ADS-B广播式自动相关监视系统及其应用

史红亮，孙 悦，张 驰

ADS-B广播式自动相关监视系统及其应用

史红亮，孙 悦，张 驰

本文主要介绍了ADS-B广播式自动相关监视的系统组成以及技术原理，并结合在航空管制中的实际应用探讨分析了ADS-B系统的在通信监视方面的巨大优势，为更好的提高飞行安全性提供技术支持。

ADS-B；航空交通管制；通信监视；军事应用

1 引言

随着人们对民用航空服务的需求日益增长，以及国内航空运输产业的高速发展，当前空域资源已明显不足，随之而来的是机场区域和空中航路的拥挤，甚至堵塞。因此，解决空中交通对空域的需求与空域资源的严重不足之间的矛盾已迫在眉睫。

ADS-B系统是基于卫星定位和地/空数据通信的航空器飞行监视系统。它不仅成功应用于无雷达地区的远程航空器运行监视，而且与传统雷达监视技术相比，ADS-B技术具有使用成本低，精度误差小、监视能力强等明显优势，是对雷达监视手段的有益补充，可广泛应用于无人机空中防误撞等军事应用中。同时该技术对于高密度飞行区域的空中交通服务也有广泛的应用前景，许多国家把它当作下一代监视技术的发展方向。目前，世界各国普遍加快了对ADS-B技术的研究和推广应用。业内人士称之为“空中慧眼”。

2 系统组成

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。

（1）信息源。飞机的四维位置信息（经度、纬度、高度和时间）和其它可能附加信息（冲突告警信息，飞行员输入信息，航迹角，航线拐点等信息）以及飞机的识别信息和类别信息。此外，还可能包括一些别的附加信息，如航向、空速、风速、风向和飞机外界温度等。

（2）信息传输通道。以ADS-B报文形式，通过空-空、空-地数据链广播式传播。

（3）信息处理与显示。主要包括位置信息和其它附加信息的提取、处理及有效算法，并且形成清晰、直观的背景地图和航迹、交通态势分布、参数窗口以及报文窗口等，最后以伪雷达画面实时地提供给用户。

3 技术原理

广播式自动相关监视（ADS-B）主要是以卫星定位和地/空数据链通信等相关技术为基础，对航空器的运行过程进行有效的监视。ADS-B可以分别解释为：自动（Automatic），人工不需要干预数据传送过程；相关（Dependent），机载设备的功能使航空器具备数据发送的能力；监视（Surveillance），监视功能通过实时状态数据完成；广播（Broadcast），所有终端都可以在连续广播中收到所需数据。

其工作过程为：首先由接受监控航空器的机载设备接收卫星定位系统发射的信号，进行实时定位后，然后机载发射设备将ADS报告中相同格式的数据信息（例如标识码、位置、速度、时刻等）以固定时间间隔不间断地向外广播，发出广播的飞机不需要了解由哪个系统在接收它的广播，该航空器也可以接收到其他航空器发射的同样信息。地面终端可以监视到可接收信号范围内的任何航空器。

图1 ADS-B系统原理示意图

简单地讲，它是一种端到端寻址式双向数据链，提供ADS信息的航空器和希望接收ADS报告的地面站之间是根据约定的一一对应关系而工作。不仅用于空对地的下行通信链路，下传飞机位置报告，并且也能实现飞行员同管制员之间直接双向数据通信（CPDLC）和上传飞行报告信息（FIS）。

相对于航空器的信息传递方向，ADS-B分为两类：发送（OUT）和接收（IN）。其中OUT是ADS-B的基本功能，它负责将信号从飞机发送方经过视距传播发送给地面接收站或者其他飞机。ADS-B IN是指航空器接收其他航空器发送的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和情境意识，如冲突告警信息，避碰策略，气象信息。

4 技术优势

ADS-B作为一种新型监视技术，应用于航空监视与管制系统具有诸多优势：

（1）空对空的相互监视成为主要方式，驾驶员相当于延伸了视程，“见到后避让”的保障方式成为可能。这样一来，提高飞行员对空中交通状况的了解和保持安全间隔的能力，完善了空中交通防相撞系统的功能，加强了冲突告警和冲突脱离的能力，较好的分担了空中交通管制防相撞责任。

（2）提高了航空器保持高度的效率，飞行间隔可以大大的缩小。在航路上飞行还可以实行连续的间隔保持、连续爬升和下降，以此可以增大飞行流量；在终端进近区域，即使能见度较差，在不需要安装精密跑道监视雷达的情况下，航空器也可以进行目视进近、并且双跑道平行间隔可以从750米缩减为440米；并且航空器之间的起飞、离场间隔也可以得到有效的监视。

（3）丰富了空中交通的管制信号的渠道。在空对空互相监视时，可将有用的飞行冲突信息在机载显示器上显示出来提供给机组，也能起到交通避撞系统（TCAS）的作用；当地面上基站装备了ADS-B接收设备后，再经过处理显示在终端设备上，也能起到监视雷达的作用，实现从地面了解空中交通的功能；当场面活动车辆上装备了ADS-B收发机后，在终端区的飞机也能实现空对地面活动监视例如，了解跑道附近及机场活动区的交通，还能监控到跑道或滑行道是否被其他飞机或车辆占用的情况。

（4）提高了分析决策支持工具的性能，完善决策咨询的分析方式，做出最合理的空中调配预案。对驾驶员的自动化飞行运行和管制员的监视/管制都极为有利，增加空中飞行安全系数。

5 系统应用

军事领域广泛应用的无人机系统必须具备有效避撞能力，这是保证有人，无人混合飞行安全的关键，将使无人机真正脱离隔离空域和预定航线的束缚。ADS-B技术可与TCAS（Traffic Alert and Collision Avoidance System）技术结合，利用数据融合算法将两者监视数据进行融合，可大大提高监视精度，进而用于无人机混合空域防相撞。

