1090ES ADS—B地面站设备的优化探讨

邱志豪

摘 要 本文在综合分析现有1090ES ADS-B地面站设备的基础上，根据实际情况和设备使用经验，对ADS-B地面站设备进行优化探讨，完善现有做法，补充新的有益措施。

关键词 ADS-B 地面站 优化

中图分类号：V351.3 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.08.019

Discussing the optimization of 1090ES ADS-B Ground Station

QIU Zhihao

（Middle South Regional Air Traffic Management Bureau of CAAC， Guangzhou，Guangdong 510403）

Abstract Based on the comprehensive analysis of the existing 1090ES ADS-B ground station equipment， according to the actual situation and the equipment using the experience of the study on Optimization of ADS-B ground station equipment， improve the existing practices and complement new measures.

Keywords ADS-B； ground station； optimization

0 引言

广播式自动相关监视ADS-B是一种基于全球卫星定位系统和利用空地、空空数据链通信完成交通监视和信息传递的空管监视新技术。国际民航组织将其确定为未来监视技术发展的主要方向，国际航空界正在积极推进该项技术的应用。中国民航结合现状和未来发展需求，也制定了ADS-B发展规划、应用原则和总体策略，确定运输航空采用1090MHz ES数据链，实施遵循“西部先试先行、由西向东稳步推进”原则。同时编写发布了《1090兆赫扩展电文广播式自动相关监视地面站（接收）设备技术要求（MHT4036-2012）》（简称技术要求），[1]努力推行ADS-B地面站设备入网许可测试工作。

为了响应民航强国号召和推进设备国产化，近年来国内设备厂家大力发展ADS-B地面站设备，该设备目前仅拥有接收功能，不具备发射功能。与传统雷达系统相比，ADS-B 地面站设备不仅提供更实时准确的监视信息，还具有建设成本少、数据精度高、使用寿命长等明显优势。

由于现有ADS-B地面站设备的技术要求覆盖较广，对某些指标或功能点规定不够细致，这样给设备厂家很大自由发挥空间。在实际研制生产过程中，根据以往经验和对技术要求理解的侧重点不同，各设备厂家所用設计理念和实现技术方法也不一样，故他们生产的ADS-B地面站设备富有特色且各有优缺点。无论是外观样式还是内部结构和功能操作，均存在一些差异。例如接收机有墙挂式和机柜式两种，而机柜式中板件模块又有插拔式和固定式等。

虽然这些ADS-B地面站设备的功能和性能都符合技术要求，但是从用户角度来看，非常需要一种工作效率高、可靠性强和智能化的设备，这对设备功能部分需求将超出技术要求的范围，故需要不断完善ADS-B地面站设备。

1 地面站设备优化

1.1 接收机配置

目前A DS-B地面站设备是单站独立运行，不涉及复杂子系统，其主要组成包括天馈线部分（ADS-B 天线和GNSS天线）、接收机、监控显示终端、配套交换机等。

（1）采用双机冗余配置。技术要求有明确要求设备（天线除外）应采用双机冗余配置，单路输出，具有自动切换和手动切换方式，切换应不影响数据输出的连续性和稳定性。这种采用双机冗余配置能更好保证地面站设备可靠性，适合安装在无人值守的边远台站，跟国外采用单机模式不同，可见国内对设备结构的要求更高。

（2）采用交流和直流供电。接收机电源要求支持交流和直流，交流优先，可以自动切换。若遇到特殊情况需要将接收机安装在室外工作，则考虑在机柜内置UPS电源，保证短时间断电仍可工作。

（3）采用天线防护措施。若室外天线使用低噪声大器，应注意结构设计和安装工艺，做好防雷接地和防水渗透，避免出现问题而降低天线性能。

1.2 主备切换

ADS-B地面站设备应采用合理的自动切换机制，尽最大可能保证信号输出连续而不中断。

（1）设定故障分级。根据对地面站设备运行影响的严重程度，可以将故障划分级别，具体如下：射频接收故障、信号处理故障最有可能中断信号输出；GNSS信号丢失故障不会造成信号输出，但随着时间的增加会造成时钟漂移，从而影响输出信号质量；交流电源故障、直流电源故障和信标信号丢失故障不会造成信号中断，基本不影响信号质量，所以级别最低。

（2）根据故障分级智能切换。地面站设备能识别和判断故障级别，自动切换至故障等级较低的那个接收机进行工作。例如接收机A为主用时，其GNSS信号出现故障，设备会自动切换接收机B为主用，而接收机B随后出现射频接收故障导致接收信号中断，设备应能再次自动切换接收机A为主用。也就是说，虽然此时接收机A有GNSS信号故障，但其仍能保证设备输出信号不中断，可见划定故障等级对保证信号输出持续性有实际意义。

（3）根据信号质量智能切换。地面站设备可以判断当前输出信号质量的好坏程度并进行切换，其智能化要求较高。例如接收机A为主用，其某些部件没有故障但出现性能下降，导致接收机A输出的目标数量比接收机B输出的少10%，此时设备应自动切换接收机B为主用。

