摘 要： 对ADS-B" title="ADS-B">ADS-B的基本概念和发展情况进行了介绍，着重对民航应用ADS-B时在空管导航、通信数据链和地面站、管制程序" title="管制程序">管制程序等方面需要考虑的关键问题进行了分析和研究，并列举出一些解决的思路和参考方法。
    关键词： ADS-B  导航  通信数据链  地面站  管制程序

    空中交通管理的根本目的是使航线上的飞机安全、有效和有计划地在空域中飞行，管制员需要对管制空域内飞机的飞行动态进行实时监视。传统的雷达监视手段采用询问/应答方式对目标探测。从长远来看，雷达系统自身具有很多局限性：雷达波束的直线传播形成了大量雷达盲区；无法覆盖海洋和荒漠等地区；雷达旋转周期限制了数据更新率的提高，从而限制了监视精度的提高；无法获得飞机的计划航路、速度等态势数据，限制了跟踪精度的提高和短期冲突告警STCA（Short Term Conflict Alert）的能力。因此，需要发展新的监视手段。
    广播式自动相关监视ADS-B（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）即航空器自动广播由机载星基导航和定位系统生成的精确定位信息，地面设备和其他航空器通过航空数据链接收此信息，卫星系统、飞机以及地基系统通过高速数据链进行空天地一体化协同监视。ADS-B的精度和数据更新率比雷达高，除位置信息外，ADS-B还提供其他信息，包括速度和飞行意向等，尤其适合于山区、荒漠、边远机场等不宜建设雷达的区域，也适合于高密度机场的监视，是未来监视系统" title="监视系统">监视系统的重要组成部分和发展方向。
1 ADS-B组成原理概述
    ADS-B组成原理如图1所示。ADS-B使用机载导航系统得到飞机精确的位置和速度信息，利用机载电子设备向外周期性地广播飞机的呼号、位置、高度、速度和其他一些参数。通过空地数据链，地面站接收这些信息，并传给管制中心，实现地空监视； ADS-B飞机也可以通过机载电子设备接收附近ADS-B飞机的广播信息，实现空空监视。

    为实现ADS-B飞机与未装备ADS-B的飞机之间的监视问题，TIS-B将雷达系统得到的监视信息通过上行数据链传给装有ADS-B设备的飞机，提供了不同监视系统间的互通手段。
    FIS-B通过数据链将气象信息上传给加装了相应设备的飞机。
2 发展趋势分析
    随着ICAO（国际民航组织）全球一体化运行概念的推进，世界各国都开展了相关的项目以支持ADS-B技术的研究和应用，比较具有代表性和影响力的包括：美国的CAPSTONE计划、欧洲的CASCADE计划和澳大利亚的UAP项目。
    ICAO已经开始积极推进ADS-B技术的应用和实施，相继颁布了指导ADS-B系统建设和运行的标准和建议措施，而且在其实施路线图中对支持未来ATM（空中交通管理）服务的监视设备与技术的发展趋势进行了预测。结果显示：在未来的十几年里，加装ADS-B机载设备的飞机将逐步增加，商用飞机将在2025年具备ADS-B OUT（ADS-B机载设备对外广播ADS-B信息）功能；大部分飞机将在2025年具备ADS-B IN（ADS-B机载设备接收其他ADS-B设备广播ADS-B信息）功能。ADS-B地面站的数量将持续增长；在某些低密度空域，ADS-B将成为唯一的监视手段。ADS-B技术正在逐渐成为航空监视系统的主流。
    中国民航也已经开展了ADS-B应用监测系统工程、军航011工程等项目，并在“十一五”规划中将ADS-B技术作为我国" title="我国">我国航空监视系统发展的重点。2006年，中国民航制定了《ADS-B技术政策》，应用ADS-B技术已经成为中国航空监视系统发展的趋势。
3 民航空管应用ADS-B的关键问题分析
3.1 与导航有关的问题研究
    目前ADS-B的定位信息取自GPS接收机，GPS接收机在输出定位信息的同时输出水平保护标准（HPL）作为表明定位信息质量和可信度的参数。
    HPL是一个以计算出来的位置为圆心的圆的半径，飞机真实位置以1～10-7的概率落在圆圈内，为了减少飞机广播参数的数量和长度，ADS-B机载设备将HPL参数转换成导航不确定度种类（NUC），对于位置和速度各有一个NUC指标，管制系统依据NUC的大小判断需要实施的管制程序。NUC是一个0～9的整数，大于等于5可以实施类雷达管制。
    NUC参数综合反映了ADS-B定位信息的精度和完好性，基本能够满足目前的管制应用。但随着航空监视系统对定位信息精度和完好性的更高要求，RTCA DO 242A标准于2002年提出了导航准确度类别（NAC）、导航完好性类别（NIC）和监视完好性级别（SIL）的概念，对定位信息的精度和完好性分别进行描述，不过目前大部分机载应答机还不支持RTCA DO 242A标准。
    目前存在的主要问题是：导航数据源过于依赖GPS，这样安全性和可靠性问题会比较突出。目前设想通过机载管理系统FMS（Flight Management System）来接收多种数据源（惯性系统、GPS、VOR、DME 以及Galileo、“北斗”等）的导航信息。不过，目前使用FMS还无法直接计算衡量ADS-B数据精度和完好性的HPL值，从而无法指导管制。因此，需要对现有设备进行改装和升级。
3.2 通信数据链选择及存在的问题
    ADS-B支持3种数据链：1 090 ES（Extended Squitter）、UAT和VDL M4。由于1 090 ES在实施过程中仅需升级现有的S模式应答机软件，再加装一条GPS连线（见图2）。而其他两种数据链都需要加装新的机载设备，所以此方案经济效益明显。ICAO、IATA、FAA、EUROCONTROL等机构通过大量的分析、论证和试验后一致同意推荐采用S模式1 090 ES作为近期实施ADS-B的主用数据链。支持ADS-B系统的S模式应答机必须具备完整的S模式数据链通信协议，包括通信-A协议、通信-B协议、通信U/V协议、询问－应答协同协议和多站消息控制协议等等。DO-181C标准规定了112位长报文必须在100μs时间内由通讯协议来确定下传报文，56位短报文有115μs时间来确定下传报文。此外，为了能最大限度地保证信息的完整性，S模式数据链还采用了纠错编码和离散寻址技术。

