民航四大新技術之一——ADS-B

四大民航新技術之一——ADS-B

說到ADS-B，就不得不提到二次雷達。很久以前，我們都是靠目視來觀察飛機，當飛機飛出了我們的視線，也就不知道飛哪兒去了，後來隨著技術的發展，有了一次雷達，雷達發射電磁波，電磁波碰到飛機被反射回來後，又被雷達接收，經過信號處理，我們就可以在屏幕上看到飛機了，但是並不知道飛機的具體身份，再後來技術又進步了，有了二次雷達，飛機上也裝了應答機，二次雷達在發射電磁波的同時會發出詢問信號，飛機上的應答機接收到詢問訊號後做出相應的反饋，發出回答信號。機上應答機又分A模式、C模式和S模式，A模式的只回答身份信息，C模式的回答身份的同時還會報下自己的高度，S模式還會說說空速、地速、航向等信息。我們都知道現在我國空管監視設備使用最廣泛的當屬S模式二次雷達。下圖是二類雷達信號標牌圖，從中我們可以看到航班號、速度、高度、機型、目的地機場等信息。雷達懂了，下面我們開始講ADS-B。

一、什麼是ADS-B

ADS-B全稱是：Automatic Dependent Surveillance - Broadcast，中文是：廣播式自動相關監視，顧名思義，即無需人工操作或者像二次雷達一樣去詢問，飛機會自動地將自己的位置、高度、速度、航向、識別號等信息向其他飛機或地面站廣播，以供管制員及飛行員對飛機狀態進行監控。下圖是ADS-B運行原理圖。

ADS-B系統是一個集通信與監視於一體的信息系統，由信息源、信息傳輸通道和信息處理與顯示三部分組成。上面我們已經講了，ADS-B的主要信息有飛機的位置、高度、速度、航向、識別號等信息，而這些信息全部來源於機載設備，如飛機的位置信息從機上GPS設備獲得、飛機的高度從機上氣壓高度表獲得；信息傳輸通道目前運用得較多的有：VDL Mode4（甚高頻數據鏈模式4）、UAT（萬能電台數據鏈）、1090ES（1090MHz S模式擴展電文數據鏈），我們可以將它們類比為電信、聯通、移動；信息通過信息傳輸通道自動地傳到地面接收站或其他飛機，便可為相應用戶所用了。

根據相對於飛機的信息傳遞方向，機載ADS-B應用功能可以分為發送（OUT）和接收（IN）兩類。

1）ADS-B OUT

ADS-B OUT是指飛機發送位置信息和其他信息。地面系統通過接收機載設備發送的ADS-B OUT信息，監視空中交通狀況，起到類似於雷達的作用。這是ADS-B的基本功能。

2）ADS-B IN

ADS-B IN是指飛機接收其他飛機發送的ADS-B OUT信息或地面服務設備發送的信息，為機組提供運行支持。這是實現ADS-B系統通信功能的基礎。

二、ADS-B的運用

ADS-B信息可以用於以下幾個方面：1、為全國區域管制中心、中低空管制中心、進近、塔台等空管部門提供包括民航飛機、通用飛機、無人機、場面車輛等實時的監視信息，實現ADS-B管制運行；

ADS-B空管監視系統運行示意圖

ATC界面目標顯示圖

2、為通用航空提供實時監視信息，提高通用航空的安全性；3、為機場運行控制系統提供機場區域及進港航班的動態信息，配合場面監視雷達，提高機場的運行控制能力；4、為航空公司提供全國該航空公司航班的動態監視信息，提高航空公司對本公司航班運行動態的管理；5、為航空保障企業提供局部區域的航班實時動態監視信息，提高其服務保障能力；6、為民航局、管理局和監管局提供全國或局部區域的航班動態監視信息，提高政府監管水平；7、為相關的公共服務系統提供全國或局部或特定航班動態監視信息，滿足社會公眾掌握航班信息的需求，如我們經常用到的手機APP」Flightradar24」；

8、為具備ADS-B IN功能的飛機提供航班動態信息，機組可以在駕駛艙交通信息顯示設備（CDTI）上「看到」其他航空器的運行狀況。

三、ADS-B技術的優勢和缺點

1、優勢

1）運行成本低

ADS-B建設投資成本只有二次雷達的十分之一左右，並且維護成本低，使用壽命長，無需人員值守，遠程監控即可。沿海地區空管技術部門在雷雨季節到來之際，為避免雷達遭受雷擊，都會申請關閉雷達，一旦雷達被雷擊，維修成本是非常高的，ADS-B則不存在這些問題；

2）地面站建設簡便靈活且不受地形限制

在某些因地形或地域無法建設雷達站的地方，如高原地區、沙漠地區及洋區（MH370事件暴露出當前缺乏跨洋監視的弊端）等，可以通過設立ADS-B地面站實現對航空器動態的實時監視；

