ADS-B的主要技術(shù)以及相關(guān)設(shè)備綜述

1、ADS-B的主要技術(shù)以及相關(guān)設(shè)備綜述袁義煌宋智勇王玲胡冰(湖北省無線電管理委員會(huì)辦公室，湖北 武漢430061)1. 引言ADS-E是廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視的英文縮寫( Automatic Depe nde nt Surveilla nce-Br oadcas),是無線電技術(shù)在航空監(jiān)視上的新應(yīng)用,即利用空對(duì)地、空對(duì)空數(shù)據(jù)通 信完成信息傳遞的一種新技術(shù)。ADS-B可為航空器傳送的空域交通、天氣、地形等飛行信息，讓機(jī)組人員 清晰地了解周邊的交通情況，提高情景意識(shí)，并可用于航空公司的運(yùn)行監(jiān)控和 管理，為安全、高效的飛行提供保障。ADS-B還可以用于飛行區(qū)的地面交通管理，防止跑道侵入【見圖1,圖2】。與雷

2、達(dá)系統(tǒng)相比，ADS-B能夠提供更加實(shí) 時(shí)、準(zhǔn)確的航空器監(jiān)視信息，可以增加無雷達(dá)區(qū)域的空域容量且維護(hù)費(fèi)用低， 使用壽命長。正是因?yàn)锳DS-B有以上諸多的優(yōu)點(diǎn)，促成國際航空界積極推進(jìn)該 項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。圖1航空器周邊交通情況顯示我國已制定出ADS-B推廣應(yīng)用的中、長發(fā)展規(guī)劃。部分 ADS數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)可 行性試驗(yàn)工程、支持ADS-B的地一空應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已經(jīng)完成，系列配套工 程正有序展開。2. ADS-B的基本原理國際民航組織（ICAO將ADS-B定義為“用于傳遞飛行參數(shù)，如：位置、 航跡和速度等，通過數(shù)據(jù)鏈廣播模式，在特定的間隔時(shí)間內(nèi)發(fā)送，任何空地用 戶都可以申請(qǐng)這一功能”。ADS-B包含了以下幾層

3、含義：自動(dòng)（Automat© ：數(shù) 據(jù)傳送不需要人工操作和地面的詢問；相關(guān)（Dependent :數(shù)據(jù)的發(fā)送全部基 于機(jī)載設(shè)備；監(jiān)視（Surveillanep :提供的狀態(tài)數(shù)據(jù)適用于監(jiān)視的任務(wù)；廣播（Broadcast :采用廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)，所有用戶都可以接收這些數(shù)據(jù)。根據(jù)相對(duì)于航空器的信息傳遞方向，機(jī)載 ADS-B應(yīng)用功能可分為發(fā)送（OUT 和接收（IN兩類（相對(duì)于航空器）【見圖 3】。ADS)4百站I 7覘柏血USlt U £圖3 ADS-B工作原理示意圖2.1 ADS-B OUTADS-B OUT是指航空器的機(jī)載發(fā)射機(jī)以一定的周期發(fā)送航空器的各種信息， 包括：航空器

4、識(shí)別信息（ID）、位置、高度、速度、方向和爬升率等。OUT是機(jī)載ADS-B設(shè)備的基本功能。地面系統(tǒng)通過接收機(jī)載設(shè)備發(fā)送的ADS-B 0U信息，監(jiān)視空中交通狀況，起到類似于二次雷達(dá)的作用。ADS-B發(fā)送的航空器水平位置一般源于GNSS系統(tǒng)，高度源于氣壓高度表。GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) 的縮寫）的定位決定著ADS-B勺定位精度。2.2 ADS-B INADS-B IN是指航空器接收其他航空器發(fā)送的 ADS-B OUTw息或地面服務(wù)設(shè) 備發(fā)送的信息，為機(jī)組提供運(yùn)行支持。ADS-B IN可使機(jī)組在駕駛艙交通信息顯 示設(shè)備（CDTI Cockpit Display of Traffic In form

