关键词 通用航空；监视技术
引言
我国通用航空服务保障体系建设相对滞后，保障水平不高，特别是相当大范围内的低空监视服务，目前还难以满足通用航空快速发展的需求。为了增强通用航空服务保障特别是监视服务能力，逐步建立和完善我国低空监视服务保障体系，本为着重研究了我国在通用航空所需的监视方法。期望通过对各种监视方式的研究对比，确定适合我国通用航空的监视方法。
1 监视技术的分类
(1)一次监视雷达(PSR)
一次监视雷达(PSR)是通过雷达自主辐射电磁波并检测到航空器对该电磁波的反射信号进而对航空器进行定位跟踪的雷达系统。空管一次监视雷达包括近程空管一次监视雷达、远程空管一次监视雷达和场面监视雷达等。
(2)二次监视雷达(SSR)
二次监视雷达(SSR)是通过装在地面基站的询问发射机和空中机载应答设备的应答信号给装有机载应答机的航空器定位跟踪的雷达系统。空管二次监视雷达主要包括S模式空管二次监视雷达和A/C模式空管二次监视雷达等。
(3)多点定位系统(MLAT)
MLAT是利用多个地面基站接收航空器发射的同一应答信号，通过各种算法计算各地面基站接收的时间差实现航空器定位跟踪的系统。当多点定位技术应用于终端区进近或航路(线)或监视时，称为广域多点定位。
(4)广播式自动相关监视(ADS-B)
ADS-B是机场活动区车辆、航空器和其它物体通过数据链以广播模式自动发出或者接收诸如标识、位置和其它有效数据信息的一种监视技术。目前，ADS-B技术可选的数据链技术主要有模式4甚高频数据链(VDLMODE 4)、S模式1090兆赫扩展电文(Mode S 1090 ES)、通用访问收发机(UAT)。
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2 监视技术的对比
表1 监视性能特点比较
范围精度完好性分辨率更新周期
一次雷达
(PSR)S波段60-80NM
L波段160-220NM0.1NM（范围）
0.15度（方位角）无完好性报告1-3度
(方位角)4-15秒
二次雷达
（SSR）200-250NM对于单脉冲雷达0.03NM(范围)0.07度（方位角）较好0.5-1（方位角）4-15秒
ADS-B200-250NM由机载设备和传感器辐射范围决定，对于GPS，一般是95%的情况下少于0. 1NM位置完好性10-7非常好0.5秒（机载），1秒（地面基站）
MLAT取决于地面基站的几何形状高精度需要更好的地面基站几何形状配置和更好的地面基站；一般要求精度必须小于0.1NM精度依赖于所采用的算法非常好1秒（S模式航空器），2.2-5秒（C模式应答机）
ADS-C200NM通过VHF地面基站或者使用卫星由机载电子设备决定，一般情况下99％的情况下低于0.2NM实际导航性能指标是电子设备提供一般14分钟报告一次，当然也支持合约式报告
表2 应用领域比较
一次雷达
(PSR)航路阶段:在上个世纪60、70年代一次雷达被广泛应用于航路监视。由于二次雷达的出现和一次雷达高昂的成本，应用于航路监视的一次雷达越来越少，更多的被应用于防空领域；
终端区:一次雷达在终端区能够有效的监视到没有加装应答机的航空器。现在一般都使用一次雷达和二次雷达合装系统提供航空器监视，不过在终端区使用一次雷达提供监视的将会越来越少；
场面监视：一次雷达在场面监视方面依然是一个非常有效的工具，它能够在机场平面有效的探测到其它联合监视方式无法探测到的航空器和地面车辆，特别是哪些没有加装应答机的移动物体。
机载电子设备：暂无应用。
二次雷达
（SSR）航路监视:各个地区使用的要求和标准不统一，在一些地区航路雷达旋转缓慢，大约每分钟5圈，而其它地区则使用每分钟16圈。在欧洲地区被要求使用两个二次雷达覆盖航路监视空域；
