ADS-B技術(shù)分析和應(yīng)用

1、    ads-b技術(shù)分析和應(yīng)用    呼延帥斌摘要：隨著近些年民航大力的發(fā)展，ads-b技術(shù)也在發(fā)展中起著越來(lái)越重要的作用，本文針對(duì)ads-b在民航的一些技術(shù)和應(yīng)用展開(kāi)了分析。關(guān)鍵詞：ads-b 1090es;數(shù)據(jù)鏈;df17：v355.1 ：a ：1007-9416（2019）04-0109-010 引言近些年來(lái)，隨著民航的大力發(fā)展，相對(duì)于傳統(tǒng)的二次雷達(dá)等一些監(jiān)視手段已經(jīng)不能滿足日益發(fā)展的趨勢(shì)，而新技術(shù)的引入，也能極大的促進(jìn)對(duì)于空中監(jiān)視水平的進(jìn)步，中國(guó)民航為了探索新航行系統(tǒng)發(fā)展之路，北京、上海、廣州三大區(qū)域管制中心建成，為其配套的空管自動(dòng)化系統(tǒng)都具備

2、了處理ads-b信號(hào)的能力，并先后發(fā)布了相關(guān)的規(guī)范廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ads-b）在飛行運(yùn)行中的應(yīng)用廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ads-b）管制運(yùn)行規(guī)程1090兆赫擴(kuò)展電文廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視地面站（接收）設(shè)備技術(shù)要求1等相關(guān)的規(guī)范和指導(dǎo)意見(jiàn)，為ads-b的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1 ads-b數(shù)據(jù)鏈技術(shù)ads-b有三種數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，分別是1090es、vdl-4、uat，1090es數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的工作頻率是1090mhz，采用的是脈沖調(diào)制，接入采用的是單通道、隨機(jī)接入的方式，因?yàn)橐彩腔?090mhz的數(shù)據(jù)鏈，所以可以在傳統(tǒng)的s模式應(yīng)答機(jī)上適當(dāng)?shù)纳?jí)就可以應(yīng)用，相對(duì)的成本也會(huì)更低。vdl-4是108mhz-

3、137mhz，采用gfsk調(diào)制，接入采用的是分時(shí)接入方式，uat是978mhz，采用2cpfsk調(diào)制，接入方式為單通道分時(shí)接入。三種數(shù)據(jù)鏈均可以實(shí)現(xiàn)對(duì)ads-b的支持，由于1090es數(shù)據(jù)鏈的便利性，1090es的性能雖然并不優(yōu)于其它兩種數(shù)據(jù)鏈，但是同樣可滿足ads-b初期要求，與此同時(shí)，在其它非技術(shù)要素的對(duì)比中它還具有以下的優(yōu)勢(shì)，即它是唯一實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的icao鏈路技術(shù)，再加上投入資金相對(duì)較少（后期升級(jí)成本低，而不用在安裝新設(shè)備），所以icao推薦采用1090mhzs模式擴(kuò)展型自發(fā)報(bào)文（1090es）數(shù)據(jù)鏈。2 1090es數(shù)據(jù)鏈的重要性能和內(nèi)容參數(shù)1090es的傳輸比特率為1m/s，編碼方式

4、為ppm，一般發(fā)射機(jī)（應(yīng)答機(jī)）的功率在51dbm-57dbm，消息長(zhǎng)度為112bit，下發(fā)的信息格式采用的是s模式類似的格式，而主要是通過(guò)me字段域（第33-88位）去進(jìn)行消息的傳輸，信息主要是df17、df18、df19，其中df=17格式用于s模式應(yīng)答機(jī)發(fā)射的ads-b消息，df=18格式用于非s模式應(yīng)答機(jī)發(fā)射的ads-b消息或tis-b，df=19為軍用格式，而民航飛機(jī)大部分都是采用的df17進(jìn)行消息的傳輸。其中df17可以下發(fā)的消息分幾個(gè)大類：狀態(tài)矢量（三維位置、三維速度、飛機(jī)轉(zhuǎn)向標(biāo)示、導(dǎo)航不確定度分類等）、狀態(tài)和意圖信息（緊急/優(yōu)先級(jí)狀態(tài)、當(dāng)前意圖信息、航路意圖信息）、分類號(hào)、其它種

5、類信息。下面重點(diǎn)針對(duì)常用的幾個(gè)消息進(jìn)行分析：（1）空中位置消息，空中位置消息廣播速率為與上次空中位置廣播間隔為0.4s0.6s范圍內(nèi)隨機(jī)分布，空中位置消息的第1-5位為類型（如df17就是轉(zhuǎn)換十進(jìn)制17），第6-7位為監(jiān)視狀態(tài)消息，第8位為單/雙天線，第9-20位是飛機(jī)高度信息，第21位為時(shí)間對(duì)準(zhǔn)信息（注意只有1位，而不是具體的時(shí)間），第22位為cpr格式，第55-71位為飛機(jī)所在的緯度消息，第72-88位為飛機(jī)所在的經(jīng)度消息。（2）地面位置消息，ads-b地面位置消息廣播分為高/低兩種速率，高速率是指本次地面位置消息廣播與上次地面位置信息廣播間隔在0.4s0.6s范圍內(nèi)隨機(jī)分布;低速率是指本

