范 軍

（民航江蘇空管分局連云港導(dǎo)航站，江蘇連云港 222000）

1 廣播式自動相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)介紹

廣播式自動相關(guān)監(jiān)視ADS－B 是Automatic Dependent Surveillance－Broadcast 的縮寫，它代表的基本含義為：A－自動（Automatic）：不需要人工的操作，不需要地面的詢問；D－相關(guān)（Dependent）：信息全部基于機(jī)載數(shù)據(jù)，由飛機(jī)提供準(zhǔn)確的速度、位置等信息；S－監(jiān)視（Surveillance）：提供位置和其他用于監(jiān)視的數(shù)據(jù)；B－廣播式。ADS－B 是一項基于GNSS 衛(wèi)星定位和地/空數(shù)據(jù)鏈通信的航空器運行監(jiān)視技術(shù)，飛機(jī)以廣播方式向全空域發(fā)送自身的位置報告。由于是飛機(jī)自主性、周期性的廣播信息報告，可監(jiān)視所有具備相應(yīng)機(jī)載設(shè)備的目標(biāo)，真正實現(xiàn)空天地一體化協(xié)同監(jiān)視。它依靠空中飛行的每一架飛機(jī)自動廣播自身位置信息，并接收附近其他飛機(jī)的位置報告，可以了解周圍空域的飛行態(tài)勢，使駕駛員無需依賴地面雷達(dá)監(jiān)視和管制，自主維護(hù)空中交通秩序，為自由飛行提供了可能。區(qū)別于ADS－B 的工作方式，還有一種自動相關(guān)監(jiān)視技術(shù)是ADS-C，也就是尋址式/契約式自動相關(guān)監(jiān)視，通過點對點尋址至簽署了數(shù)據(jù)接收合同的地面站，是端對端通信。

ADS-B 的優(yōu)點體現(xiàn)為：在場面監(jiān)視上，與場監(jiān)雷達(dá)可以進(jìn)行協(xié)同配合，改進(jìn)飛行員態(tài)勢感知，增強(qiáng)場面交通控制管理，降低潛在的機(jī)場入侵、地面相撞；在空空監(jiān)視上，改進(jìn)了飛機(jī)間的飛行間隔，實現(xiàn)了看得見的避讓，增強(qiáng)了航路空空操作；在地空監(jiān)視上，可覆蓋無雷達(dá)區(qū)域（改進(jìn)的分離間隔），實現(xiàn)增強(qiáng)的專用VFR 運行。

ADS－B 適合于海洋、山區(qū)、荒漠、邊遠(yuǎn)機(jī)場等不宜建設(shè)雷達(dá)的區(qū)域，具有維護(hù)費用低、使用壽命長、增大空域容量的優(yōu)點。與雷達(dá)相比，ADS-B 具有數(shù)據(jù)更新率快、高度精度和位置精度高、速度矢量全和覆蓋范圍廣等特點，是新航行系統(tǒng)中重要的組成部分，是未來空管監(jiān)視技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。

2 ADS－B 系統(tǒng)組成

ADS－B 設(shè)備由地面設(shè)備和機(jī)載設(shè)備組成，以網(wǎng)狀、多點對多點方式完成視距范圍的數(shù)據(jù)雙向通信。地面設(shè)備包括地面接收機(jī)、天線、數(shù)據(jù)服務(wù)器、顯示單元、附屬網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備。機(jī)載設(shè)備包括GPS 接收處理單元、ADS-B 收發(fā)信機(jī)、監(jiān)視信息處理系統(tǒng)、機(jī)艙綜合信息顯示系統(tǒng)CDTI 等。機(jī)載設(shè)備以GNSS/GPS進(jìn)行實時定位后，可以以1 秒的間隔廣播式發(fā)出來自機(jī)載信息處理單元收集到的導(dǎo)航信息，接收其他飛機(jī)和地面的廣播信息后經(jīng)過處理送給CDTI。CDTI 根據(jù)收集的其他飛機(jī)和地面的ADS－B 信息、機(jī)載雷達(dá)信息和導(dǎo)航信息后給飛行員提供飛機(jī)周圍的態(tài)勢信息和其他附加信息（例如沖突告警信息，氣象信息等）。