3）定位精度高、更新率快

ADS-B定位精度高，因而對減小航空器的間隔標準，優化航路設置，提高空域容量等都具有積極作用；

4）能夠真正實現飛行信息共享

傳統雷達監視技術所獲信息一般只為特定部門使用，難以實現信息共享，遵循「空地一體化」和「全球可互用」的指導原則發展起來的ADS-B技術，為飛行信息共享提供了現實可行性；

5）加強空-地協同，與飛行中航空器的通信將更便捷

利用ADS-B IN技術，可以通過ADS-B地面站向飛行中航空器提供各類情報服務，促進飛行安全，提高飛行品質；

6）加強空-空協同，提高飛行中航空器之間的相互監視能力

如果說二次雷達是管制員的「眼睛」，那麼隨著ADS-B IN技術的推廣使用，ADS-B將成為飛行員的「眼睛」，從而使保持飛行安全間隔的責任更多地向空中轉移，這是未來實現「自由飛行」不可或缺的技術基礎；

ADS-B運行架構圖

2、缺點

1）相關監視完全依賴機載導航信息源

ADS-B本身不具備對信息源的驗證功能，如果航空器給出的位置信息有誤，地面站設備（系統）無法辨別；在全球導航衛星系統失效情況下，ADS-B不能正常工作；

2）信息處理時間長，通信滯後

機上信息處理從數據採集到發送需要約60ms，從機上通過數據鏈傳輸到地面約需45-60ms。

三、ADS-B的運用情況

1、國外

鑒於ADS-B的種種優勢，世界範圍內都在積極推進ADS-B系統的建設。

2010年11月，加拿大哈德森灣強制實施ADS-B運行，在那裡尾隨間隔從80海里縮小到5海里。

2013年12月，澳大利亞在開始強制實施ADS-B運行。澳大利亞西部大部分空域沒有被雷達系統覆蓋，他們選擇了ADS-B監視，以避免昂貴的雷達系統建設費用和維護費用。澳大利亞全境部署的雷達數量大致與上海飛行情報區可用的雷達資源相當，其中節約的費用相當可觀。

歐洲在2015年對進入歐洲空域的飛機強制實施ADS-B OUT，且自2013年起對生產線上飛機強制要求滿足ADS-B OUT運行。

美國計划到2020年1月對所有飛機，包括商用飛機和通用航空，強制要求ADS-B Out。從現在開始到2020年，隨著ADS-B Out設備的增加，FAA希望在營運人自願的基礎上裝備ADS-B In功能，以便為用戶提供更多的經營效益。

2、國內

我國ADS-B實施遵循「西部先試先行、由西向東穩步推進」原則，運輸航空採用1090 ES數據鏈，而通用航空採用1090 ES和UAT兩種數據鏈並行。

1998年我國開始探索新航行系統發展，利用西部地區開闢歐亞新航路的戰略機遇，啟動基於ADS的L888航路建設，並裝備ADS-C監視工作站和在北京建立網管數據中心，該系統於2000年完成評估和測試並投入運行。

2004年北京、上海、廣州三大區域管制中心相繼建成，其配套的空管自動化系統都具備了ADS航跡處理能力。

2008年完成成都九寨ADS-B應用監視系統工程，在成都機場和九寨機場各安裝一套ADS-B地面站，同時配合使用ADS-B監視系統和ADS-B數據分析評估軟體。

同年在西沙雷達站建設地面站作試驗，並於2009年升級海口管制中心Telephonics自動化系統和引入該ADS-B信號進行融合顯示。

2010年完成成都-拉薩航線監視工程，建設5個地面站，實現成都-拉薩主要高度層的ADS-B單重連續覆蓋。2011年空管部門制定1090地面站（接收）設備技術要求和測試要求，努力推行1090ES地面站設備入網許可測試。

今年4月28日，民航局在上海虹橋機場完成了首次ADS-B IN演示飛行。

此外，中國民航飛行學院是國內第一家完整使用ADS-B用于飛行監控的單位，選擇UAT數據鏈，包括建設5個地面站，加裝234架飛機機載設備，並設計建立ADS-B類雷達管制運行的標準程序。

四、我國ADS-B發展前景

2012年11月民航局發布《中國民用航空ADS-B實施規劃》，並於2015年11月進行了修訂，明確了ADS-B實施的指導思想、基本原則、總體目標、階段規劃與技術方案，提出了推進ADS-B建設與運行維護的政策措施。在2017年5月民航局新技術委員會第三次會議上已正式明確在2019年7月1日實現ADS-B系統全面運行，今年內將完成308個ADS-B地面站建設，實現在6600米以上空域全覆蓋，2018年將完成所有數據中心建設並於2019年投入運行。

至此，民航四大新技術，我們已經全部講完，大家還知道四大新技術是啥不！

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