#机坪论道#:解读ADS-B自动相关监视系统

环球飞行
1.
广播式自动相关监视(ADS-B)是利用空地、空空数据通信完成交通监视和信息传递的一种航行新技术。与雷达系统相比:
ADS-B能够提供更加实时和准确的航空器位置等监视信息;
建设投资只有前者的十分之一左右,并且维护费用低,使用寿命长;
使用ADS-B可以增加无雷达区域的空域容量,减少有雷达区域对雷达多重覆盖的需求,大大降低空中交通管理的费用;
ADS-B可以为航空器提供交通信息,传递天气、地形、空域限制等飞行信息,使机组更加清晰地了解周边交通情况,提高情景意识,并可用于航空公司的运行监控和管理,为安全、高效的飞行提供保障;
ADS-B还可以用于飞行区的地面交通管理,是防止跑道侵入的有效方法。
ADS-B的应用将是保障飞行安全、提高运行效率、增大空中交通流量、减少建设投资的重要技术手段。
2.
ADS-B(Automatic
自动(Automatic):数据传送无需人工干预;
相关(Dependent):航空器的设备决定了数据的可用性,数据发送依赖于机载系统;
监视(Surveillance):提供的状态数据适用于监视的任务;
广播(Broadcast):采用广播方式发送数据,所有用户都可以接收这些数据。
根据相对于航空器的信息传递方向,机载ADS-B应用功能可以分为发送(OUT)和接收(IN)两类。
1)
ADS-B
ADS-B发送的航空器水平位置一般源于GNSS系统,高度源于气压高度表。
目前GNSS系统的定位精度已经达到了10米量级,因此ADS-B的定位分辨率也可达到10米量级。而雷达设备因为有固有的角分辨率限制,监视精度相对较低,且无法分辨距离过近的航空器。
2)
ADS-B
ADS-B
ADS-B地面站也可以向航空器发送信息,具体分为两类:空中交通情报服务广播(Traffic
TIS-B:
FIS-B:ADS-B地面站想航空器传送气象、航行情报等信息。这些信息可以是文本数据,也可以是图像数据。文本格式的气象信息包括日常报(METAR)、特选报(SPECI)、机场天气预报(TAF)等。图像格式的信息包括雷达混合图像、临时禁飞区和其他航行信息。FIS
ADS-B如同雷达一样,有“视野”的限制,根据航空器与地面基站的高度,距离,障碍物等因素的不同,其视野最大可达250NM,如图:
2.1
自动相关监视
自动相关监视
ADS-C的工作方式与ADS-B有本质上的不同。ADS-C基于点对点模式的航空电信网(ATN)数据链信道,ADS-C需要数据收发双方约定通信协议,如使用航空器通信寻址与报告系统(Aircraft
正常情况下,ADS-C监控一般由地面站发起。空中交通服务部门(ATS)通过ATN通信网络,一般是卫星通信(SATCOM)或VHF,向航空器发送监控报文。机载设备接收报文后,通过ATN数据链按照ATS和航空器约定的通信协议将航空器的位置信息发送给ATS。ATS接收航空器回复的信息,将其显示在监视设备上,从而达到对空中交通进行监视的目的。
ADS-C一般应该在海洋和内陆边远等没有监视的区域,或者应用在航空交通流量较小的空域。
2.2
|
二次雷达 |
ADS-B |
ADS-C |
优点 |
独立协同式监视,应用航空器应答机发射的应答信号,不需要额外的机载设备,覆盖范围广,各地面站可独立运行。 |
可提供比二次监视雷达更多的目标信息,可实现空-地监视、空-空监视和地-地监视,定位精度高,更新率快,建设维护成本低,地面站建设简便灵活,各地面站可独立运行。 |
可以为不具备建设雷达、广播式自动相关监视等的区域提供监视,地面基础设备建设成本低(在监视技术中维护成本最低)。 |
缺点 |
建设和运行维护成本高,更新率低,地面站建设受地 形限制。 |
由于其依赖全球导航卫星系统对目标进行定位,所以ADS-B本身不具备对目标位置的验证功能。如果航空器给出的位置信息有误,地面站设备(系统)无法辨别。在全球导航卫星系统失效情况下,ADS-B不能正常工作。 |
不支持短期冲突告警,不具备提供类雷达间隔服务的能力,机载电子设备成本高,运行成本高,数据更新率低,报文传输可靠性低。 |
刷新率 |
雷达天线转一圈,4-10秒 |
小于1秒 |
一般5分钟,紧急1分钟 |
数据链 |
|
VHF和S模式为主 |
卫星链路为主(SATCOM) |
报文延迟 |
|
0.4-1.2秒 |
120秒 |
3.