5、ation “看到”其他航空器的運(yùn)行 狀況，從而提高機(jī)組的空中交通情景意識(shí)。ADS-B地面站也可以向航空器發(fā)送信息，具體分為兩類：空中交通信息服 務(wù)廣播（Traffic In formation Service BroadpaTtS-tB 和飛行信息服務(wù)廣播（Flight Infor mation Services-BroadcasFIS-B。TIS-B : ADS-B地面站接收航空器發(fā)送的ADS-B位置報(bào)文，將這些數(shù)據(jù)傳遞 給監(jiān)視數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（Surveillanee data processing sys，簡稱 SDPS，同時(shí) SDPS 也接收雷達(dá)和其他監(jiān)視設(shè)備的數(shù)據(jù)，SDPS各這些數(shù)據(jù)融

6、合為統(tǒng)一的目標(biāo)位置信 息，并發(fā)送至TIS-B服務(wù)器。TIS-B服務(wù)器將信息集成和過濾后，生成空中交 通監(jiān)視全景信息，再通過 ADS-B地面站發(fā)送給航空器。這樣機(jī)組就可以獲得全 面而清晰的空中交通信息。TIS-B的應(yīng)用可以使ADS-B不同數(shù)據(jù)鏈類型的用戶 獲得周邊的空域運(yùn)行信息，從而做到間接互相可見。FIS-B : ADS-B地面站向航空器傳送氣象、航行情報(bào)等信息。這些信息可以 是文本數(shù)據(jù)，也可以是圖像數(shù)據(jù)。文本格式的氣象信息包括日常報(bào)（ METAR、 特選報(bào)（SPEC）、機(jī)場(chǎng)天氣預(yù)報(bào)（TAF）等。圖像格式的信息包括雷達(dá)混合圖像、 臨時(shí)禁飛區(qū)域和其他航行信息。FIS-B使機(jī)組可以獲得更多的運(yùn)行相

7、關(guān)信息， 及時(shí)了解航路氣象狀況和空域限制條件，為更加靈活而安全的飛行提供保障。2.3 ADS-B的技術(shù)核心一一數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中，按一種鏈路協(xié)議的技術(shù)要求連接兩個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)站的電信設(shè)施，稱為數(shù)據(jù)鏈路，簡稱數(shù)據(jù)鏈。數(shù)據(jù)鏈路 （data link除了物理線路外，還 必須有通信協(xié)議來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。ADS-B勺OUT和IN的功能都是基于數(shù) 據(jù)鏈通信技術(shù)。共有三種數(shù)據(jù)鏈路可供 ADS-B選擇使用：S模式的基于異頻雷 達(dá)收發(fā)機(jī)的1090ES數(shù)據(jù)鏈；通用訪問收發(fā)機(jī)（UAT： Universal Access Transceive r）;模式4甚高頻數(shù)據(jù)鏈（VDL-4 。2.3.1 1090ES1

8、090ES數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)荌CAO推薦采用的用于ADS-B系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈，1090'指系統(tǒng) 使用1090MHz作為下行傳輸頻率，“ ES' （ExtendedSquitte【擴(kuò)展間歇振蕩器】） 表示相對(duì)原有報(bào)文長度的擴(kuò)展（56到112比特）以及自動(dòng)廣播的特性。1090E S傳送的位置信息每0.5秒更新一次。表1是1090ES數(shù)據(jù)鏈的性能主要參數(shù)。表1 1090 ES數(shù)據(jù)鏈主要性能參數(shù)性能參數(shù)內(nèi)容頻率1090MHz比特率1Mb/s編碼方式PPM（脈沖位置編碼）發(fā)射機(jī)功率51-57dBm報(bào)文更新率位置2次/s速度2次/s消息長度112bits糾錯(cuò)24個(gè)奇偶校驗(yàn)碼同步4個(gè)脈沖的前同步碼偽隨機(jī)接

9、入2.3.1.11090ES的機(jī)載設(shè)備如僅需要ADS-B OUT功能，則要求兩個(gè)主要電子組件：（1） S模式1090E S應(yīng)答機(jī)，（2） GNS取收機(jī)。具備ADS-B OUT和IN功能的綜合收發(fā)系統(tǒng)要求 4個(gè)主要電子組件：（1） S模式1090ES應(yīng)答機(jī)，（2） GNS取收機(jī)（3） 1090 ES接收機(jī)，（4）駕駛艙交通信息顯示器CDTI。231.2 1090ES 應(yīng)答機(jī)VT2000是 Garrecht公司生產(chǎn)的具備發(fā)射ADS-B1090信息能力的S模式應(yīng)1090MHZ數(shù)據(jù)鏈發(fā)射ADS-B信息?！疽妶D4】。圖4 VT2000 S模式應(yīng)答機(jī)圖5 TRX-1090數(shù)據(jù)接收機(jī)機(jī)，除了具備傳統(tǒng)S模式應(yīng)

