自动化系统中ADS-B报文与数据引接分析

民航青海空管分局 马安恒

引言：随着航班量的迅猛增长，管制方式由雷达管制逐步向以卫星导航为基础的新航行系统过渡。ADS-B技术在新航行系统中以高精度、高更新率为空管自动化系统提供了雷达数据的更好补充，更为洋区、极地航路、山区等地势复杂地区提供了类雷达数据，有效的实现了飞行数据的可靠性、连续性、与准确性。

本文在对ADS-B技术原理分析的基础上，进行其报文数据分析解析，并对在空管自动化中实现该数据的多雷达融合的数据进行评估，针对当前ADS-B数据与自动化系统对接的实现接入方式进行了探讨；从而实现对目标飞机的高精度实时监视中的应用，为该系统进行深度研究提供了相关参考。

一、空管自动化系统技术原理

空管自动化系统是民航空管部门实施管制指挥的核心系统，通过处理雷达、ADS-B、多点定位、场面监视等监视数据，为管制员提供各种飞行冲突、飞行动态显示和各种异常的告警，通过动态电报与监视数据相关处理、处理飞行计划，使得管制员跟踪、判断机场场面动目标位置和空中航空器，获取监视目标识别信息,航空器意图和飞行轨迹、航空器监视机场场面运行态势和间隔，提高空中交通安全的保障能力。对不同类型的监视采用不同的手段监视，ADS-B是空中交通监视应用的一种，用于传递飞行参数，比如，位置，航迹和地速等，通过数据链广播模式，在特定的间隔时间内发送，任何空地用户都可以申请使用这个功能。

利用机载ADS-B导航系统得到航空器的速度位置等精确信息，周期性地广播航空器的呼号、位置、高度、速度和其他一些参数。地空数据链将这些信息传输至地面站，管制中心接收经过处理后的相关数据从而进行地空监视；具有接收ADS-B信息能力的航空器也可以通过机载电子设备接收附件航空器的ADS-B广播信息，实现空空监视。ADS-B地面站将接收的信号转换为标准的CAT021目标报告输出目标报告经过路由传输、分发、信号转换传输至ADS-C（FANS1/A）、空管自动化（ATC）系统目标报告、雷达数据融合，在显示系统中以位置符号的形式跟踪监视飞行。

二、ADS-B工作原理及报文解析

将主要来自GNSS和其他导航系统的ADS-B信息，以一定的周期通过机载发射机发送航空器的各种信息，包括：航空器速度、识别信息（ID）、方向、高度、位置和爬升率等。GNSS系统是ADS-B发送的航空器水平位置信号源，气压高度表是高度的信号源。机载设备发送的ADS-B 机载发射机信息通过地面站进行接收，类似于雷达的作用进行监视空中交通状况。

ADS-B的信息传输到自动化系统，传输信息的格式是ASTERIX CAT 21，采用1090ES数据链，其民航广播报文的数据格式是DF17和DF18。导航系统精度和延迟时间是确定ADS-B的监视精度的两个重要因素。对于符合DO-303/ED-126中规定的ADS-B监视数据最低发送要求的内容应包括：水平位置，水平位置完好性，唯一的24位ICAO航空器地址码，航空器识别码，特殊位置识别码，气压高度，应急状态和应急指示与版本号。ADS-B报文解析框架如图1所示。

图1 ADS-B报文解析框架

ADS-B报文数据项以及其组成序列在欧控监视数据交换标准文档进行了明确的规定，并详细描述各个数据项的数据内容以及适用范围等。Cat021报文数据包组成含有包类型、长度、字段描述符合一系列数据项，它是由十六进制数据串组成。报文解析示例：15 00 2F D1 19 21 59 01 18 FF D5 FE FF 78 09 00 1A 3A 02 00 00 7F 90 02 64 0F 80 01 99 40 33 0F C8 30 09 99 00 00 00 00 00 00 00 以上数据均以十六进制方式显示。部分字段解析：15:报文帧头，固定为15；00 2F：报文长度 LEN由两个字节组成报文数据字节数；该报文长度为0x00*256+0x2F=0x2F =47个字节；D1 19 63 41 01 18:FSPEC字段，该字段可变，为 Asterix Category 021。

三、ADS-B数据信息评估与引接

对丢失数据进行预测、插补以及错误数据进行修正是ADS-B信息处理的关键。其最终形成好的航迹，主要内容有数据处理及其算法，位置信息的提取。飞机的离散位置报告点连接形成飞机的运行轨迹。而ADS信息处理的核心就是航迹处理。

1、ADS-B数据信息评估

监视处理子系统在自动化系统中可对多种信号源数据预处理，航迹融合处理，但是由于位置格式不同，时间不同，监视精度、更新率等不同，在管制席位屏幕上同时显示时，飞机点迹会出现不同，同一目标甚至出现不同的航迹。因此在监视处理子系统中首先要对数据进行时基校准、格式转换、坐标变换，将多个信号源的数据变换为统一的坐标系下。之后通过航迹非初始化区域处理，航迹关联、跟踪、融合，高度跟踪及突变处理，QNH修正等处理，从而生产平滑、可靠的目标航迹提供给管制人员使用。图2为ADS-B数据可靠性评估。

2、ADS-B数据引接方案

由于现在各地空管自动化系统型号种类多、跨度大，地面站输出的数据格式和自动化系统的处理机制或融合算法不匹配的情况下，数据站可以自动化系统支持的ASTERIX CAT021等接口类型提供数据服务，接入方式根据自动化的情况可做选择以ADS-B数据格式的同步方式引接或以ADS-B数据格式的IP方式引接。

图2 ADS-B可靠性评估

针对自动化系统处理版本不同的ADS-B数据时有不同版本数据的输出，而由于自动化系统中处理ADS-B监视数据的系统以同步方式接入，将ADS-B监视数据输出直接接入到自动化系统，因此，可以按照不同版本的数据格式、同步输入（或IP输入）的方式接入自动化系统中，接入结构图如3所示。

以HDLC同步方式引接ADS-B数据，使得ADS-B二级数据中心与数据站之间的连接从链路上断开，对自动化系统网络安全进行了保证；而以IP方式引接，需要考虑利用防火墙进行网络的隔离，对自动化系统进行网络安全保证；同时此两种方式具有最大传输速率限制，有效防止了网络风暴。

图3 HDLC方式（黑色）或IP方式（红色）引接

四、结束语

随着空管新技术的日益完善和成熟，ADS-B以其基础投入低、数据精度高、刷新率快等优点，在场区、洋区、极地航路等区域广泛使用；目前，我国ADS-B建设尚在进行之中，相应ADS-B管制规章尚在制定完善之中，因此，在引接应用中需要尽快完善相应管制规章，并针对自动化配置情况，要求ADS-B的数据必须具备可选的多数据格式；同时对自动化系统进行升级以支持ADS-B数据的融合处理，以可靠的接入方式引接，从而达到无缝对接；未来以PBN、PBCS、多雷达、ADS-B、多点定位等技术相融合的自动化系统将极大的提高空管监视水平，为管制部门提供更加实时可靠的技术保障。