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广播式自动相关监视ADS-B

简介

广播式自动相关监视(ADS-B)是利用空地、空空数据通信完成交通监视和信息传递额一种航行新技术。是国际民航组织确定的未来主要监视技术。ADS-B 技术将卫星导航、通信技术、机载设备以及地面设备等先进技术相结合,提供了更加安全、高效的空中交通监视手段,能有效提高管制员和飞行员的运行态势感知能力,扩大监视覆盖范围,提高空中交通安全水平、空域容量与运行效率。
与雷达系统相比,ADS-B能够提供更加实时和准确的航空器位置等监视信息,建设投资只有前者的十分之一左右,并且维护费用低,使用寿命长。使用ADS-B可以增加无雷达区域的空域容量,减少有雷达区域对雷达多重覆盖的需求,大大降低空中交通管理的费用。

ADS-B可以为航空器提供相关交通信息,传递天气、地形、空域限制等飞行信息,使机组更加清晰地了解周边的交通情况,提高情景意识,并可用于航空公司的运行监控和管理,为安全高效的飞行提供保障。
ADS-B还可用于飞行区的地面交通管理,是防止跑到侵入的有效方法。
ADS-B的应用将是保障飞行安全、提高运行效率、增大空中交通流量、减少建设投资的重要技术手段。
6.4.2原理
6.4.2.1广播式自动相关监视(ADS-B,AutomaticDependent Surveillance-Broadcast),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。ADS-B包含了以下几层含义:
A-自动:不需要人工操作和地面的询问。
D-相关:信息全部基于机载设备。
S-监视:提供位置和其它用于监视的数据。
B-广播:数据不是针对某个特定的用户(在ADS-C中是这样),而是周期性的广播给任何一个有合适装备的用户。
根据相对于航空器的信息传递方向,机载ADS-B应用功能可分为发送(OUT)和接收(IN)两类。
6.4.2.2 ADS-BOUT
ADS-B OUT是指航空器发送其位置信息和其他信息。机载发射机以一定的周期发送航空器的各种信息,包括:航空器识别信息(ID)、位置、高度、速度、方向和爬升率等。OUT是机载ADS-B设备的基本功能。
地面系统通过接收机载设备发送的ADS-B OUT信息,监视空中交通状况,起到类似于雷达的作用。
ADS-B发送的航空器水平位置一般源于GNSS系统,高度源于气压高度表。GNSS的定位决定着ADS-B的定位。由于GNSS使用WGS-84坐标系,所以ADS-B系统中水平位置的表达是以WGS-84为基准的,这与我国2008年7月1日启用的中国2000坐标系是一致的。目前GNSS系统的定位精度已经达到了10米量级,因此ADS-B的定位分辨率也可达到10米量级,而雷达设备因为固有的角分辨率限制,监视精度相对较低,且无法分辨距离过近的航空器。
6.4.2.3 ADS-BIN
ADS-B IN是指航空器接收其他航空器发送的ADS-BOUT信息或地面服务设备发送的信息,为机组提供运行支持。
ADS-B IN可是机组在驾驶舱交通信息显示设备(CDTI)上“看到”其他航空器的运行状况,从而提高机组的空中交通情景意识。
ADS-B地面站也可以向航空器发送信息,具体分为两类:空中交通情报服务广播(Traffic Information Service-Broadcast,TIS-B)和飞行信息服务广播(Flight Information Service-Broadcast,FIS-B)。
TIS-B:ADS-B地面站接收航空器发送的ADS-B位置报文,将这些数据传递给监视数据处理系统(SDPS),同时SDPS也接收雷达和其他监视设备的数据,DSPS将这些数据融合为统一的目标位置信息,并发送至TIS-B服务器。TIS-B服务器将信息集成和过滤后,生成空中交通监视全景信息,再通过ADS-B地面站发送给航空器。这样机组就可以获得全面而清晰的空中交通信息。TIS-B的应用可以使ADS-B不同数据链类型的用户获得周边的空域运行信息,从而做到间接互相可见。
FIS-B:ADS-B地面站向航空器传递气象、航行情报等信息。这些信息可以使文本数据,也可以是图像数据。文本格式的气象信息包括METAR、SPECI、TAF等。FIS-B使机组可以获得更多的运行相关信息,及时了解航路气象状况和空域限制条件,为更加灵活而安全的飞行提供保障。
6.4.2.4 ADS-A/ADS-C
ADS-A 和ADS-C是等同的概念。ADS-A(自动相关监视-寻址式)是AutomaticDependent Surveillance-Addressed 的简称,ADS-C ( 自动相关监视-合同式) 是Automatic Dependent Surveillance-Contract 的简称。
ADS-C 的工作方式与ADS-B 有本质上的不同。ADS-C 基于点对点模式的航空电信网(ATN)数据链信道,ADS-C 需要数据收发双方约定通信协议.
ADS-C 一般应用在海洋和内陆边远等没有监视的区域,或者应用在航空交通流量较小的空域。
6.4.3 ADS-B可传送信息的类型
状态矢量:移动目标的状态矢量包括在全球统一参考系统下的三维位置和速度等信息,具体包括位置、速度、飞机转向信息、NUC等信息项。
状态和意图信息:主要用于支持ATS和空空应用,包括:
(a)身份信息(Identity):用于标识每一架飞机,包含24位地址码和呼号信息;
(b)紧急/优先状态(Emergency/Priority):用于标识紧急或优先级状态的相关信息,如非法侵入告警、油量供应不足等;
(c)当前趋势信息(Current Intent):当前需要发布的飞机意图状态,包括目标高度、所期望的航迹等;
(d)航路趋势信息(Trajectory Change Point):提供航路发生改变的相关意图信息,如当前航路改变趋势信息(TCP)、未来航路改变趋势信息(TCP+1)
分类号:用于标识参与者支持特定服务类别的能力,如交通显示能力、冲突避免、精密进近等
其它种类信息(用于未来使用):传送实施监视一方所需要的任何信息,随着技术的发展和各种新应用的引入,将需要更多种类的监视信息,ADS-B技术将通过相应软硬件配置实现对所需信息的广播
6.4.4机载设备