1.3 传输协议

为适应不同使用场景，ADS-B地面站设备应提供网口和串口以保证快捷输出。

（1）采用UDP协议而不是TCP协议。网口输出建议使用UDP协议并支持广播、组播和点播，这样可以容易将数据发送给多个客户端。不建议采用TCP协议，虽然其稳定可靠，但是每次切换主用接收机后，均需要手动重新建立连接才能使得监控显示终端正常显示，还有采用TCP协议很难跟其它在用设备进行对接，不利于后期大规模数据联网。

（2）采用串口或其他方式。地面站设备能够支持串口，若没有直接串口输出，则可以考虑外购协议转换器，将网口RJ45转成串口RS232。此外，还可以考虑支持光纖和微波等传输方式。

1.4 报文输出

ADS-B地面站设备的报文输出应满足现有设备使用要求。

（1）支持多个报文版本。由于建设时期不同，现有在用设备支持ASTERIX CAT021报文版本不一样，例如早期设备支持较低版本V0.23和V0.26，而近期设备支持较高版本V1.5和V2.1。故要求ADS-B地面站设备支持多个报文版本，且可以选择设置输出。此外，设备输出信号质量要稳定可靠，尽量少出现目标跳变或丢点情况。

（2）报文数据项足够丰富。地面站设备提供报文数据项种类越丰富，人们所掌握信息就越多，例如24位地址码、航班号、位置、高度、速度、完好性、二次代码等。故地面站设备输出不仅要提供满足技术要求规定的必须数据项，还要尽量提供所能获取有用信息的其他数据项。建议这些数据项可以配置选择输出，具体操作根据现场需求而定。

（3）报文输出频次合理。地面站设备接收来自机载设备对外广播的1090ES报文种类有：速度报、位置报和状态报等，这些报文的发送时刻和重复发送间隔都各不一样。建议ADS-B地面站仅收到位置报才会将内存中信息有效期内的所有数据组装成一条CAT021报文进行输出，而收到速度报或状态报不需要输出，只是更新内存中对应的数据内容及状态。

（4）报文时间须同步。这对地面站设备有两层要求，分别是接收机时间同步和数据项时间同步。前者要求接收机切换时不能出现时间偏差，后者要求数据项的时间信息均高度一致，包括高精度时间。

1.5 报告模式

ADS-B地面站设备数据输出应采用合理的报告模式。现有数据输出主要含有数据驱动报告模式和周期报告模式，前者是一旦地面站设备接收到位置报时就立即输出，后者是地面站设备按照设置时间间隔输出。

（1）支持多种报告模式。数据驱动报告模式对单个地面站设备独立运行时比较有用，而周期报告模式对多个地面站设备进行联网时有帮助，可以在维持合适报告更新率的情况下，节省传输资源，减少通信负载和占用带宽。建议地面站设备支持多种报告模式，可以根据场景来选择使用。

（2）周期报告模式须合理。有些设备生产厂家在早期没有理解周期报告模式，仅是简单地使所有目标的报告在同一时刻输出，下一发送时刻皆为当前发送时刻加上发送周期时长。这样做法是错误的，由于各目标报告的发送时刻相同，瞬间输出数据量增加，易产生网络堵塞，与周期报告模式的本意正好相反。建议合理的做法如下：对每一个目标而言，产生首个报告的时刻作为时间起点，下一个报告的产生条件是须有信息更新而且信息更新时刻超过上一个报告时刻和周期时长。这种方式的优点是发送报告除了不可避免的处理延时，基本没有延时，传输带宽平稳；而缺点是前后两个报告发送时刻不是严格等于发送周期。总的来说，采用周期报告模式是为了节省传输资源，使用周期输出应减少因输出机制造成的报告延时，这样更有利于后续的处理。

1.6 监控显示功能

ADS-B地面站设备应强化监控显示功能。地面站设备作为一种传感器，主要是为其他系统提供CAT021数据，故对现有监控显示功能要求不高，有待继续改进。

（1）强化监控显示功能。可以拥有判断信号质量分析和统计功能，加强对信标信号位置偏移和功率降低提示的处理，完善对系统日志的分类和记录信息，增加一些通用告警功能（特殊代码和SPI标识等），规范化目标标识和标牌内容，区分高质量和低质量目标等。

2 总结

随着ADS-B技术应用不断深入，对地面站设备功能的要求越高。本文仅根据现有设备实际情况和设备使用经验，提出一些有用的优化方法，还没有涉及更高难度的课题，例如定向天线联合使用、目标融合处理、假目标识别等，这也是以后研究的方向。

参考文献

[1] 1090兆赫扩展电文广播式自动相关监视地面站（接收）设备技术要求（MHT4036-2012）.中国民用航空局空中交通管理局技术中心，2012：1-8.