基于ASTERIX CAT021 标准的ADS-B 数据格式解析

中国民用航空华北地区空中交通管理局 古叶

为持续提升空管空域容量和运行效率，ADS-B 技术在我国深入地推广应用。本文针对ADS-B 数据分类与传输、机载设备和数据封装标准进行简要介绍，依据实例详细解析ASTERIX CAT021 ADS-B 数据格式。

ADS-B（Automatic Dependent Surveillance -Broadcast）广播式自动相关监视，基于GPS 全球卫星定位系统和空对空、地对空数据链通信的航空器运行监视技术。相较于普通航管一次、二次雷达的监视功能，ADS-B 具有建设和维修成本低、使用寿命长、监视范围广、定位精度高和更新率快等特性。2019 年10 月我国正式实施第一阶段ADS-B 管制运行工作，2022 年完成民航空管ADS-B 技术应用全链条优化调整。

1 ADS-B 数据分类与传输

ADS-B 数据采用广播方式发送，所有用户均可接收。根据航空器的信息传递方向，机载ADS-B 应用功能可分为发送（OUT)和接收(IN)两类。

（1）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，并将其显示在机组驾驶舱交通信息显示设备(CDTI）上，使飞行员可以“看到”其他航空器的运行状况，从而提高机组的空中交通情景意识。机组人员通过ADS-BIN 信息可以保持航空器空中间隔，机组按照规定的最小空中间隔标准和适用的飞行规则与其他航空器保持间隔。

（2）ADS-B OUT 是机载 ADS-B 设备的基本功能，航空器的机载发射机以一定的周期发送其位置、高度、速度、方向、爬升率和航空器识别信息(ID）等信息。地面系统通过接收机载设备发送的ADS-B OUT 信息,监视空中交通状况。目前主要用于三个方面：无雷达区、有雷达区和机场场面监视。在无雷达区域内，ADS-B OUT 信息可作为唯一的机载监视数据源对空中交通进行监视。在雷达覆盖区域内，雷达和ADS-B 同时提供监视信息，解决雷达覆盖边缘区域覆盖弱问题。场监雷达、多点定位系统综合使用ADS-B 和其他监视数据源，为机场的地面交通提供监视信息。

ADS-B 的OUT 和IN 功能都是基于数据链通信技术，目前全球普遍使用1090ES 数据链。当今商业化的S模式二次雷达应答机，已经能够满足ADS-B OUT 对机载系统性能的需求。

2 RTCADO260 系列和ASTERIX 标准简介

RTCA(航空无线电技术委员会)标准文件定义了使用1090MHz 扩展电文(1090ES)ADS-B 和交通信息服务广播(TIS-B)的机载设备的最低操作性能标准(MOPS)。截至2022 年，RTCA 共 发 布4 个 版 本：RTCADO-260 和DO-260 A/B/C。

ASTERIX CAT021 由欧洲航空安全组织发布相关ADS-B 数据交换标准。ADS-B 地面站接收航空器广播的ADS-B 信号后，经过一系列处理获得目标信息，并将信息封装成标准的ASTERIX 格式报文输出至显示终端。ASTERIX CAT021 格式最早版本V0.10 于1999 年12 月发布[1]，至今已更新至V2.5。目前广泛使用的版本有ASTERIX CAT021 V0.26 和V2.1。ASTERIX CAT021V0.26 版 本 对 应 早 期 的RTCA DO-260 标 准 的ADS-B 设 备，V2.1 对 应 后 期 的RTCA DO-260A/B 标准的ADS-B 设备。

3 ADS-B 数据格式解析

本文截取北京ADS-B 二级数据中心中的一帧ADS-B原始数据如表1 所示，原始数据以16 进制（Hex）表示，数据项编号以一字节为单位，将原始数据依据ASTERIX CAT021 V2.1 中的格式进行拆分，其中00 位代表CAT编号，15（Hex）转换为十进制为21；01-02 位表示数据帧长度，0057（Hex）转换为十进制为87；03-08 位为FSPEC（Field Specification）数 据项 指 示，FF 9F FB EB C3 A4 转换为二进制后，对应[2]中的用户相关表（UAP）进行FRN 的索引，将置‘1’的Data Item 填入表1 中。若对应的FRN 被置为‘0’，则此帧ADS-B 数据不包含此项Data Item。具体Data Item 解析如下：

表1 ASTERIX CAT021 V2.1 ADS-B 原始数据和UAP 表项对应关系Tab.1 Mapping between ASTERIX CAT021 V2.1 ADS-B raw data and UAP entries

（1）FRN1 09-10:表示SAC 和SIC 码，分别代表系统区域码和系统识别码，其中SAC=16（Hex）=22（Dec）表示中国，SIC=CA（Hex）=202（Dec），表示不同厂商生产的设备。

（2）FRN2 11-12:为目标报告描述符，0100（Hex）转换成二进制为0000 0001 0000 0000，从左到右共16位bit，分别代表ATP（地址码类型=0 表示24 位ICAO地址，3bits）、ARC（高度报告能力=0 表示25 ft，2 bits）、RC（范围检查=0 表示默认值，1bit）、RAB（报告类型=0 表示从目标应答机下发的报告，1bit）、FX（扩展位=1 表示向后扩展一个字节，1bit）、DCR（差分校正=0 表示没有差分校正，1bit）、GBS（接地位=0 表示未设置接地位，1bit）、SIM（模拟目标=0 表示实际目标报告，1bit）、TST（测试目标=0 表示默认值，1bit）、SAA（选择高度性能=0 表示设备有能力提供选择高度，1bit）、CL（可信度=0 表示报告有效，2bits）、FX（扩展位=0 表示不向后扩展字节，1bit）。