10、答機(jī)的功能外，還能夠通過2.3.1.3 1090ES 接收機(jī)TRX-1090是Garrecht公司研發(fā)的一款1090MH數(shù)據(jù)接收機(jī)，能夠接收1090MHz ADS-B信息。具有兩個(gè)外接顯示器接口，用來連接外部 CDT。有GPS接口, 以提供本機(jī)定位數(shù)據(jù)。如果對(duì)方飛機(jī)的應(yīng)答機(jī)沒有 ADS-B OUT功能，本機(jī)TRX- 1090 也能夠通過接收對(duì)方飛機(jī)的其他 DF信息，得到對(duì)方飛機(jī)的高度信息，計(jì)算對(duì)方飛機(jī)距離本機(jī)的水平距離，并在本機(jī) CDTI顯示出來?！疽妶D5】圖5具有防撞警告功能的TAS600接收機(jī)TAS600A是 Avidyne公司研發(fā)的既具備 ADS-B IN功能，即ADS-B信息的接收能力

11、，工作頻率為1090MHz又具備主動(dòng)詢問功能，能夠針對(duì)臨近 飛機(jī)的位置、方位、相對(duì)高度和距離等參數(shù)給出聲音警告。 TAS600使用上 下兩個(gè)全向天線，總線接口為 ARINC 429b【見圖5,圖右側(cè)為天線】。2.3.1.4機(jī)載座艙顯示器圖6機(jī)載座艙顯示器LX8000圖7機(jī)載座艙顯示器EX600LX8000的是LxNav公司研制的機(jī)載座艙顯示器，能夠顯示通過Garrecht TRX1090接收機(jī)接收到的臨近空域其他飛機(jī)發(fā)射出來的ADS-B 109信息。LX8000包含全球地形地圖、空域和機(jī)場(chǎng)數(shù)據(jù)庫。LX8000內(nèi)置了 FLARM防撞系統(tǒng)和飛行記錄 儀?！疽妶D6】。EX600是 Avidyne公司

12、研制的機(jī)載座艙顯示器，能夠顯示通過 ADS-B 109接 收機(jī)接收到的臨近空域其他飛機(jī)發(fā)射出來的 ADS-B 109信息。【見圖7】。231.5 GPS/WASS 傳感器圖8 GPS/WAA傳感器圖9地面接收站設(shè)備圖圖8是FreeFligh公司研制的1203 GPS/WAA傳感器，具備 ARINC42接口可與導(dǎo)航及飛行管理系統(tǒng)整合，獲取飛機(jī)的位置、速度等信息。2.3.1.5地面接收站設(shè)備圖10國產(chǎn)化ADSB-2000A地面站接收站設(shè)備圖圖10是ADS-B(out) 1090E處理模塊構(gòu)成的單臺(tái) ADSB-2000地面站，支持 無人具有：雙接收通道，熱備份；提供標(biāo)準(zhǔn)的以太接口，支持遠(yuǎn)程網(wǎng)管功 能

13、；支持遠(yuǎn)程射頻自檢功能，GPS/Compas模塊為ADS-B消息提供時(shí)標(biāo)、地面 站的經(jīng)緯度；可以處理并解碼 ADS-B標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的DF18的消息。圖9是實(shí)驗(yàn)網(wǎng) 絡(luò)的地面接收站設(shè)備圖。233 UATUAT是 FAA (美國聯(lián)邦航空局)專門設(shè)計(jì)用來支持 ADS-B功能的收發(fā)系統(tǒng)。 具有從地面站上行廣播的功能，接入方式為時(shí)分復(fù)用。在1秒長的幀中，前188毫秒分配給地面廣播服務(wù)，后 812毫秒分配給ADS-BF行使用，下行部分采 用隨機(jī)接入方式,機(jī)載和地面收發(fā)機(jī)均采用978MHZ勺收發(fā)頻率。目前，成熟的 UAT產(chǎn)品是接收和發(fā)送為一體的集成設(shè)備。UAT數(shù)據(jù)鏈主要性能參數(shù)見表2。表3 UAT數(shù)據(jù)鏈主要性能參

