??? 摘 要： 對ADS-B" title="ADS-B">ADS-B的基本概念和發展情況進行了介紹，著重對民航應用ADS-B時在空管導航、通信數據鏈和地面站、管制程序" title="管制程序">管制程序等方面需要考慮的關鍵問題進行了分析和研究，并列舉出一些解決的思路和參考方法。
??? 關鍵詞： ADS-B? 導航? 通信數據鏈? 地面站? 管制程序
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??? 空中交通管理的根本目的是使航線上的飛機安全、有效和有計劃地在空域中飛行，管制員需要對管制空域內飛機的飛行動態進行實時監視。傳統的雷達監視手段采用詢問/應答方式對目標探測。從長遠來看，雷達系統自身具有很多局限性：雷達波束的直線傳播形成了大量雷達盲區；無法覆蓋海洋和荒漠等地區；雷達旋轉周期限制了數據更新率的提高，從而限制了監視精度的提高；無法獲得飛機的計劃航路、速度等態勢數據，限制了跟蹤精度的提高和短期沖突告警STCA（Short Term Conflict Alert）的能力。因此，需要發展新的監視手段。
??? 廣播式自動相關監視ADS-B（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）即航空器自動廣播由機載星基導航和定位系統生成的精確定位信息，地面設備和其他航空器通過航空數據鏈接收此信息，衛星系統、飛機以及地基系統通過高速數據鏈進行空天地一體化協同監視。ADS-B的精度和數據更新率比雷達高，除位置信息外，ADS-B還提供其他信息，包括速度和飛行意向等，尤其適合于山區、荒漠、邊遠機場等不宜建設雷達的區域，也適合于高密度機場的監視，是未來監視系統" title="監視系統">監視系統的重要組成部分和發展方向。
1 ADS-B組成原理概述
??? ADS-B組成原理如圖1所示。ADS-B使用機載導航系統得到飛機精確的位置和速度信息，利用機載電子設備向外周期性地廣播飛機的呼號、位置、高度、速度和其他一些參數。通過空地數據鏈，地面站接收這些信息，并傳給管制中心，實現地空監視； ADS-B飛機也可以通過機載電子設備接收附近ADS-B飛機的廣播信息，實現空空監視。
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??? 為實現ADS-B飛機與未裝備ADS-B的飛機之間的監視問題，TIS-B將雷達系統得到的監視信息通過上行數據鏈傳給裝有ADS-B設備的飛機，提供了不同監視系統間的互通手段。
??? FIS-B通過數據鏈將氣象信息上傳給加裝了相應設備的飛機。
2 發展趨勢分析
??? 隨著ICAO（國際民航組織）全球一體化運行概念的推進，世界各國都開展了相關的項目以支持ADS-B技術的研究和應用，比較具有代表性和影響力的包括：美國的CAPSTONE計劃、歐洲的CASCADE計劃和澳大利亞的UAP項目。
??? ICAO已經開始積極推進ADS-B技術的應用和實施，相繼頒布了指導ADS-B系統建設和運行的標準和建議措施，而且在其實施路線圖中對支持未來ATM（空中交通管理）服務的監視設備與技術的發展趨勢進行了預測。結果顯示：在未來的十幾年里，加裝ADS-B機載設備的飛機將逐步增加，商用飛機將在2025年具備ADS-B OUT（ADS-B機載設備對外廣播ADS-B信息）功能；大部分飛機將在2025年具備ADS-B IN（ADS-B機載設備接收其他ADS-B設備廣播ADS-B信息）功能。ADS-B地面站的數量將持續增長；在某些低密度空域，ADS-B將成為唯一的監視手段。ADS-B技術正在逐漸成為航空監視系統的主流。