类别 |
应用 |
地基监视应用 |
a) b) c) d) |
机载监视应用 |
a) 1) 2) 3) 4) b) 1) 2) 3) |
其他应用 |
a) b) c) d) e) f) |
4.
与ADS-B功能有关的主要机载设备包括数据链系统、GNSS接收机和IN功能所需的CDTI等。虽然一些二次监视雷达(SSR)的机载应答机可以用于发送ADS-B信号,但不包含SSR应答机功能、独立的ADS-B机载电子系统也可以满足ADS-B的功能要求。
ADS-B的OUT和IN
4.1
1090
1090
4.2通用访问收发机(UAT)
美国专门设计用来支持ADS-B功能的收发系统。具有从地面站上行广播的功能,接入方式为时分复用,在1秒长的帧中,前188毫秒分配给地面广播服务,后812毫秒分配给ADS-B下行使用,下行部分采用随机接入方式,数据传输率为1Mbit/s。
特点:
专为ADS-B设计
系统结构简单、稳定性强
工作于单一宽带信道
1Mbps传送速率
4.3
VDL模式4数据链的基本原理是数据链用户利用GNSS进行定位和时间同步,并通过VDL模式4数据链将其位置报告广播发送出去。这些位置报告可以为通信链路上的各种链路管理和应用进程所用,通过这些信息实现链路管理。VDL模式4数据链既可用于数据、位置广播通信,又可用于用户间的选址通信(ADS-C)。
数据链 |
1090MHz |
UAT |
VDL |
使用频率 |
1090MHz |
建议使用DME频段,没有达成世界范围内的标准,在美国使用978 |
建议使用VHF频段,需要多信道。没有世界范围内的标准或共识 |
码速率 |
1 |
1 |
19.2 |
信道 访问方式 |
随机访问 |
下行:有分配ADS-B块的随机方式; 上行:固定分配 |
自组织时隙; 时隙由GPS同步 |
地-空通信距离 |
> 取决于地面系统的天线增益和灵敏度 |
> 取决于地面系统的天线增益和灵敏度 |
> 取决于地面系统的天线增益和灵敏度 |
ICAO 标准 |
Mode |
现在还不是ICAO SARPS |
Annex via |
主要文件 |
DO260, DO260A, DO181C, ED73A, ED86 |
DO-282 |
Eurocae ED108 |
外形要求 |
AEEC |
现在还没有 |
Eurocae ED108 |
TSO |
JAA FAA |
现在还没有 |
现在还没有 |
实施方法 |
升级现有的应答机软件,使用现有的天线;通用航空器需要加装新的机载设备 |
加装新的机载电子设备、收发信机、天线 |
加装新的机载电子设备、收发信机、天线 |
应用 |
ASAS, TIS-B, FIS-B |
TIS-B, FIS-B |
ASAS, TIS-B, FIS-B |
鉴于国际民航组织亚太区的建议和在全球范围内的互操作性,我国在西部实施利用ADS-B技术提供类雷达监视服务时,建议首先考虑使用1090
5.
