关键词:通用航空；监视技术；自动相关监视；多点定位
引言
由于通用航空活动高度低、范围广等特点，导致通用航空的地面监视一直是地面保障部门所面临的难点。本文通过分析和研究各种监视技术的优缺点，比对选取通用航空地面保障所需的监视方法。
目前在国内外民用运输航空的管制部门中，主要使用的监视手段有航管一次监视雷达(PSR)、航管二次监视雷达(SSR)、自动相关监视(ADS)和多点定位(MLAT)等。一次监视雷达(PSR)和二次监视雷达(SSR)属于传统监视技术，而自动相关监视(ADS)和多点定位(MLAT)技术是与传统监视技术相对应的面向下一代交通运输系统的新监视技术。
1. 雷达监视
无论是一次雷达还是二次雷达，购买、安装和运行维护成本都十分高昂。一次雷达的市场购买价格为3000万元左右，二次雷达的市场购买价格为500万元左右，运营和维护成本更是惊人[1]。这些劣势限制了雷达的覆盖和普及，特别是在我国中西部地区以及山区偏远地区，想要实现雷达系统全覆盖是较为困难的。
伴随我国低空空域开放的步伐，通用航空飞行活动本身就存在范围广、高度低的特点。因此依赖航管雷达全方位覆盖的方式来实现对通用航空的监视就显得十分不切实际也不经济。因此，采用新的监视技术及系统来取代传统造价昂贵的航管雷达监视系统的需求就显得十分迫切。
2. 多点定位方法MLAT
2.1 多点定位（MLAT-Multilateration）技术
MLAT是一种新的监视技术，采用地面多个无源传感器接受方式确定飞机或其他运动目标的位置[2]。该技术的特点在于，完全利用机载现有标准应答机，而无需加装其他机载设备就能完成定位监视:同时该系统兼容ADS-B技术，数据更新率高(每秒1次，二次雷达至少4秒1次)；MLAT成本低(成本不到现有SSR雷达系统的1/31)；定位精度高(航路和终端区定位50米以内，地面定位精度可达10米以内)；目标标识能力强，杂波干扰和地形干扰小，地面基站没有旋转结构的简单全向天线，基站容易建设和维护；设备体积小，地面基站配置灵活，系统监视覆盖范围适应性强。
2.2 MLAT地面基站的布局
决定多点定位系统所能监视高度的最小值的关键因素之一是各个基站之间的结构配置和距离，要取得最大的监视范围就应该合理配置地面基站，为了得到全面的三维监视状态，一般需要4个或者更多的接收基站能够“看到”目标航空器。如果只有3个接收基站能够探测到目标航空器，则还需要该航空器配备C模式机载设备系统，才可以测算出航空器的具体位置[3]。
由于地球存在一定的曲率，影响到基站对航空器监视视线，特别是长距离和低空空域飞行的航空器，其影响更为严重。在这种基站配置情况下，会出现目标航空器监视不到的情况。由此也可以看出两个MLA7，地面基站之间越大，则低空空域监视效果越差。要保证监视精度和显示效果，最基本的多点定位系统应该具有4个接受基站。一般而言，为保证低空空域监视精度，地面基站之间的距离应该是10-20NM，当然在具体的应用中还需要考虑地形因素和天线高度以及天线的造型。如需要提高低空监视覆盖范围和监视效果，可以对基本配置进行扩展，将其扩展成为5个或者6个基站的MLAT系统。为了满足对空域监视要求，MLAT系统可以根据需要进行扩展和缩小，只需要增加或减少基站数目及改变配置结构。随着基本距离的增加，系统覆盖的区域逐渐下降，航空器飞行高度1000ft时，该系统所能监视的最大距离是3 8.9NM。随着基本距离的增加，监视系统在1000ft将会减少，当基本距离增大至3 8.9NM时，系统将监视不到1000ft的任何航空器，其原因是没有有效的地面接受基站可以“看到”航空器。
2.3 MLAT技术与经济指标（对比雷达）
一般而言，在多点定位系统中采用9个地面基站就可以覆盖大约200NM的空域范围(约125，663平方海里)。而同等情况下雷达系统覆盖250NM空域范围(约196，349平方海里)。