    一个重要的问题在于：采用1 090 ES数据链，使得ADS-B与二次雷达都使用1 090MHz频段，会造成链路" title="链路">链路的拥塞。拥塞会导致丢报现象，并造成随机的报文时延。可以综合运用更高效的编解码技术和新的多址接入技术，并设计ADS-B与雷达协同运行的协议算法和协议栈，以解决这一问题。或者采用变速率报文传输方法：更新率较高的信息，如位置信息，采用较高的传输频率（2次/秒）；更新率相对较低的信息，如速度信息，采用较低的传输频率（0.5次/秒）。不过由于目前ADS-B尚未应用于终端区，该问题影响暂时还不大，因此在实际应用时，可以考虑适当减少雷达的数量，为ADS-B在1 090MHz频段提供更大的传输带宽。
    此外，尽管1 090 ES采用更高效的编解码方式、调制方式和协议体系，但SSR应用的S模式1 090已形成国际标准体系，而且已广泛应用，如要改变会比较繁琐,而且因为链路拥塞等问题尚未完全解决，现有的S模式1 090地面设备基本不具有上行广播的能力，使得目前1 090 ES的应用受到限制。又由于UAT和VDL M4各自特有的优势，所以，三种数据链目前都有各自的用户群。美国在商用航空采用1 090 ES，通用航空采用UAT数据链，其他一些国家也都在积极开展UAT的试验和评估；欧洲目前计划主用1 090 ES，考虑利用VDL M4解决场面监视问题（VDL M4不用于航路监视）。采用多种数据链路，需要建设多链路网关系统来解决不同数据链路之间的互联；同时，借助TIS-B网关实现ADS-B与SSR的互通，就可以实现航路上不同监视模式的协同（如图3所示），实现各独立的用户群向统一的监视群的转变。然而，由于前面提到的原因，现阶段这种方案还只能做到UAT用户群对其他模式用户群的单向可视。此外，还需考虑TIS-B信息中可能包含被SSR探测到的ADS-B目标的冗余问题。后者可以通过ADS-B地面站向TIS-B网关反馈监视信息与SSR信息进行冗余判断，并实现过滤。

3.3 与地面站有关的问题
    ADS-B地面站应当具备能够在恶劣天气条件下有效连续工作的能力，耗电量小，能够利用太阳能供电，能够在低温和高温环境下工作，具有无人值守、自动双机热备、远程监控和远程软件升级能力。
    问题在于：由于ADS-B地面站很可能将工作在环境比较苛刻的边远地区，这样地面站到管制中心的数据传输就成了决定ADS-B能否应用于边远地区的关键因素。国外(如澳大利亚)目前采用传统的地面线路，正在开始借助卫星链路实施地面数据传输，与传统地面线路形成独立双备。考虑到我国国情，在建设时可以借鉴澳大利亚的做法。
3.4 对管制程序的影响
    ADS-B的应用将对管制程序产生较大影响。存在的一个问题是ADS-B数据与雷达数据的融合，目前有两种解决方式：
    (1)优选法：显示雷达航迹或ADS-B航迹，简单，价格低，不存在ADS-B数据影响雷达数据的风险，不需要重新验证雷达数据处理（RDP）功能。
    (2)融合法：将雷达航迹与ADS-B航迹融合为系统航迹，不存在跨越雷达覆盖区和ADS-B覆盖区时的跳点现象，提供基于系统航迹的告警信息，价格贵，存在ADS-B数据影响雷达数据的风险。
    目前澳大利亚采用的是优选法，正在研发融合法并考虑其应用。我国在应用时也可参考其做法。应用优选法应当注意的问题有：需要在原有ATC系统中增加ADS-B数据与雷达数据不一致告警以及ADS-B数据与飞行计划不一致告警的功能；需要专门定义ADS-B监视的飞机间的短期冲突告警（STCA），以及ADS-B监视的飞机与雷达监视的飞机间的STCA；需要解决跨越雷达覆盖区和ADS-B覆盖区时的跳点现象。
    作为一种全新的监视技术，ADS-B将对整个民航空管体系起到深远影响。尽管在具体的发展和应用过程中还存在许多亟待解决的问题，但ADS-B作为未来监视系统的发展方向已是大势所趋。我国西部地区存在大面积的无雷达覆盖区，而随着国家西部大开发战略的提出，航空运输量保持持续高速增长，需要发展新技术解决这一问题；东部地区受雷达固有的局限性影响，存在部分雷达覆盖盲区，需要发展新的补盲手段并提高飞行流量高密度区的服务性能。我国在空管监视系统建设方面远远落后于发达国家，且受资金限制，难以大面积建设雷达系统，因此ADS-B在我国具有巨大的市场空间。发展ADS-B技术，将是实现我国空管监视系统的跨越式发展的重要途径。
参考文献
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