民航西南地区空中交通管理局 四川 成都 610000
摘要
ADS-B作为新兴的一项监视技术，以其先进的性能和经济性而备受关注，在国内外都有不同程度的应用。ADS-B中文全称是广播式自动相关监视，主要实现了全方位的空对空、空对地的监视。ADS-B技术在目前是新一代的监视技术，比二次雷达的性能更高，监视范围也更加广。
关键词：ADS-B监视技术；技术原理；机载系统；空管
引言
近年来，随着我国经济的发展，民航事业也取得了很大的发展，在商用航空大力发展的同时，通用航空的发展也越来越引起人们的注意。航空业的大力发展彰显了我国经济实力，但是在发展的同时航空安全问题也不容小视。如何确保飞机高效安全的飞行将是一项长期而艰巨的工作。
1 ADS-B基本介绍
广播式自动相关监视(ADS-B, Automatic Dependent Surveillance-Broadcast)是利用空地、空空数据通信完成交通监视和信息传递的一种航行新技术口。国际民航组织(ICAO)将其确定为未来监视技术发展的主要方向，国际航空界正在积极推进该项技术的应用，一些国家已投入实用。广播式自动相关监视是航空器或者在飞行区运行的车辆定期发送其状态向量和其他信息的一种功能，其包含了以下几层含义：
自动(Automatic)：数据传送无需飞行员和管制员的干预；
相关(Dependent)：航空器的设备决定了数据的可用性,数据发送依赖于机载系统，航空器提供精确的位置和速度信息以及其它信息；
监视(Surveillance)：航空器提供位置、速度、高度以及其它监视信息，提供的状态信息和数据适用于空管监视的任务；
广播(Broadcast)：采用广播方式发送相关数据信息，所有授权用户都可以接收这些数据。
2 ADS-B技术原理
ADS-B是飞机或者在机场场面活动的车辆定期的传送其状态向量和其它信息的一种功能。ADS-B包含了以下几层含义：自动（Automatic）：全天候运行，无需人值守；相关（Dependent）：它只需要依赖于GNSS定位数据；监视（Surveillance）：提供类似于且优于雷达监视的服务，获得飞机位置、高度、速度、航向、识别号和其它信息；广播（Broadcast）：无需应答机，在适当的传输范围内，飞机之间或与地面站之间采用广播方式互相发送数据。所有装备ADS-B设备的用户都可以接收和处理这些数据。
3 ADS-B机载系统
ADS-B监视系统的机载系统一般包括3部分：GNSS接收系统，数据链系统，实现ADS-B IN功能所需要的CDTI。
（1）目前，GNSS目前普遍使用的是美国的GPS接收系统。ADS-B监视系统所接收到的飞机位置信息可以来源于GNSS、惯性导航系统（INS：Inertial Navigation System）和惯性参考系统（IRS：Inertial Reference System）。但是，由于产品和技术规范的限制，唯一的位置信息来源是GNSS系统。所以，GNSS接收系统是ADS-B机载系统的重要组成部分。
（2）数据链系统是ADS-B技术的重要组成部分，以广播方式传输飞行器状态、位置、速度等重要监视信息。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆要求支持ADS-B的数据链必须具备信道容量大、传输速率快的特点，目前主要有三种数据链标准满足ADS-B的应用需求，即：1090ES（1090Mhz Extended Squitter）、UAT（Universal Access Transceiver）和VDL - 4（Very High Frequency Data Link Mode 4）。
（3）CDTI不仅可以是手持式显示器，还可借用机载交通防撞告警系统（TCAS: Traffic Alert and Collision Avoidance System）的显示设备或仪表板 上已有的显示设备，且通常以移动地图作为显示背景。具有IN功能的ADS-B设备需要安装与之交互的CDTI。飞行员可以通过CDTI直观地了解飞机运行中各种状况信息以及飞机周围的交通情况，从而提高机组的空中交通情景意识，提高飞行安全效率。ADS-B信息可以与地形数据、地面气象雷达数据、TCAS和其它数据整合到一起，显示在CDTI上，从而使ADS-B可以支持一些更高级的运行功能。
4 ADS-B基本性能分析
ADS-B作为一个飞机监视系统不仅仅需要有高的可靠性，还必须要有有效的准确性，可以覆盖足够大的区域，且可以有足够的监视容量，另外，对于部分使用电磁波的系统，需要有必要的带宽。下面就以ICAO推荐的基于1090ES数据链（S模式）的ADS-B为例进行分析。