5.1美国
1090ES和UAT两种技术同时使用(UAT主要用于GA航空器)在NEXTGEN计划中ADS-B会取代SSR作为主要的监视方式,而SSR作为备份。
哈德逊湾与墨西哥湾已经正式运行ADS-B,如图:
双规发展规划图:
5.2
由EUROCONTROL牵头开展了一项名为CRISTAL的ADS-B试验。试验基于一个安装在图卢兹机场的1090
欧洲由于雷达覆盖比较完善,对ADS-B发展的态度并不十分积极,首先试验将ADS-B应用于机场场面监视。
5.3澳大利亚——高空空域项目(UAP)
ADS-B在大陆FL300以上空域全部覆盖,并正式运行。如图:
通过使用ADS-B,澳大利亚可将原来的航空器最小间隔标准由程序管制下的10分钟(约为80海里)缩小到5海里,大大增加空域容量,实现主动监视,提高运行安全水平。
管制工作站 |
管制工作站的管制界面与雷达相比,增加了ADS-B数据与雷达数据不一致告警以及ADS-B数据与飞行计划不一致告警 澳大利亚在墨尔本和布里斯班设有两个区域管制中心,分别负责澳大利亚北部和南部,两个管制中心互为备份,管制中心对全境的地面站进行远端监控和软件升级,实现无人值守 |
管制员培训 |
对持有雷达管制执照的管制员,仅需一天的培训即可适应包含ADS-B的管制 |
地面站 |
要求具备苛刻环境工作能力,地面站到管制中心的数据传输是决定ADS-B能否应用于边远地区的关键,澳大利亚采用地面线路,开始借助卫星链路实施地地数据传输,形成独立双备 |
5.4
加拿大计划在不具备雷达覆盖的哈德森湾进行ADS-B
加拿大大西洋海岸,哈德逊湾和格陵兰岛ADS-B覆盖区域。
5.5
2005年开始,民航飞行学院开始使用UAT系统,完成设备加装。已经能完成对本场训练的教练机进行实时、准确的跟踪监控,飞机之间也可以互相了解对方的位置和高度。采用1090ES,在成都双流机场、九寨机场各安装了一套ADS-B地面试验设备,将在成都至九寨航路实现全程ADS-B监视。
今后目标:
1)
2)
3)
4)
6.
6.1航空器
字符 |
标示的含义 |
分类 |
E |
S |
二次监视雷达S模式 |
L |
S |
|
H |
S |
|
I |
S |
|
B1 |
具有专用 |
广播式自动相关监视 |
B2 |
具有专用 |
6.2
当
1)
2)
3)
例如:A346/H-SDE2E3FGHIJ5M1RWY/LB1,表示该航空器具有MODE
6.3
对于飞行机组来说:
1)
2)
如FPL-CES586-IS
C |
E |
S |
5 |
8 |
6 |
而以下几种输入格式都是错误的:
C |
E |
S |
|
5 |
8 |
6 |
C |
E |
S |
0 |
5 |
8 |
6 |
M |
U |
5 |
8 |
6 |
|
3)
4)
5)
7.
7.1.
管制员 |
ADIVISE 报告 |
飞行员 |
ADS-B ADS-B ADS-B ADS-B NEGATIVE 不具备ADS-B能力。 |
7.2.
管制员 |
(Call (呼号)ADS-B |
飞行员 |
ROGER 收到,识别。 |
管制员 |
(Call ADS-B |
2).管制员 |
(Call (呼号)重新输入航空器识别信息。 (注:也可用于当发现 |
飞行员 |
WILCO 照办/无法执行。 |
注:机组在初始化FMS时,可能输入错误的航班号如应输入CES123,而错误的输入MU123或者CES0123。有些FMS在发动机启动之后不能修改航班号,此时应向ATC说明。
7.3.
管制员 |
(Call (呼号)ADS-B |
管制员 |
(Call (呼号)ADS-B |
管制员 |
(Call (呼号)ADS-B |
7.4.
管制员 |
(Call (呼号)ADS-B |
飞行员 |
WILCO. 照办。 |
7.5.
管制员 |
(Call [SQUAWK (呼号) [仅开应答机(代码)] |
飞行员 |
WILCO. 照办。 |
7.6.
管制员 |
ADS-B ADS-B |
飞行员 |
ROGER. 收到。 |
7.7.
管制员 |
(call (呼号或者全体注意)恢复 |
7.8.
1)管制员 |
(Call (呼号)发送 |
飞行员 |
WILCO. 照办。 |
2)管制员 |
(Call [(WRONG (呼号)停止 |
3)飞行员 |
WILCO 照办/无法执行。 |
7.10.
管制员 |
ATTENTION 所有航空器请注意:临近(位置)区域, |
飞行员 |
ROGER. 收到。 |