14、數(shù)性能參數(shù)內(nèi)容頻率978MHz比特率1Mb/s編碼方式2CPFSL帶寬635K幀結(jié)構(gòu)：1秒長的幀中，前 188毫秒（22個(gè) 時(shí)隙）上行，后 812毫秒下行。下行的 ADS-B報(bào)文結(jié)構(gòu)的基本報(bào)告可用128位，下行的ADS的擴(kuò)展報(bào)告可 用256位。2.323 . 1 UAT收發(fā)信機(jī)RANGR 978MH是美國FreeFligh公司專門針對(duì)通用航空設(shè)計(jì)并研制的一款UAT ADS-B攵發(fā)信機(jī)，是符合FAA最新的適航標(biāo)準(zhǔn)的型號(hào)?！疽妶D10】。圖10 RANGR 978MHUAT攵發(fā)信機(jī)圖11 SkyView機(jī)載座艙顯示器SkyView是Dynon Avionic公司研制的機(jī)載座艙顯示器，能夠顯示通過UA

15、T收發(fā)信機(jī)接收到的臨近空域其他飛機(jī)發(fā)射出來的ADS-B UA信息。1】。ADS-B【見圖1圖12第20研究所研制的多模式 ADSADS-B地面站234 VDL Mode 4是瑞典民航局于1994年提出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)鏈路。VDL-4實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和實(shí)例 現(xiàn)在還相對(duì)較少。235三種數(shù)據(jù)鏈的比較與擬采用的方案1090ES UAT和VDL-4三種數(shù)據(jù)鏈互不兼容。1090ES數(shù)據(jù)鏈目前在TCAS SSR等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，技術(shù)比較成熟，但是現(xiàn)有的 S模式地面設(shè)備基 本不具備上行數(shù)據(jù)傳送能力。FAA考慮到1090 ES要支持TCAS防撞系統(tǒng)、MDL多點(diǎn)定位系統(tǒng)、SSR二次 雷達(dá)等多項(xiàng)業(yè)務(wù)，1090 ES鏈路

16、比較擁擠，而美國通用航空約占全美總飛行流量 的1/3，非常需要?jiǎng)討B(tài)、實(shí)時(shí)的信息服務(wù)，F(xiàn)AA為通用航空飛行選擇了 UAT鏈路。 為解決1090ES與 UAT互不兼容的缺點(diǎn)，國際上一些廠商推出了雙數(shù)據(jù)鏈結(jié)構(gòu)的 接收設(shè)備，這些設(shè)備一般工作在 UAT數(shù)據(jù)格式下，當(dāng)接收到1090ES數(shù)據(jù)時(shí)，其 內(nèi)部電路將1090ES數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為UAT數(shù)據(jù)格式。這種設(shè)備雖然做到了全面兼容 10 90ES數(shù)據(jù)鏈和UAT數(shù)據(jù)鏈，但是造價(jià)也相應(yīng)增加，使這種雙頻接收機(jī)在通用航 空領(lǐng)域的應(yīng)用受到了一些影響。我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，通用航空器市場(chǎng)逐步增大。如果通用航空也使1090ES,必然加劇該頻率出現(xiàn)過度使用的危機(jī)，UAT支持TIS-B和FIS-BI艮務(wù)，有利于通用航空飛行安全。雖然由于1090ES與 UAT互不兼容，但可以通過建設(shè)雙模地 面站【見圖11】，可以使監(jiān)視系統(tǒng)具備 ADS-RADS Rebroadca）能力，實(shí)現(xiàn)兩 種數(shù)據(jù)鏈的數(shù)據(jù)互聯(lián)。這也可能是我國 ADS-B大規(guī)模實(shí)施時(shí)采用的數(shù)據(jù)鏈路方 案。ADS-B相關(guān)的技術(shù)研究有：ADS-B機(jī)載設(shè)備（1090ES/UAT ; 支持TIS -B和FIS-B服務(wù)的單/多模式地面站設(shè)備； 異種ADS-B數(shù)據(jù)鏈信息交換技術(shù)； 5組合監(jiān)視技術(shù)。利用多傳感器（ADS-B監(jiān)視雷達(dá)等）的數(shù)據(jù)融合，彌補(bǔ) AD S-B技術(shù)對(duì)GPS