摘 要
本文首先介绍ADS-B监视技术的工作原理，分析比较当前ADS-B技术与雷达监视的优缺点。进一步针对ADS-B地面站建设布局方面展开分析，考虑通用航空机场的分布特点和地形特点，提出ADS-B地面站布局规划方法及优化方法。
关键词：ADS-B地面站； 站点规划； 低空空域监视；模型
引言
ADS-B在低空空域的布局规划是实施ADS-B监视的重要一步，规划布局的合理性直接影响到了覆盖区域范围内的监视能力的强弱，从而直接影响到通用飞行的飞行安全。目前该技术被证明在低空空域监视是高效，可靠的，所以ADS-B系统已具备推广条件。
1．ADS-B技术
ADS-B技术依靠全球卫星定位系统（GPS、GNSS等）来确定航空器的精确位置（地理坐标），然后将位置坐标信息转换成数字编码，再将航空器的状态、航行诸元等其它信息同归规范的编码格式与数字码相结合。然后选取既定的通讯频率，通过数据链广播的方式发送出去。该技术可以是在其有效的覆盖范围内的其他航空器和地面站设备能接受并处理该数据链的广播，进而通过对数据的编译和解码，使各航空器的信息在本机的设备屏幕上显示出想要的数据。
通过这个技术手段，机组可以相互了解临近飞机的位置和行踪，能够实现各航空器之间主动识别相互位置，进而提供机组主动保持飞行间隔，避免飞行冲突。对于地面管制单位，通过该技术手段可以雷达或通讯覆盖效果不好区域航向的航空器实施监控和管制指挥。
1.2.1.1 ADS-B与雷达的监视的优势比较
1、在低空空域飞行活动监视中，如果仅仅使用ADS-B技术提供单独的监视服务，那么ADS-B设备必须要满足不低于雷达监视的精度水平要求。由于ADS-B技术的特性，ADS-B在该性能指标上要远优越于雷达系统，精度远高于航管二次雷达。
2、ADS-B的地面站无需通过天线旋转扫描方式获取目标，数据刷新率快，无顶部盲区。
3、建设成本低，一套ADS-B地面设备的建设投资远低于地面航管二次雷达的建设成本，通过多机和多站点式的建设，不断可以降低成本，而且可以实现多用户见分摊建设成本的效果。
4、ADS- B地面设备安装的场所要求较低，占地面积小。相对航管二次雷达的建设场所要求，可以大幅降低占地需求
5、ADS-B地面站功耗低，其能源保障设备可以采用太阳能电池板为其能源供应，相对雷达设备的能源消耗少很多。
6、ADS-B系统可以加载地图。飞行员和管制员可以同时实时获得地图信息，加大了沟通的效率，有效的减少管制员和航空器家属原的工作负荷。
1.3.1.2 ADS-B数据链
ADS-B数据链技术是以广播的方式进行传输，其传输的内容包括航空器的高度、位置、速度、航向及地面对空中航空器的通讯等重要监视信息。但只要是地空通讯就必然存在着干扰和遮挡、屏蔽等现象。分析ADS-B技术可选用的数据链有1090ES、VDL4、UAT三种，那么我们将从信号传输的抗干扰和经济实用方面展开分析。
从抗干扰角度考虑，1090ES模式传输信道频率与二次雷达A/C模式频率较为接近，会使得信息传输不顺畅。从设备的使用和后期维护方面考虑，加装1090ES模式的ADS-B系统，比加装一套UTA模式的ADS-B机载系统，成本高出八九倍。因此综合考虑成本和通用航空的特性， UAT模式更适合推广应用在低成本通用航空飞行。
2.ADS-B地面站的布局规划
ADS-B地面站布局规划的原则是遵循ADS-B运行体制、充分提升覆盖率、统筹布点设计和降低建设成本。ADS-B布局的目的是如何在有限的地理资源中，尽可能地使地面基站的信号覆盖的范围更广，提高目标获取能力。针对低空空域监视中空域的高度低，极易受地形的影响。要在一定的空域内使信号能覆盖广对ADS-B地面站科学的选址显得更为重要了。