ADS－B 系統(tǒng)是一個集通信與監(jiān)視與一體的信息系統(tǒng)，它由信息源、信息傳輸通道和信息處理與顯示3 部分組成。信息源主要有全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）、慣性參考系統(tǒng)（IRS）、飛行管理器、其他機(jī)載傳感器，如大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)，可以獲得飛機(jī)識別碼、飛機(jī)4 維位置信息、航行意圖、飛行速度、氣象信息、交通信息等。ADS－B 的信息傳輸通道以ADS-B 報文形式，通過空-空、空-地數(shù)據(jù)鏈廣播式傳播。ADSB 的信息處理與顯示主要包括信息的提取、處理及有效算法，進(jìn)行飛機(jī)位置信息的估計、跟蹤、報告以及其他輔助信息的獲取預(yù)處理，形成清晰、直觀的背景地圖和航跡、交通態(tài)勢分布、參數(shù)窗口以及報文窗口等，在地面站以偽雷達(dá)的畫面提供給管制員，在飛機(jī)上由CDTI 等提供給飛行員。

3 ADS-B 數(shù)據(jù)鏈技術(shù)

由于ADS-B 數(shù)據(jù)鏈要求信道容量大、傳輸速率快和具有廣播模式，目前有3 種數(shù)據(jù)鏈路可供ADS-B 選擇使用：Mode S 1090MHz ES；通用訪問收發(fā)機(jī)UAT（Universal Access Transceiver）；模式4 甚高頻數(shù)據(jù)鏈VDL-4。典型應(yīng)用有：美國商用航空采用1090ES；通用航空采用UAT；歐洲采用VDL-4。

1090ES，UAT 和VDL-4 三種數(shù)據(jù)鏈互不兼容。比較3 種通信鏈路模式，1090ES 最易實現(xiàn)，因為它是由空中防相撞系統(tǒng)TCAS 改良而來，僅需升級機(jī)載S 模式應(yīng)答機(jī)軟件和加裝GPS全球定位系統(tǒng)連線即可。而UAT 和VDL-4 模式需要飛機(jī)加裝新設(shè)備，代價較大。在抗干擾性能上，1090ES 和二次雷達(dá)都使用1090MHz 頻段，易造成兩者的同頻干擾；VDL-4 則對目前的VHF 甚高頻語音通信造成極大的干擾；UAT 專門為ADS-B設(shè)計，不存在頻段干擾現(xiàn)象，只是與測距機(jī)產(chǎn)生輕微的干擾現(xiàn)象。在通信容量和空-空監(jiān)視范圍上，UAT 模式均優(yōu)于其余兩種方式。尤其是在適用RTCA 標(biāo)準(zhǔn)方面，適用所有RTCA ADSB 最低航空系統(tǒng)性能標(biāo)準(zhǔn)上，UAT 是唯一符合要求的數(shù)據(jù)鏈配置，且UAT 支持TIS-B 和FIS-B 服務(wù)，所以，使用UAT 數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的空-空ADS-B 性能總體優(yōu)于1090ES 和VDL-4 數(shù)據(jù)鏈技術(shù)。

目前，只有ADS-B 1090ES 技術(shù)是被多方接受的標(biāo)準(zhǔn)，1090ES 數(shù)據(jù)鏈目前在TCAS，SSR 等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，技術(shù)比較成熟，但是現(xiàn)有的S 模式地面設(shè)備基本不具備上行數(shù)據(jù)傳送能力。UAT 并沒有形成國際標(biāo)準(zhǔn)，僅在美國境內(nèi)允許使用，ADS-B VDL-4 因為頻率干擾等問題，雖然已形成國際標(biāo)準(zhǔn)，卻未能有效推廣，只在歐洲少數(shù)國家和地區(qū)進(jìn)行試驗。

雖然3 種數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用上都有著各自的優(yōu)勢和用戶群，但數(shù)據(jù)融合和信息共通是空中交通管理的趨勢，在現(xiàn)有的狀態(tài)下，未安裝ADS-B 的飛機(jī)上應(yīng)優(yōu)先考慮安裝UAT，同時由ICAO組織協(xié)調(diào)建立不同技術(shù)兼容的國際標(biāo)準(zhǔn)，融合多數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，用以配合雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)，提供更安全、可靠的監(jiān)視技術(shù)支持。

4 ADS-B 技術(shù)的應(yīng)用

ADS-B 可實現(xiàn)飛行信息的真正共享，實現(xiàn)空天地自主式協(xié)同管理，是新航行系統(tǒng)中非常重要的通信和監(jiān)視技術(shù)，它在防撞、洋區(qū)監(jiān)視、無雷達(dá)環(huán)境的ATC、協(xié)同合作判斷、持續(xù)可視的跑道容量、停機(jī)坪管理、避免跑道侵入、提高飛行員的環(huán)境意識等方面都有很強(qiáng)的使用價值。