??? 中國民航也已經開展了ADS-B應用監測系統工程、軍航011工程等項目，并在“十一五”規劃中將ADS-B技術作為我國" title="我國">我國航空監視系統發展的重點。2006年，中國民航制定了《ADS-B技術政策》，應用ADS-B技術已經成為中國航空監視系統發展的趨勢。
3 民航空管應用ADS-B的關鍵問題分析
3.1 與導航有關的問題研究
??? 目前ADS-B的定位信息取自GPS接收機，GPS接收機在輸出定位信息的同時輸出水平保護標準（HPL）作為表明定位信息質量和可信度的參數。
??? HPL是一個以計算出來的位置為圓心的圓的半徑，飛機真實位置以1～10-7的概率落在圓圈內，為了減少飛機廣播參數的數量和長度，ADS-B機載設備將HPL參數轉換成導航不確定度種類（NUC），對于位置和速度各有一個NUC指標，管制系統依據NUC的大小判斷需要實施的管制程序。NUC是一個0～9的整數，大于等于5可以實施類雷達管制。
??? NUC參數綜合反映了ADS-B定位信息的精度和完好性，基本能夠滿足目前的管制應用。但隨著航空監視系統對定位信息精度和完好性的更高要求，RTCA DO 242A標準于2002年提出了導航準確度類別（NAC）、導航完好性類別（NIC）和監視完好性級別（SIL）的概念，對定位信息的精度和完好性分別進行描述，不過目前大部分機載應答機還不支持RTCA DO 242A標準。
??? 目前存在的主要問題是：導航數據源過于依賴GPS，這樣安全性和可靠性問題會比較突出。目前設想通過機載管理系統FMS（Flight Management System）來接收多種數據源（慣性系統、GPS、VOR、DME 以及Galileo、“北斗”等）的導航信息。不過，目前使用FMS還無法直接計算衡量ADS-B數據精度和完好性的HPL值，從而無法指導管制。因此，需要對現有設備進行改裝和升級。
3.2 通信數據鏈選擇及存在的問題
??? ADS-B支持3種數據鏈：1 090 ES（Extended Squitter）、UAT和VDL M4。由于1 090 ES在實施過程中僅需升級現有的S模式應答機軟件，再加裝一條GPS連線（見圖2）。而其他兩種數據鏈都需要加裝新的機載設備，所以此方案經濟效益明顯。ICAO、IATA、FAA、EUROCONTROL等機構通過大量的分析、論證和試驗后一致同意推薦采用S模式1 090 ES作為近期實施ADS-B的主用數據鏈。支持ADS-B系統的S模式應答機必須具備完整的S模式數據鏈通信協議，包括通信-A協議、通信-B協議、通信U/V協議、詢問－應答協同協議和多站消息控制協議等等。DO-181C標準規定了112位長報文必須在100μs時間內由通訊協議來確定下傳報文，56位短報文有115μs時間來確定下傳報文。此外，為了能最大限度地保證信息的完整性，S模式數據鏈還采用了糾錯編碼和離散尋址技術。
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??? 一個重要的問題在于：采用1 090 ES數據鏈，使得ADS-B與二次雷達都使用1 090MHz頻段，會造成鏈路" title="鏈路">鏈路的擁塞。擁塞會導致丟報現象，并造成隨機的報文時延。可以綜合運用更高效的編解碼技術和新的多址接入技術，并設計ADS-B與雷達協同運行的協議算法和協議棧，以解決這一問題。或者采用變速率報文傳輸方法：更新率較高的信息，如位置信息，采用較高的傳輸頻率（2次/秒）；更新率相對較低的信息，如速度信息，采用較低的傳輸頻率（0.5次/秒）。不過由于目前ADS-B尚未應用于終端區，該問題影響暫時還不大，因此在實際應用時，可以考慮適當減少雷達的數量，為ADS-B在1 090MHz頻段提供更大的傳輸帶寬。