接下来我们将针对ADS-B地面站的主要功能实现及信号传输方面展开其布局规划的分析。
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1.4.2.1 ADS-B地面站系统的主要功能
1)接收航空器GPS信息，为航空器提供GPS校时、定位等功能；
2)接收航空器ADS-B信息功能，实现对航空器所广播的ADS-B信息接收；
3)处理航空器ADS-B信息功能，包含对机载ADS-B发出信息的解码、对空目标的跟踪等；
4)ADS-B通过定制或转报的方式向其用户传送信息及数据，实现数据分发的服务功能；
5)提供交通资讯服务功能，能够以ADS-B数据链的方式向空中航空器广播该区域内的空中交通资讯，实施对空的空中交通管制；
1.5.2.2 无线传输信道模型
目前最适合低空空域监视的数据链模式是UAT模式。由电磁波传播机理，结合无线信道传输的随机性和ADS-B数据链UAT模式所使用的978MHz频率特性，建立无线传输过程衰减模型，作为ADS-B地面站布局规划分析的应用模型基础。通过综合考虑和验证，在ADS-B地面站的布局规划中采用奥村（Okumura）电波传输衰减计算模式构建无线电信道模型。
奥村电波传输衰减计算模型，充分考虑电波在空间传输中的衰减、天线馈线传输的损耗以及地面障碍物遮挡反射等导致的多路径效应、地形遮挡屏蔽导致的多脊绕射衰减、大气传播中的传输衰减等各种传输损耗机制的基础上，对频率为978MHz无线传输过程的反射、绕射、散射、折射以及大气影响的衰减进行分析。
3 ADS-B地面站的布局规划方法
因为移动无线基站规划建设和ADS-B地面站的规划建设都是为了让电磁波覆盖范围更广为目的的。所以可以引入成熟的移动无线基站建设规划来分析ADS-B地面站规划建设。而移动无线基站布局规划常用方法是基于TIN的可视化域分析。
1.6.3.1 地面站初步选择
根据地理信息模型中已得到的地形图，在GIS中生成正射三维影像，或进行三维浏览，从而能过快速地把握整个区域的地形特点。结合区域中的民用机场、通用机场和空域的其他因素，同时，预测ADS-B地面站网络的覆盖区域，推测若干个比较合理的地面站点。
1.7.3.2 在初选选址的基础上对方案优化
通常进行地面站点选择时都希望能够满足一些限制性条件：如尽可能使覆盖区域内的机场区，覆盖通航活动繁忙的区域信号强等。对此，先确定若干个候选ADS-B地面站点，然后统计出最佳的组合，或者经过分析调整ADS-B地面站点的位置，在计算机上进行各种模拟试验。
并且依靠数字地图背景，指定虚拟基站并设定其参数；结合GIS数据图和无线传输信道模型，计算出从ADS-B地面站发射出来的无线电波经地理环境反射、绕射、散射、吸收后的信号衰减情况。绘制ADS-B地面站有效覆盖区域预测图。
4. 结论
本文初步地分析了ADS-B技术相对雷达监控的优点，并对ADS-B的三种数据链展开简要分析。通过分析ADS-B技术监视精度是否满足低空空域监视的需求和适合低空空域飞行特点的ADS-B的数据链模型。为ADS-B地面站的布局规划提供了思路和方法，进一步分析ADS-B低空空域的布局规划，最后初步提出ADS-B地面站的布局规划方法。
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论文作者:张超
论文发表刊物:《科技新时代》2018年10期
论文发表时间:2018/12/6
标签：地面站论文; 空域论文; 数据链论文; 低空论文; 布局论文; 航空器论文; 技术论文; 《科技新时代》2018年10期论文;