（3）FRN3 13-14:表示唯一的航迹号，BC89 转换成10 进制为3205。

（4）FRN4 15:为服务号，用于提供给1 个或多个用户，34（Dec）。

（5）FRN5 16-18:表示位置报告应用时间是09:45:35.750，UTC 时。

（6）FRN6 19-24:表 示 位 置WGS-84 坐 标：42 °08'53″ N 119°34' 43″ E；高精度的位置WGS-84 坐标在FRN7 25-32: 42°08' 54.849″ N 119°34' 38.244″ E。

（7）FRN8 22-35:为报告速度适用时间是09:45:35.750，UTC 时。

（8）FRN11 36-38:为24 位地址码: 78 14 7B（Hex）。

（9）FRN12 39-41:为位置报文接收时间是09:45:35.750；FRN13 42-45:高精度的位置报文接收时间是09:45:35.7549506655002，UTC 时。

（10）FRN14 46-48：为速度报文接收时间是09:45:28.46875；FRN15 49-52:高精度的速度报文接收时间是09:45:28.4748848397162，UTC 时。

（11）FRN16 53-54：为几何高度，转换为十进制为11033.76m。

（12）FRN17 55-58:表 示ADS-B 数 据 质 量 标 志。4 个字节（共32bits）的原始数据2F F3 011 B0，转换成二进制后，从左至右依次为（每个字节最后一个bit为FX 扩展位，不再进行重复赘述）：NACV=1（速度导航精度类别，及报告的飞机速度的准确性水平＜10m/s，垂直＜15.2m/s，3bits）、NIC=7（导航完整性类别，及飞机报告位置周围的完整性限制半径＜0.1NM，4bits）、NICBARO=1（气压高度的导航完整性类别，1bit）、SIL=3（监视源完整性级别，及水平位置超过NIC 定义的限制半径的概率水平＜1×10-7，垂直＜2×10-7，2 bits）、NACP=9(位置导航精度类别，及飞机位置的准确性水平＜30m，垂直＜45m，4bits)、SILS=0（SIL 补充位，概率基于每小时，1bit）、SDA=0（水平位置系统设计保证级别，2bits）、GVA=0（几何高度精度，2bits）、PIC=11(完整性包含边界＜0.1NM，4bits)。

（13）FRN18 59:MOPS 版 本。Bit-7:VNS=0 表 示MOPS 版本被地面站支持；Bit-6/4:VN=2 表示MOPS版本是ED102A/DO-260B；Bit3/1:LTT=2 表示链路技术种类使用1090ES。

（14）FRN19 60-61:二次代码通过转换至十进制1382。

（15）FRN21 62-63:飞行高度层（气压高度，非QNH 修正）为10393.68m。

（16）FRN22 64-65:磁航向为0。

（17）FRN23 66:目 标 状 态 为00。Bit-8：ICF=0 表示意图改变标志未激活；Bit-7：LNAV=0 表示LNAV 模式已引用；Bit-5/3：PS=0 表示非紧急/不报告；Bit-2/1：SS=0 表示监视状态为无条件报告。

（18）FRN24 67-68:气压垂直速率为0。

（19）FRN26 69-72:前两果然字节表示地速：408.2kt（0.11328125NM/s，在范围内），后两个字节表示航迹角度：233.376°。

（20）FRN28 73-75:报告传送时间是09:45:35.750，UTC 时。

（21）FRN29 76-81:航班号依据航班号字符编码表进行解析，该数据航班号为CSN3666。

（22）FRN30 82:应答机类型为3，及75000 lbs＜中等a/c＜300000 lbs。

（23）FRN35 83:00 表示地面站提供的服务管理为数据驱动模式。

（24）FRN36 84:00 为 飞 机 操 作 状 态，包 括Bit-8：CA=0 表 示TCASII 和ACASRA 没 有 被 激 活；Bit7/6:TC=0表示无航迹变更报告能力；Bit-5:TS=0 表示不支持目标状态报告能力；Bit-4:ARV=0 表示无生成ARV 报告能力；Bit-3:CDTI/A=0 表 示CDTI 处 于 非 运 行 状 态；Bit-2:NotTCAS 表 示TCAS 处 于 运 行 状 态；Bit-1:SA=0 表 示天线分集状态。

（25）FRN38 85:B5 为信号强度，181dBm。

（26）FRN41 86:00 为地面站接收ID。

4 结语

随着机载应答机和ADS-B 地面设备的发展与进步，ADS-B 数据包含信息不断增加。本文提供的解析方法可用 于 所 有ASTERIX CAT021 V2.1 版 本 的ADS-B 原 始数据。通过解析，可以深层次了解V2.1 版本的数据结构框架与具体含义，同时为信号质量、机载性能和数据统计等研究奠定基础，不断完善、解决ADS-B 数据精度与完好性等问题，提升空管运行监视手段的精确性与安全性。