与ADS-B 功能有关的主要机载设备包括数据链系统、GNSS 接收机和IN 功能所需要的CDTI等。
在数据通信网中,按一种链路协议的技术要求连接两个或多个数据站的电信设施,称为数据链路,简称数据链。数据链路(data link) 除了物理线路外,还必须有通信协议来控制这些数据的传输。ADS-B的OUT和IN的功能都是基于数据链通信技术。共有三种数据链路可供ADS-B 选择使用:S模式的基于异频雷达收发机的1090ES 数据链;通用访问收发机(UAT:Universal Access Transceiver);模式4甚高频数据链(VDL-4)。
1090ES 是基于SSR 的S 模式扩展电文(ES)的功能。
1090ES 的下行频率为1090MHz。1090ES 传送的数据包括24比特飞机地址码、位置、高度、呼号等。1090ES 传送的位置信息每0.5 秒更新一次。
目前一些商业化的S 模式二次雷达应答机,已经能够满足ADS-BOUT 对机载系统性能的需求。1090ES 接收机目前装备在TCAS系统上。
1090ES数据链是ICAO推荐采用的用于ADS-B系统的数据链,也是中国民航计划采用的数据链。
1090ES数据链相关机载设备:
如果仅需要ADS-B OUT功能,则要求两个主要电子组件:
(1)S模式1090ES应答机
(2)GNSS接收机
具备ADS-B OUT和IN功能的综合手法系统要求4个主要的电子组件:
(1)S模式1090ES应答机
(2)GNSS接收机
(3)1090接收机。目前唯一用来接收并解码1090MHz信息的电子设备安装在TCAS接收机上。未来,根据性能要求,ADS-B IN接收机也可能安装在飞机其他组件上。
(4)CDTI。根据飞机设备认证要求,CDTI可以是驾驶舱的一个固定或组合部分,也可以是便携式设备。
6.4.5 ADS-B应用

6.4.5.1 ADS-BOUT应用
(1)ADS-B技术用于空中交通管制,可以在无法部署航管雷达的大陆地区为航空器提供优于雷达间隔标准的虚拟雷达管制服务;
(2)在雷达覆盖地区,即使不增加雷达设备也能以较低代价增强雷达系统监视能力,提高航路乃至终端区的飞行容量;
(3)利用ADS-B的上行数据广播,还能为运行中的航空器提供各类情报服务。
(4)ADS-B技术用于机场地面活动区,可以较低成本有效地实现航空器的场面活动监视。
6.4.5.2 ADS-B IN应用
ADS-B IN的具体应用还在发展之中,目前预计有以下几个方面:
(1)提高机组情景意识。
(2)保持间隔。
(3)获取飞行信息。
6.4.6实施ADS-B的意义

(1)提升空中交通监视能力
到 2020 年,我国民航空中交通流量将达到 2010 年的 3 倍以上,年起降架次将超过1500万。雷达等传统监视技术及其布局、数量将难以满足日益增长的航空运输需要。我国中西部地区、支线机场航空运输均将保持快速增长,但上述地区雷达部署难度大、建设成本高,急需ADS-B 等新监视技术的引入与应用。我国东部地区空中交通流量大,飞行密度高,空域结构复杂,迫切需要ADS-B 提供监视补盲与备份,以提升监视冗余备份能力。建设新一代空管系统,必须通过应用ADS-B技术以提升“空-地”协同运行能力,进而提升“空-空”监视能力,提高安全水平、空域容量与运行效率。
(2)增强机场运行保障能力
民航大型繁忙机场和多跑道机场越来越多,飞行流量越来越大,飞行密度越来越高,迫切需要ADS-B 作为监视信息源以增强终端(进近)区域和机场场面监视能力,为机场运行提供精确、实时和丰富的航空器监视信息,以进一步优化地面滑行,提高运行效率,防止跑道入侵,提升机场运行监控水平。
(3)提高航空公司运行监控能力
随着航空公司规模扩大,航线航班增加,各航空公司运行控制部门迫切需要加强航空器全程运行监控能力,对国内国际航班实现全程实时监控,提高运行管理主动应对能力,进一步提升运行控制水平,更好地为旅客提供航班信息服务。
(4)增强通用航空监视能力
国务院、中央军委于 2011 年做出了加快推动低空空域管理改革的重大决策,通用航空将迎来迅猛发展的新局面。低空飞行活动的快速增加,迫切需要增强低空空域监视能力。ADS-B 技术的应用,将有效加强低空空域的监视,从而更好地保障通用航空飞行安全,实现军民航监视信息共享,促进通用航空持续健康发展。
6.4.7ADS-B 运行要求

运行中心在提交飞行计划时应:
(1) 按照RAIM监控程序,向飞行机组提供预计在ADS-B 运行区域的时间段内GPS完好性预测信息。
(2) 确认管制单位对特定空域、航段或者高度层运行的航空器ADS-B 能力的要求和限制。
(3) 在ADS-B空域运行,领航计划报(FPL)应按照规定填写航空器呼号和航空器ADS-B相关能力描述。
(4) 若实际运行的飞机ADS-B 能力与领航计划报不符合,应及时提交“修订领航计划报”(CHG),对领航计划报的相关编组进行适合实际情况的修改。


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