相對于飛機(jī)的信息傳遞方向不同，機(jī)載ADS-B 應(yīng)用功能可分為發(fā)送（OUT）和接收（IN）2 類。

4.1 ADS-B OUT 應(yīng)用

ADS-B OUT 是指航空器的機(jī)載發(fā)射機(jī)以一定的周期發(fā)送航空器的各種信息，包括：航空器識別信息（ID）、位置、高度、速度、方向和爬升率等。地面系統(tǒng)通過接收機(jī)載設(shè)備發(fā)送的ADS-B OUT 信息，監(jiān)視空中交通狀況。主要包含5 個方面的地面監(jiān)視應(yīng)用：航路監(jiān)視（ADS-B-ACC）；終端區(qū)監(jiān)視（ADS-B-TMA）；無雷達(dá)覆蓋區(qū)監(jiān)視（ADS-B-NRA）；機(jī)場場面監(jiān)視（ADS-B-APT）；為其他地面設(shè)備提供飛機(jī)數(shù)據(jù)（ADS-BADD）。

4.2 ADS-B IN 應(yīng)用

航空器通過ADS-B IN 接收其他航空器發(fā)送的ADS-B OUT 信息或者地面服務(wù)設(shè)備發(fā)送的信息，為機(jī)組運行提供支持。ADS-B IN 可以使機(jī)組在機(jī)艙綜合信息顯示系統(tǒng)CDTI 上“看到其他”航空器的運行狀況，從而提高機(jī)組的空中交通情景意識。主要包含7 個方面的空-空監(jiān)視應(yīng)用（空中交通狀況咨詢ATSAW）：全天候增強(qiáng)型咨詢（ATSA-AIRB）；增強(qiáng)的連續(xù)目視進(jìn)近（ATSA-SVA）；洋區(qū)尾隨飛行程序（ASPA-ITP）；增強(qiáng)型機(jī)場場面交通狀況咨詢（ATSA-SURF）；增強(qiáng)的目視“看到-避讓”（ATSA-S＆A）；增強(qiáng)的排隊和匯聚（ASPA-S＆M）；增強(qiáng)的交叉和穿越飛行（ASPA-C＆P）。

地面站也可以向航空器發(fā)送信息，是ADS-B 的擴(kuò)展功能，具體分為2 類：空中交通信息服務(wù)廣播（Traffic Information Service Broadcast，TIS-B），是將沒有安裝ADS-B 設(shè)備的飛機(jī)的位置等相關(guān)信息通過廣播式地空數(shù)據(jù)鏈向空中廣播，并進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和融合；飛行情報信息服務(wù)廣播（Flight Information Services-Broadcast，F(xiàn)IS-B），主要是廣播發(fā)送氣象信息和飛行情報信息。

TIS-B 是一種地面基站的上行數(shù)據(jù)鏈服務(wù)。ADS-B 地面站接收航空器發(fā)送的ADS-B 位置報文，將這些數(shù)據(jù)傳遞給監(jiān)視數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（Surveillance data processing system，簡稱SDPS）。同時，SDPS 也接收雷達(dá)和其他監(jiān)視設(shè)備的數(shù)據(jù)，SDPS 將這些數(shù)據(jù)融合為統(tǒng)一的目標(biāo)位置信息，并發(fā)送至TIS-B 服務(wù)器。TIS-B 服務(wù)器將信息集成和過濾后，生成空中交通監(jiān)視全景信息，再通過ADS-B 地面站發(fā)送給航空器。這樣機(jī)組就可以獲得全面而清晰的空中交通信息。TIS-B 的應(yīng)用可以使ADS-B 不同數(shù)據(jù)鏈類型的用戶獲得周邊的空域運行信息，從而做到間接互相可見。

FIS-B 是地面向空中廣播飛行情報服務(wù)，ADS-B 地面站向航空器傳送氣象、航行情報等信息。這些信息可以是文本數(shù)據(jù)，也可以是圖像數(shù)據(jù)。文本格式的氣象信息包括日常報（METAR）、特選報（SPECI）、機(jī)場天氣預(yù)報（TAF）等。圖像格式的信息包括雷達(dá)混合圖像、臨時禁飛區(qū)域和其他航行信息。FIS-B 使機(jī)組可以獲得更多的運行相關(guān)信息，及時了解航路氣象狀況和空域限制條件，為更加靈活而安全的飛行提供保障。

