí)現(xiàn)航路上不同監(jiān)視模式的協(xié)同（如圖3所示），實(shí)現(xiàn)各獨(dú)立的用戶(hù)群向統(tǒng)一的監(jiān)視群的轉(zhuǎn)變。然而，由于前面提到的原因，現(xiàn)階段這種方案還只能做到UAT用戶(hù)群對(duì)其他模式用戶(hù)群的單向可視。此外，還需考慮TIS-B信息中可能包含被SSR探測(cè)到的ADS-B目標(biāo)的冗余問(wèn)題。后者可以通過(guò)ADS-B地面站向TIS-B網(wǎng)關(guān)反饋監(jiān)視信息與SSR信息進(jìn)行冗余判斷，并實(shí)現(xiàn)過(guò)濾。

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3.3 與地面站有關(guān)的問(wèn)題
??? ADS-B地面站應(yīng)當(dāng)具備能夠在惡劣天氣條件下有效連續(xù)工作的能力，耗電量小，能夠利用太陽(yáng)能供電，能夠在低溫和高溫環(huán)境下工作，具有無(wú)人值守、自動(dòng)雙機(jī)熱備、遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程軟件升級(jí)能力。
??? 問(wèn)題在于：由于ADS-B地面站很可能將工作在環(huán)境比較苛刻的邊遠(yuǎn)地區(qū)，這樣地面站到管制中心的數(shù)據(jù)傳輸就成了決定ADS-B能否應(yīng)用于邊遠(yuǎn)地區(qū)的關(guān)鍵因素。國(guó)外(如澳大利亞)目前采用傳統(tǒng)的地面線路，正在開(kāi)始借助衛(wèi)星鏈路實(shí)施地面數(shù)據(jù)傳輸，與傳統(tǒng)地面線路形成獨(dú)立雙備?？紤]到我國(guó)國(guó)情，在建設(shè)時(shí)可以借鑒澳大利亞的做法。
3.4 對(duì)管制程序的影響
??? ADS-B的應(yīng)用將對(duì)管制程序產(chǎn)生較大影響。存在的一個(gè)問(wèn)題是ADS-B數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)的融合，目前有兩種解決方式：
??? (1)優(yōu)選法：顯示雷達(dá)航跡或ADS-B航跡，簡(jiǎn)單，價(jià)格低，不存在ADS-B數(shù)據(jù)影響雷達(dá)數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)，不需要重新驗(yàn)證雷達(dá)數(shù)據(jù)處理（RDP）功能。
??? (2)融合法：將雷達(dá)航跡與ADS-B航跡融合為系統(tǒng)航跡，不存在跨越雷達(dá)覆蓋區(qū)和ADS-B覆蓋區(qū)時(shí)的跳點(diǎn)現(xiàn)象，提供基于系統(tǒng)航跡的告警信息，價(jià)格貴，存在ADS-B數(shù)據(jù)影響雷達(dá)數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)。
??? 目前澳大利亞采用的是優(yōu)選法，正在研發(fā)融合法并考慮其應(yīng)用。我國(guó)在應(yīng)用時(shí)也可參考其做法。應(yīng)用優(yōu)選法應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題有：需要在原有ATC系統(tǒng)中增加ADS-B數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)不一致告警以及ADS-B數(shù)據(jù)與飛行計(jì)劃不一致告警的功能；需要專(zhuān)門(mén)定義ADS-B監(jiān)視的飛機(jī)間的短期沖突告警（STCA），以及ADS-B監(jiān)視的飛機(jī)與雷達(dá)監(jiān)視的飛機(jī)間的STCA；需要解決跨越雷達(dá)覆蓋區(qū)和ADS-B覆蓋區(qū)時(shí)的跳點(diǎn)現(xiàn)象。
??? 作為一種全新的監(jiān)視技術(shù)，ADS-B將對(duì)整個(gè)民航空管體系起到深遠(yuǎn)影響。盡管在具體的發(fā)展和應(yīng)用過(guò)程中還存在許多亟待解決的問(wèn)題，但ADS-B作為未來(lái)監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展方向已是大勢(shì)所趨。我國(guó)西部地區(qū)存在大面積的無(wú)雷達(dá)覆蓋區(qū)，而隨著國(guó)家西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的提出，航空運(yùn)輸量保持持續(xù)高速增長(zhǎng)，需要發(fā)展新技術(shù)解決這一問(wèn)題；東部地區(qū)受雷達(dá)固有的局限性影響，存在部分雷達(dá)覆蓋盲區(qū)，需要發(fā)展新的補(bǔ)盲手段并提高飛行流量高密度區(qū)的服務(wù)性能。我國(guó)在空管監(jiān)視系統(tǒng)建設(shè)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，且受資金限制，難以大面積建設(shè)雷達(dá)系統(tǒng)，因此ADS-B在我國(guó)具有巨大的市場(chǎng)空間。發(fā)展ADS-B技術(shù)，將是實(shí)現(xiàn)我國(guó)空管監(jiān)視系統(tǒng)的跨越式發(fā)展的重要途徑。
參考文獻(xiàn)
[1] 方愔．S模式ADS-B系統(tǒng)[J]． 航空電子技術(shù)．1999,30(4)：6-9.
[2] ?ADS-B技術(shù)政策[S]．中國(guó)民航總局空中交通管理局．2006.4.
[3] ?張軍.現(xiàn)代空中交通管理[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.
[4] ?王魯杰．中國(guó)民航應(yīng)優(yōu)先發(fā)展ADS-B應(yīng)用技術(shù)[J]．中國(guó)民用航空,2006,1（1）：27-30.
[5] ?白松浩．一種用于增強(qiáng)廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視的多數(shù)據(jù)鏈橋接方法[J]．遙測(cè)遙控,2006,（2）：65-69.
[6] ?DO-242A, Minimum Aviation System Performance Standards for Automatic Dependent Surveillance Broadcast (ADS-B) [S]. RTCA, Inc, 2002.