6、次地面位置消息廣播為與上次地面位置信息廣播間隔在4.8s5.2s范圍內(nèi)隨機(jī)分布，如果不設(shè)置，默認(rèn)是高速率。地面位置消息的第1-5位為類型，第6-12位為運(yùn)動(dòng)能力，第13位為地面狀態(tài)位指示（說(shuō)明飛機(jī)是否處于地面狀態(tài)還是非地面狀態(tài)），第14-20位為飛機(jī)的飛行方向/地面航跡，第21位為時(shí)間消息，第22位cpr格式，第23-39位為飛機(jī)所在的緯度消息，第48-56位為飛機(jī)所在的經(jīng)度。其中上面兩種消息，空中位置消息的精度大約為5m，地面位置消息的精度大約為1.25m。（3）空速消息，本次空速消息廣播與上次空速消息廣播間隔在0.4s0.6s范圍內(nèi)隨機(jī)分布，空速消息的第1-5位為類型，6-8位為子類型，第

7、9位為飛機(jī)意向是否改變標(biāo)志，第10位為ifr能力標(biāo)志，第11-13位為nacv速度精度指示位，第14位為飛行方向狀態(tài)位，第15-24位為飛行方向，第25位為空速類型，第26位為空速，第36位為垂直率源，第37位為垂直速率單位，第38-46為垂直速率，第47-48位為保留，第49位為氣壓高度差單位，第50-56位為氣壓高度差數(shù)值。3 ads-b報(bào)文針對(duì)ads-b所傳送的可監(jiān)視信息類型不同，可將ads-b報(bào)告分為三類，分別是狀態(tài)矢量報(bào)文（sv）、模式狀態(tài)報(bào)文（ms）、條件報(bào)告（oc），而民航常用的是采用cat021格式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，在mt/h 4036-2012中規(guī)定ads-b地面站輸出的目標(biāo)數(shù)

8、據(jù)格式和內(nèi)容應(yīng)該符合asterix category 021（cat021）要求。隨著ads-b技術(shù)的進(jìn)步，也出現(xiàn)了不同的版本號(hào)，其中常用的為0.26版本、1.4版本、1.5版本和2.1版本，而各個(gè)版本的傳輸項(xiàng)和定義也有些區(qū)別，下面就針對(duì)最基本的0.26版本針對(duì)不同項(xiàng)進(jìn)行解析。首先每個(gè)cat021報(bào)文在去除報(bào)頭和報(bào)尾后的正文中第1個(gè)字節(jié)為類型（cat），一般轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制就是21（說(shuō)明是021報(bào)文），第2-3個(gè)字節(jié)為報(bào)文的長(zhǎng)度（len），根據(jù)整個(gè)報(bào)文的長(zhǎng)度不同而定義其數(shù)值，后面根據(jù)fspec和uap表去定義其具體每一項(xiàng)的具體內(nèi)容。在內(nèi)容里第一項(xiàng)i021/010為數(shù)據(jù)源標(biāo)識(shí)，也就是sac/sic碼

9、，每個(gè)地面站根據(jù)位置的不同而分配了不同的碼，便于后期的管理和用戶的識(shí)別，i021/020為發(fā)射體類型，主要描述的是發(fā)射的飛機(jī)種類還是車輛，i021/030、i021/032為日時(shí)間（所報(bào)告位置的星歷基準(zhǔn)時(shí)間），其中032比030的精確度更高，i021/040是目標(biāo)報(bào)告描述，說(shuō)明是測(cè)試還是應(yīng)答機(jī)還是地面車輛等，i021/080為目標(biāo)的s模式地址，i021/090為品質(zhì)因數(shù)nucp，i021/095為速度精度nucv，021/110為預(yù)定軌跡，i021/130為在wgs-84坐標(biāo)中的位置（經(jīng)緯度），i021/140為幾何高度，這個(gè)數(shù)值是通過(guò)wgs信息下發(fā)的，i021/145為大氣壓高度，這個(gè)是飛機(jī)的高度氣壓表下發(fā)的，i021/146為選定高度，i021/150為計(jì)算的空速，i021/151為真實(shí)的空速，i021/152為飛機(jī)磁航向，i021/155為大氣壓下的垂直速率，i021/157為wgs下的垂直速率i021/160為飛機(jī)在地面上的速度，i021/165為轉(zhuǎn)向速率，i021/170為飛機(jī)航班號(hào)，i021/200為目標(biāo)的狀態(tài)，比如spi、緊急代碼都在這里標(biāo)識(shí)，i021/210為mops標(biāo)識(shí)，這個(gè)是精度的表征，數(shù)值越大表示精度越好，i021/220為氣象報(bào)告