ADS-B 广播式自动相关监视-基础篇

一. 什么是ADS-BADS-B全称是Automatic Dependent Surveillance - Broadcast中文是广播式自动相关监视顾名思义即无需人工操作或者像二次雷达一样去询问飞机会自动地将自己的位置、高度、速度、航向、识别号等信息向其他飞机或地面站广播以供管制员及飞行员对飞机状态进行监控。下图是ADS-B运行原理图。ADS-B系统是一个集通信与监视于一体的信息系统由信息源、信息传输通道和信息处理与显示三部分组成。上面我们已经讲了ADS-B的主要信息有飞机的位置、高度、速度、航向、识别号等信息而这些信息全部来源于机载设备如飞机的位置信息从机上GPS设备获得、飞机的高度从机上气压高度表获得信息传输通道目前运用得较多的有VDL Mode4甚高频数据链模式4、UAT万能电台数据链、1090ES1090MHz S模式扩展电文数据链我们可以将它们类比为电信、联通、移动信息通过信息传输通道自动地传到地面接收站或其他飞机便可为相应用户所用了。根据相对于飞机的信息传递方向机载ADS-B应用功能可以分为发送OUT和接收IN两类。1ADS-B OUTADS-B OUT是指飞机发送位置信息和其他信息。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。这是ADS-B的基本功能。2ADS-B INADS-B IN是指飞机接收其他飞机发送的ADS-B OUT信息或地面服务设备发送的信息为机组提供运行支持。这是实现ADS-B系统通信功能的基础。二.ADS-B的运用ADS-B信息可以用于以下几个方面1、为全国区域管制中心、中低空管制中心、进近、塔台等空管部门提供包括民航飞机、通用飞机、无人机、场面车辆等实时的监视信息实现ADS-B管制运行ADS-B空管监视系统运行示意图ATC界面目标显示图为通用航空提供实时监视信息提高通用航空的安全性3、为机场运行控制系统提供机场区域及进港航班的动态信息配合场面监视雷达提高机场的运行控制能力4、为航空公司提供全国该航空公司航班的动态监视信息提高航空公司对本公司航班运行动态的管理5、为航空保障企业提供局部区域的航班实时动态监视信息提高其服务保障能力6、为民航局、管理局和监管局提供全国或局部区域的航班动态监视信息提高政府监管水平7、为相关的公共服务系统提供全国或局部或特定航班动态监视信息满足社会公众掌握航班信息的需求如我们经常用到的手机APP”Flightradar24”为具备ADS-B IN功能的飞机提供航班动态信息机组可以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。三.ADS-B技术的优势和缺点1、优势1运行成本低ADS-B建设投资成本只有二次雷达的十分之一左右并且维护成本低使用寿命长无需人员值守远程监控即可。沿海地区空管技术部门在雷雨季节到来之际为避免雷达遭受雷击都会申请关闭雷达一旦雷达被雷击维修成本是非常高的ADS-B则不存在这些问题2地面站建设简便灵活且不受地形限制在某些因地形或地域无法建设雷达站的地方如高原地区、沙漠地区及洋区MH370事件暴露出当前缺乏跨洋监视的弊端等可以通过设立ADS-B地面站实现对航空器动态的实时监视3定位精度高、更新率快ADS-B定位精度高因而对减小航空器的间隔标准优化航路设置提高空域容量等都具有积极作用4能够真正实现飞行信息共享传统雷达监视技术所获信息一般只为特定部门使用难以实现信息共享遵循“空地一体化”和“全球可互用”的指导原则发展起来的ADS-B技术为飞行信息共享提供了现实可行性5加强空-地协同与飞行中航空器的通信将更便捷利用ADS-B IN技术可以通过ADS-B地面站向飞行中航空器提供各类情报服务促进飞行安全提高飞行品质6加强空-空协同提高飞行中航空器之间的相互监视能力如果说二次雷达是管制员的“眼睛”那么随着ADS-B IN技术的推广使用ADS-B将成为飞行员的“眼睛”从而使保持飞行安全间隔的责任更多地向空中转移这是未来实现“自由飞行”不可或缺的技术基础 ADS-B运行架构图缺点相关监视完全依赖机载导航信息源ADS-B本身不具备对信息源的验证功能如果航空器给出的位置信息有误地面站设备系统无法辨别在全球导航卫星系统失效情况下ADS-B不能正常工作信息处理时间长通信滞后机上信息处理从数据采集到发送需要约60ms从机上通过数据链传输到地面约需45-60ms。四.ADS-B的运用情况1、国外鉴于ADS-B的种种优势世界范围内都在积极推进ADS-B系统的建设。2010年11月加拿大哈德森湾强制实施ADS-B运行在那里尾随间隔从80海里缩小到5海里。2013年12月澳大利亚在开始强制实施ADS-B运行。澳大利亚西部大部分空域没有被雷达系统覆盖他们选择了ADS-B监视以避免昂贵的雷达系统建设费用和维护费用。澳大利亚全境部署的雷达数量大致与上海飞行情报区可用的雷达资源相当其中节约的费用相当可观。欧洲在2015年对进入欧洲空域的飞机强制实施ADS-B OUT且自2013年起对生产线上飞机强制要求满足ADS-B OUT运行。美国计划到2020年1月对所有飞机包括商用飞机和通用航空强制要求ADS-B Out。从现在开始到2020年随着ADS-B Out设备的增加FAA希望在营运人自愿的基础上装备ADS-B In功能以便为用户提供更多的经营效益。2、国内我国ADS-B实施遵循“西部先试先行、由西向东稳步推进”原则运输航空采用1090 ES数据链而通用航空采用1090 ES和UAT两种数据链并行。1998年我国开始探索新航行系统发展利用西部地区开辟欧亚新航路的战略机遇启动基于ADS的L888航路建设并装备ADS-C监视工作站和在北京建立网管数据中心该系统于2000年完成评估和测试并投入运行。2004年北京、上海、广州三大区域管制中心相继建成其配套的空管自动化系统都具备了ADS航迹处理能力。2008年完成成都九寨ADS-B应用监视系统工程在成都机场和九寨机场各安装一套ADS-B地面站同时配合使用ADS-B监视系统和ADS-B数据分析评估软件。同年在西沙雷达站建设地面站作试验并于2009年升级海口管制中心Telephonics自动化系统和引入该ADS-B信号进行融合显示。2010年完成成都-拉萨航线监视工程建设5个地面站实现成都-拉萨主要高度层的ADS-B单重连续覆盖。2011年空管部门制定1090地面站接收设备技术要求和测试要求努力推行1090ES地面站设备入网许可测试。今年4月28日民航局在上海虹桥机场完成了首次ADS-B IN演示飞行。此外中国民航飞行学院是国内第一家完整使用ADS-B用于飞行监控的单位选择UAT数据链包括建设5个地面站加装234架飞机机载设备并设计建立ADS-B类雷达管制运行的标准程序。五.我国ADS-B发展前景2012年11月民航局发布《中国民用航空ADS-B实施规划》并于2015年11月进行了修订明确了ADS-B实施的指导思想、基本原则、总体目标、阶段规划与技术方案提出了推进ADS-B建设与运行维护的政策措施。在2017年5月民航局新技术委员会第三次会议上已正式明确在2019年7月1日实现ADS-B系统全面运行今年内将完成308个ADS-B地面站建设实现在6600米以上空域全覆盖2018年将完成所有数据中心建设并于2019年投入运行。