在覆盖200NM时，MLAT的成本指数要比雷达的成本指数要低25%左右，因此，在同等监视需求下，投资多点定位技术成本要比雷达系统低。
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3. 自动相关监视ADS
3.1 ADS概念及其分类
自动相关监视分为ADS-B和ADS-A/C模式。其中ADS-B是广播式自动相关监视，ADS-A和ADS-C是比较类似的概念，ADS-A是自动相关监视—寻址式，ADS-C是自动相关监视—合同式[4]。
3.2 广播式自动相关监视系统(ADS-B)
ADS-B系统由多个地面基站和航空器机载设备构成。ADS-B通过网状、多点到多点的通信方式进行数据和信息的双向通信，但是这种数据通信是在视距范围内进行的。航空器机载ADS-B数据信息处理单元负责收集到导航信息，然后通过ADS-B的广播式通信设备发送出去，其它航空器的机载ADS-B收发设备在收到其它航空器和地面的广播信息后，经过处理器处理后传输到驾驶舱综合信息显示器(CDTI)。驾驶舱综合信息显示器获得地面和其它航空器机的ADS-B信息、自己的导航信息、机载雷达信息后给航空器驾驶员提供航空器周围的交通情报、态势信息和其它附加信息(如:气象信息，冲突告警信息，避碰策略) [5]。 ADS-B技术是下一代空中交通运输系统中非常重要的通信和监视技术，将冲突检测、冲突避免、冲突解决、ATC监视和航空器驾驶员之间互相监视以及机舱综合信息显示较为完善的融合起来，为下一代空中交通运输系统增强和扩展了非常丰富的内涵和功能，为低空空域开放和“自由飞行”带来了希望，ADS-B的实施能够极大的推动潜在的经济效益和社会效益[6]。
ADS-B优点:
(1)简单的地面基站，且不需要旋转天线等附件；
(2)可以安装在其它已经存在的基站上；
(3)非常低的地面基站建设费用；
(4)非常清晰的分辨率；
(5)在空中测量具有非常高的完整性和精确度；
(6)通过机载电子设备测量的速度信息要比通过地面得到的信息精确的多；
(7)测量精度并不绝对依赖地面站的覆盖范围；
(8)在飞行情报区之间实行管制交接非常容易；
(9)能够根据需要非常容易的临时安装相应的设备，比如应急救援或者其它重大突发事件时可以快速安装相应设备；
(10)能够支持对那些没有与飞行计划系统链接的航空器的监视；
(11)基于空对空的ADS-B技术有利于下一代革命性空中交通管理系统建设。
ADS-B缺点:
(1)需要依赖机载电子设备；
(2)目前装备ADS-B设备的速度和积极性不太理想；
(3)为了提供良好的监视性能，对基站的选址有一定要求；
(4)依赖GPS，系统具有一定的脆弱性。
4. 结论
本文重点就ADS-B和MLAT，分别进行了研究和分析，并指出其各自特点和适用情况。根据我国目前的监视现状来看，在低空通用航空飞行方面应该选择ADS-B提供监视服务。
参考文献
[1] 黄晋.广播式自动相关监视ADS-B在中国民航飞行学院的应用研究[D].成都:西南交通大学, 2008
[2] 王鲁杰.中国民航应加快ADS-B技术应用的步伐[J].中国民用航空,2004 (14) :55-57
[3] 周其焕.自动相关监视及其数据链的标准[J].中国民航学院学报,1995年13卷3期
[4] 张学军.ATM中的ADS-SSR数据融合研究[J].北京航空航天大学学报,2001(1)期:29-30
[5] 吕小平.ADS-B应用中UAT技术介绍.通信导航监视, 2007
[6] 郝帅,朱代武,陈肯.基于ADS-B的飞行安全间隔方法研究.科学技术与工程, 2010
论文作者:潘宏
论文发表刊物:《科技中国》2018年6期
论文发表时间:2018/8/10
标签：基站论文; 多点论文; 航空器论文; 地面论文; 系统论文; 空域论文; 技术论文; 《科技中国》2018年6期论文;