对于管制中心来说，ADS-B地面站建设成本是传统二次雷达的九分之一，精度可以提高至10米量级，监视数据更新速度更快（通常1秒1次）。在无雷达区ADS-B作为唯一的机载监视数据源用于地面对空中交通的监视，以减小航空器的间隔标准，优化航路设置，提高空域容量，在面对诸如芝加哥管制中心失火，该区域雷达监视失效的情况时，可以相对灵活的将该区域飞机转交其他管制中心。而在雷达覆盖的区域，地面监视同时使用雷达和ADS-B OUT作为监视信息源。可以缩小雷达覆盖边缘区域内航空器的最小间隔标准，并且减少所需要的雷达数量。同时使用ADS-B OUT或者综合使用ADS-B和其他监视数据源（比如场监雷达、多点定位），为机场的地面交通监控和防止跑道侵入等提供监视信息，提高塔台人员的情景意识。

对于航空公司来说，ADS-B的优点表现在安全、效益和容量三个方面。首先，ADS-B可以保持或改善航空工业现有的安全标准；其次效益方面，ADS-B极大地提高了ATC系统监视数据的精度，这会帮助ATC了解飞机间的实际间隔，使管制员避免效率低下的引导指令来保持间距。在尾随程序中，帮助飞机机动到最佳运行高度，允许飞行员向ATC请求并接收改变到更高，燃油效率更佳的巡航高度。或许你会考虑到系统改装的成本，实际上飞机厂家以及设备制造商早已取证和制定标准，新交付的飞机大多数可以满足运行要求，对于老旧飞机仅需要部分线路预留改装以及机载设备的升级即可。最后容量方面，因为ADS-B的高精度和报告频率的增加可以大幅消减飞机的间隔要求，提高空中交通管制系统的容量。

6 结束语

ADS-B技术是新航行系统中非常重要的通信和监视技术，把冲突探测、冲突避免、冲突解决、ATC监视和ATC一致性监视以及机舱综合信息显示有机的结合起来，为新航行系统增强和扩展了非常丰富的功能，同时也带来了潜在的经济效益和社会效益。

工业和信息化部发布5G系统在3000-5000MHz频段内的频率使用规划

近日，我国第五代移动通信系统（简称“5G系统”）频率使用规划取得重大进展。为适应和促进5G系统在我国的应用和发展，根据《中华人民共和国无线电频率划分规定》，结合我国频率使用的实际情况，工业和信息化部发布了5G系统在3000-5000MHz频段（中频段）内的频率使用规划，我国成为国际上率先发布5G系统在中频段内频率使用规划的国家。

规划明确了3300-3400MHz（原则上限室内使用）、3400-3600MHz和4800-5000MHz频段作为5G系统的工作频段；规定5G系统使用上述工作频段，不得对同频段或邻频段内依法开展的射电天文业务及其他无线电业务产生有害干扰；同时规定，自发布之日起，不再受理和审批新申请3400-4200MHz和4800-5000MHz频段内的地面固定业务频率、3400-3700MHz频段内的空间无线电台业务频率和3400-3600MHz频段内的空间无线电台测控频率的使用许可。国家无线电管理机构将负责受理和审批上述工作频段内5G系统的频率使用许可，相关许可方案、设备射频技术指标和台站管理规定另行制定和发布。

5G系统是我国实施“网络强国”“制造强国”战略的重要信息基础设施，更是发展新一代信息通信技术的高地。频率资源是研发、部署5G系统最关键的基础资源，根据技术和应用特点及电波传播特性，5G系统需要高（24GHz以上毫米波频段）、中（3000-6000MHz频段）、低（3000MHz以下频段）不同频段的工作频率，以满足覆盖、容量、连接数密度等多项关键性能指标的要求。本次发布的中频段5G系统频率使用规划综合考虑了国际国内各方面因素，统筹兼顾国防、卫星通信、科学研究等部门和行业的用频需求，依法保护现有用户用频权益，能够兼顾系统覆盖和大容量的基本需求，是我国5G系统先期部署的主要频段。

为保证规划制定的科学性、合理性，工业和信息化部结合《中华人民共和国无线电频率划分规定》修订和国际电联2019年世界无线电通信大会相关议题的准备工作，全面梳理了相关频段国内外的规划和使用现状，跟踪研究全球主要国家或组织的5G系统频谱策略。根据频谱需求预测、电磁兼容和共存技术分析结论，经各方协调、科学分析论证、专家咨询、向社会公开征求意见等程序，最终形成了正式的频率使用规划方案，并向社会主动公开发布。

此次工业和信息化部率先发布5G系统在中频段的频率使用规划，将对我国5G系统技术研发、试验和标准等制定以及产业链成熟起到重要先导作用。后续，工业和信息化部将继续为5G系统的应用和发展规划调整出包含高频段（毫米波）、低频段在内的更多的频率资源。

[1] 张天平，郝建华，许斌，丁丹．ADS-B技术及其在空管中的发展与应用[J]．电子产品世界，2009(06)

[2] 吕茂辉，陈志杰．自动相关监视目标的跟踪算法研究[J]．无线电工程，2008(01)

[3] 时宏伟．ADS-B数据链应用技术的综合评述（一）[J]．空中交通管理，2007(06)

[4] 胡明波．新航行系统展望[J]．空中交通管理，2004(06)

[5] 张焕．自动相关监视系统在西部航路中的应用[J]．中国民航飞行学院学报，2002(02)

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.11.005

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1672-7274（2017）11-0019-03