4.1 可靠性
S模式ADS-B断续振荡器使用S模式二次监视雷达的下行回答波形，工作在1 090 MHz频点，数据使用脉冲位置编码(PPM)调制，以每秒1兆位的速度传输，信息中包含24位奇偶校验位，提供有效的抗干扰能力，和纠、检错能力，具有较高的可靠性。
4.2 精确度
S模式ADS-B监视系统的精确度取决于获得导航信息的源，以及S模式ADS-B位置编码信息的精度。S模式ADS-B位置编码信息在前面已描述，空中位置信息提供5.1 m经度和纬度信息分辨率，地面位置信息提供1.25 m经度和纬度分辨率，高度采用与现在S模式应答机相同的精度，即25英尺。假设导航的数据来自GPS和气压高度表，当GPS选择可用性(SA)打开时，由GPS提供的水平位置估算精度小于100 m，采用差分DGPS可以提供水平位置的精确度在几米。
4.3 监视范围
S模式ADS-B的监视范围主要包括空-空监视、地-空监视、地-地监视，空-空监视应用在空中交通防撞系统(ACAS)，因为ACAS与S模式ADS-B都采用的同样类型的应答机，ACAS需要接收S模式ADS-B的广播信息，ACAS作用距离在10～l5海里。地-空的监视范围取决于地面接收器的性能，对于地-空监视，50海里将满足终端区域监视需要，100海里对于常规监视足够，地面站由于作用距离大于ACAS，因而接收机应该比ACAS设备有较好噪声系数，高增益的天线。终端区域与常规情况的不同在于接收天线的增益，对终端区域监视，5英尺垂直孔径圆柱型天线在方位上可以产生全向波束，天线增益为4dB，这种天线与全向天线一样简单。对于常规监视需要6扇区天线，每个扇区都与终端区域天线一样有相同的垂直孔径，但是水平波束宽度将减小以提高天线增益，两种情况都有一定的链路余量：终端区域监视为12 dB，常规监视为9 dB。
对于地-地监视，主要用于机场地面的监视，系统工作区域主要取决于系统所处的多种强反射面和障碍物。对于S模式ADS-B系统工作于这样的环境，需要多个接收站来覆盖机场的主要移动区域。在国外对一些具体的机场进行了测试，如在波士顿Logan国际机场对S模式ADS-B的测试，需要4个地面接收站。
4.4 监视容量
根据空管系统的监视性能要求，设S模式ADS-B的正确接收概率为99.5%，数据更新率为5 s，计算出S模式ADS-B容量。表中考虑3种不同情况下S模式ADS-B的容量，第1种假设每个飞机对于ATCRBS询问，每秒回答120次，第2种假设每秒回答60次，第3种假设没有ATCRBS回答，S模式在所有情况下都假设每架飞机每秒的回答数量是8次短回答，6次长回答，第1种代表高回答率的ATCRBS回答环境，第2种是中回答率的估算，第3种情况提供了当ATCRBS询问机完全被模式S询问机所代替时容量能够得到怎样的改善，基本能够满足大部分国家对空管系统的要求。
在地面，S模式应答机不能够回答ATCRBS询问或者S模式全呼叫询问，而且短断续振荡信号不会被广播，因此地面干涉源的数量将比空中的少，而多径却是防碍地面断续振荡信息被正确的接收的主要因素，假设有5％ 的断续振荡信号由于多径而丢失，如果他们没有与来自地面其他飞机的发送的长S模式信号的交叠，剩下的振荡周期被成功的解码，在这些假设情况下，一个单天线能够容纳超过250架飞机，达到97％ 的正确接收概率。对于空中监视，扇形的天线被用于增加监视的总容量。
小结
简单地说，ADS-B是未来空中交通管制系统中的一种飞机运行监视技术。在未来的空中交通管制系统中，ADS-B监视技术将取代雷达监视技术以用来确保飞机在空中飞行时和地面跑道滑行时的安全责任。与雷达监视技术相比，ADS-B监视技术能提供更高精度的数据，且数据更新率更快。ADS-B技术首先通过全球卫星导航系统接收实时和精确的飞机位置等监视信息，然后由数据链系统广播发送给其它装备ADS-B设备的飞机和ADS-B地面站用户接收和显示，这样能够帮助飞机保持合适的安全间隔。ADS-B技术将使空中交通安全的责任从地面空中交通管制员向飞行员转移，自主保持飞行的安全距离，真正的实现“自由飞行”。
参考文献
[1] 吕小平. ADS-B技术介绍[J]. 空中交通管理, 2005, (4):24-25.
[2] 中国民用航空ADS-B实施规划.中国民用航空局.2012:1-48
[3] 广播式自动相关监视在飞行运行中的应用.中国民航总局飞标司.2008:5-6
论文作者:牛达
论文发表刊物:《科技中国》2017年3期
论文发表时间:2017/5/27
标签：模式论文; 系统论文; 信息论文; 飞机论文; 数据论文; 天线论文; 位置论文; 《科技中国》2017年3期论文;