终端区:二次雷达是终端区的主要监视技术，因为它具备较快的位置更新率，一般都有每分钟15圈的扫描率，4位数字代码的航空器识别信息。典型的终端区域雷达是一次雷达和二次雷达的合装系统；
机载电子设备:ACAS系统包括TCASI， TCAS2， TCAD。
多点定位（MLAT）高级场面引导和控制系统:多点定位技术己经在一系列的机场被应用作为场面监视，因为其支持场面移动雷达并能提供高精度和高更新率的身份识别信息和位置信息。一般而言10-20个地面基站就可以覆盖整个机场平面区域。由于存在多路径效应和障碍物覆盖等，需要合理设置各个地面基站的位置。
终端区监视:多点定位技术可以扩展成为终端区监视。澳大利亚使用MLAT在其Innsbruck终端区进行了验证飞行，并制定了5NM里的间隔标准；
航路监视:MLAT同样可以扩展应用于宽泛的航路空域，捷克共和国已经在非常宽广的航路空域搜索和救援中使用MLAT提供服务；
在非常广阔的地区使用MLAT须考虑多路径效应和地形障碍，因此就应该提高地面基站的配置和布局，这样在一定程度上也提高了MLAT应用和推广的成本。一个完善的地面基站选址应该确保完整的覆盖、地理和站点的可达性；
机载电子设备:暂无应用。
ADS-B航路监视:ADS-B应该能被大规模的应用于航路监视，特别是那些现在还没有提供监视服务的地区。ICAO的SASP和OPLINK己经同意了ADS-B使用5NM安全间隔的标准；ADS-B也与雷达并行使用，全面提高航迹跟踪能力和监视服务；
终端区监视:ADS-B可用于终端区空域提供高质量的监视服务，目前主要是受制于航空器加载ADS-B机载设备数量还不是很多。ADS-B的位置信息、精确度、完整性比雷达监视好的多:
场面监视:ADS-B具备在机场场面提供监视的潜力，但是目前并没有完全单独使用ADS-B提供场面监视的应用；
空对空应用:ADS-B能够应用在一系列的空对空服务中，例如，机载态势感知，汇聚和分离等；
机载电子设备:FAA和欧控组织将ADS-B视为下一代空中交通运输系统的核心关键技术，将配备相当多的机载电子设备。
从上表可以看出传统雷达系统在监视方面应用非常广泛，一次雷达利用雷达信号反射方式探测到目标，而二次雷达采用应答机方式能获得更多的目标信息，如飞机的标识等，一次二次雷达合装的系统能够较好的发挥两者的优势，既能实现对无应答机的飞机进行监控，又能对加装应答机的飞机进行有效监控的同时还能提供相关飞机的标识和航迹信息等。在真高1000米以下的低空空域实施监视，了解空中交通状况，掌握飞行动态是非常必需的，但是使用雷达监视系统提供低空监视服务，具有两个局限性:一是雷达系统的自身原因或低空地形特殊或建筑物导致的回波干扰和低空监视盲区；二是雷达的购买、安装和运营成本较高。在低空空域开放之后，全面推广使用雷达监视既不现实也不经济。这就迫切需要采用新的监视技术来逐渐取代造价昂贵的传统雷达监视系统，国际上普遍看好新的监视技术如ADS-B或MLAT等对雷达监视进行补充甚至取代，ADS-B系统在中国民航飞行学院的训练飞行中己经得到使用，效果良好。
小结
本文就通用航空监视技术分别进行了研究和分析，并指出其各自特点和适用情况。长远来看，ADS-B与MLAT必将在监视方面发挥主导作用，但是由于ADS-B和MLAT在全球全面推广使用是一项需要各国共同同步推进的浩大工程，需要较长时间才能达到全面平稳的应用。
论文作者:胡娉婷
论文发表刊物:《科技中国》2017年8期
论文发表时间:2017/12/13
标签：航路论文; 基站论文; 终端论文; 地面论文; 低空论文; 航空器论文; 多点论文; 《科技中国》2017年8期论文;