5 ADS-B 技術(shù)的發(fā)展情況

自從1991 年ADS-B 技術(shù)首次在歐洲成功演示以來，在ICAO 組織新航行系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃指導(dǎo)下，歐洲、美國和澳大利亞等地區(qū)的航空組織進(jìn)行了卓有成效的研究，尤以美國和澳大利亞在ADS-B 領(lǐng)域取得巨大進(jìn)展。

美國在1994 年對ADS-B 進(jìn)行了地-地通信實驗，1999 年UAT 模式的ADS-B 設(shè)備試驗飛行。2005 年，美國FAA 將ADS-B 確定為未來空中交通管制的基礎(chǔ)。2008 年開始在全美國空域建設(shè)ADS-B。FAA 計劃在2014 年之前建成400 個ADS-B 地面基站，在全美實現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航功能，與此同時將逐步停止使用125 個ATC 雷達(dá)。而在2014 年4 月，F(xiàn)AA 宣布已經(jīng)在全美范圍內(nèi)完成廣播式自動相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）無線電網(wǎng)絡(luò)的安裝，以支持向基于衛(wèi)星的NextGen 空中交通管制系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

澳大利亞同樣是一個成功推廣使用ADS-B 技術(shù)的國家，1996 年就開始使用管制員駕駛員數(shù)據(jù)鏈通信設(shè)備，2003 年開始實施ADS-B 高空覆蓋計劃，并計劃在2012 年開始強(qiáng)制所有飛機(jī)安裝ADS-B 設(shè)備。目前，已基本實現(xiàn)20000 英尺高度的完整覆蓋。

我國是繼美國之后第2 個將ADS-B 技術(shù)應(yīng)用于通用航空領(lǐng)域的國家。成功完成了成都-九寨ADS-B 應(yīng)用監(jiān)視系統(tǒng)工程的建設(shè)與論證，得出了結(jié)論：在精度、完好性等多項特性上，ADS-B 數(shù)據(jù)優(yōu)于雷達(dá)數(shù)據(jù)；在速度、航向的精度和連續(xù)性上ADS-B 數(shù)據(jù)優(yōu)于雷達(dá)。總體上，ADS-B 性能優(yōu)于雷達(dá)，并且ADS-B 數(shù)據(jù)鏈能滿足日益增長的民航空管監(jiān)視的需求。之后，完成了成都-拉薩航線監(jiān)視工程項目，實現(xiàn)成都－拉薩航線主要高度層的ADS-B 多重連續(xù)覆蓋，為管制部門提供監(jiān)視參考；完成了西沙ADS-B 試驗系統(tǒng)建設(shè)，收集飛行統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分析統(tǒng)計該區(qū)域機(jī)隊的ADS-B 機(jī)載設(shè)備能力，積累了大量的驗證數(shù)據(jù)。同時，作為西沙雷達(dá)的補充，加強(qiáng)了對南中國海的空域監(jiān)視能力和ADS-B 技術(shù)在洋區(qū)的試驗應(yīng)用，有著重大的現(xiàn)實意義。最近，B215 航路空管新技術(shù)應(yīng)用工程也在實施當(dāng)中，實現(xiàn)B215 航路的雙重覆蓋將為研究、分析雷達(dá)和ADS-B 信號融合和顯示方法提供范例。

6 結(jié)語

ADS-B 系統(tǒng)的應(yīng)用對我國交通管制發(fā)展具有重大的意義。通過沖突檢測和交通態(tài)勢顯示，實現(xiàn)飛機(jī)的相互監(jiān)視和指揮能力。通過減小空域內(nèi)飛機(jī)的最小間隔，增大空域容量，提高了空域資源的利用率。ADS-B 良好的通信性能和高效的監(jiān)視功能，更精確、連續(xù)地掌握飛行動態(tài)，有效實施管制。因地制宜，大力科學(xué)地推進(jìn)ADS-B 系統(tǒng)的實施，有望迅速為我國帶來顯著的經(jīng)濟(jì)和軍事效益。

［1］李自俊.ADS-B 技術(shù)在通用航空飛行中的應(yīng)用［J］.國際航空，2008（4）.

［2］何東林.廣播式自動相關(guān)監(jiān)視技術(shù)［J］.民航科技，2011（2）.

［3］范婷.ADS-B 的應(yīng)用［J］.經(jīng)營管理者，2013（3）.