??? 此外，盡管1 090 ES采用更高效的編解碼方式、調制方式和協議體系，但SSR應用的S模式1 090已形成國際標準體系，而且已廣泛應用，如要改變會比較繁瑣,而且因為鏈路擁塞等問題尚未完全解決，現有的S模式1 090地面設備基本不具有上行廣播的能力，使得目前1 090 ES的應用受到限制。又由于UAT和VDL M4各自特有的優勢，所以，三種數據鏈目前都有各自的用戶群。美國在商用航空采用1 090 ES，通用航空采用UAT數據鏈，其他一些國家也都在積極開展UAT的試驗和評估；歐洲目前計劃主用1 090 ES，考慮利用VDL M4解決場面監視問題（VDL M4不用于航路監視）。采用多種數據鏈路，需要建設多鏈路網關系統來解決不同數據鏈路之間的互聯；同時，借助TIS-B網關實現ADS-B與SSR的互通，就可以實現航路上不同監視模式的協同（如圖3所示），實現各獨立的用戶群向統一的監視群的轉變。然而，由于前面提到的原因，現階段這種方案還只能做到UAT用戶群對其他模式用戶群的單向可視。此外，還需考慮TIS-B信息中可能包含被SSR探測到的ADS-B目標的冗余問題。后者可以通過ADS-B地面站向TIS-B網關反饋監視信息與SSR信息進行冗余判斷，并實現過濾。
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3.3 與地面站有關的問題
??? ADS-B地面站應當具備能夠在惡劣天氣條件下有效連續工作的能力，耗電量小，能夠利用太陽能供電，能夠在低溫和高溫環境下工作，具有無人值守、自動雙機熱備、遠程監控和遠程軟件升級能力。
??? 問題在于：由于ADS-B地面站很可能將工作在環境比較苛刻的邊遠地區，這樣地面站到管制中心的數據傳輸就成了決定ADS-B能否應用于邊遠地區的關鍵因素。國外(如澳大利亞)目前采用傳統的地面線路，正在開始借助衛星鏈路實施地面數據傳輸，與傳統地面線路形成獨立雙備。考慮到我國國情，在建設時可以借鑒澳大利亞的做法。
3.4 對管制程序的影響
??? ADS-B的應用將對管制程序產生較大影響。存在的一個問題是ADS-B數據與雷達數據的融合，目前有兩種解決方式：
??? (1)優選法：顯示雷達航跡或ADS-B航跡，簡單，價格低，不存在ADS-B數據影響雷達數據的風險，不需要重新驗證雷達數據處理（RDP）功能。
??? (2)融合法：將雷達航跡與ADS-B航跡融合為系統航跡，不存在跨越雷達覆蓋區和ADS-B覆蓋區時的跳點現象，提供基于系統航跡的告警信息，價格貴，存在ADS-B數據影響雷達數據的風險。
??? 目前澳大利亞采用的是優選法，正在研發融合法并考慮其應用。我國在應用時也可參考其做法。應用優選法應當注意的問題有：需要在原有ATC系統中增加ADS-B數據與雷達數據不一致告警以及ADS-B數據與飛行計劃不一致告警的功能；需要專門定義ADS-B監視的飛機間的短期沖突告警（STCA），以及ADS-B監視的飛機與雷達監視的飛機間的STCA；需要解決跨越雷達覆蓋區和ADS-B覆蓋區時的跳點現象。
??? 作為一種全新的監視技術，ADS-B將對整個民航空管體系起到深遠影響。盡管在具體的發展和應用過程中還存在許多亟待解決的問題，但ADS-B作為未來監視系統的發展方向已是大勢所趨。我國西部地區存在大面積的無雷達覆蓋區，而隨著國家西部大開發戰略的提出，航空運輸量保持持續高速增長，需要發展新技術解決這一問題；東部地區受雷達固有的局限性影響，存在部分雷達覆蓋盲區，需要發展新的補盲手段并提高飛行流量高密度區的服務性能。我國在空管監視系統建設方面遠遠落后于發達國家，且受資金限制，難以大面積建設雷達系統，因此ADS-B在我國具有巨大的市場空間。發展ADS-B技術，將是實現我國空管監視系統的跨越式發展的重要途徑。
參考文獻
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