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【摘要】广播式自动相关监视（ADS-B）是一种新兴的空管监视技术，其核心是航空器把来自其机载导航设备和定位系统生成的数据通过地空、空空数据链发送地面或其他航空器，并将该数据用于各种用途。该技术能够在无法部署航管雷达的地区提供航空器监视信息，提高飞行安全的保障水平，改进空中交通流量管理。本文详细介绍了ADS-B的技术原理、特点，以及在湛江地区试运行的应用情况。
【关键词】ADS-B；空管监视技术；数据链；
【中图分类号】TP277 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0128-02
1、引言
广播式自动相关监视（ADS-B）技术是一种基于全球卫星定位系统和空地、空空通信数据链的航空器运行监视技术作为应用在空中交通管制中的监视技术，该技术主要用于实施空空、地空监。ADS-B技术可以在无法部署航管雷达的大陆地区为航空器提供优于雷达间隔标准的类雷达管制服务，而在雷达覆盖地区，即使不增加雷达设备也能以较低代价达到增强雷达系统监视能力的目的，从而提高航线航路乃至终端区的飞行容量。ADS-B系统的发展和应用对空管技术来说是非常有意义的，掌握ADS-B核心技术，大力推动其发展与应用，加快新航行系统建设，是我国从民航大国向民航强国转变的重要举措。湛江空管站作为中南地区ADSB设备的试点单位，于2011年分别在湛江地区的下洋和江洪安装了两套ADS-B设备，并投入测试运行。
2、ADS-B技术原理
2.1 ADS-B系统工作原理
ADS-B系统是一个集通信与监视于一体的信息系统，主要由信息源、信息传输通道和信息处理与显示三部分组成。ADS-B系统一般由多个地面站和航空器构成，以网状、多点对多点方式完成数据双向通信。机载ADS-B通信设备广播式地发出来自机载GNSS接收机收集到的导航信息，同时接收其他航空器和地面服务设备的广播ADS-B信息后经过处理送给CDTI（机舱综合信息显示器）。CDTI根据收集的ADS-B信息、机载雷达及导航信息经处理后给飞行员提供飞机周围的态势信息（如经纬度、高度、航速）同时还包括其他附加信息（如冲突告警信息，避碰策略）。ADS-B的信息传输通过空-空、空-地数据链进行传输，ADS-B地面站接收到航空器发出的信息后，传到监视信息处理设备，对ADs-B的报文信鼠进行提取、处理，完成后把ADs-B信鼠传到数据融合转发设备与雷达信息进行数据融合，最后转发给ATC中心，实现对航空器的监视定位。
2.2 ADS-B数据链技术
ADS-B技术可选的数据链技术有以下三种：1、1090ES是国际民航组织规定使用的国际通用的数据链，工作于传统二次雷达使用的1090MhzI答频段。数据率为1Mbps，调制方式为PPM。2、UAT数据链是美国为满足自身发达的通用航空的发展需要，为ADS-B技术量身订做的一种满足空地及空空广播需求的数据链。工作于单一宽带信道，设计频段为978MHz；数据率1Mbps，调制方式为FSK。3、VDL-4数据链工作于VHF频段（108～136.975MHz），使用STDMA技术，单信道带宽25khz，数据率19600bps，调制方式为FSK。
我国初步确定运输航空采用1090ES数据链，本单位使用的是九洲数据公司生产的JZDAK01RM型号的1090ES地面站接收机，因此本文着重分析1090ES数据链的报文格式与结构。1090ES是基于二次监视雷达的s模式扩展电文报告Es的功能。s模式应答机（Mode s Transponder）的下行频率是1090MHz，信息的格式是简单的脉冲位置编码（PPM）。ADS-B信息波形如图1所示，ADS-B消息前导头包含4个脉冲，第二个、第三个与第四个脉冲与第一个传输脉冲间隔分别为1.0、3.0和4.5微秒，ADS-B消息数据块在第一个传输脉冲开始后的8微秒开始，112微秒间隔被分派给每一个ADS-B消息。ADS-B112位消息脉冲前5位代表传输类别，DF 17格式用于s模式应答机发射的ADS-B消息。第6至8位的CA字段表征了s模式应答机的能力；第9至32位的AA字段为应答机24个比特的CAO地址；第33至88位的ME字段包含ADs B消息的内容；最后24位的PI字段为奇偶校验位。
3、湛江ADS-B系统结构
湛江ADS B系统的结构如图2所示。首先ADS B地面站接收机通过ADS-B天线接收到地空数据链的ADS-B信号，在ADS-B地面站接收机内部进行译码组报处理，并把处理好的ADS-B Cat21数据通过UDP的方式传输给录制转发软件；其次录制转发软件在接收到ADS B地面站发送过来的ADS-B Cat21数据在局域网中进行实时广播；最后在网络中的其他终端进行监听，实时显示ADS-B动态目标。同时ADS-B地面站远程监控系统使用指定端口监听1090ES数据链地面站传输的设备状态报告（Cat023）、版本信息报告（Cat247），以及用于远程监控ADS-B地面站的运行状态。
3.1 ADS-B地面站接收机及其远程监控系统
ADS B地面站接收机通过全向天线接收民航飞机广播的1090ES数据链报文信息，跟踪并建立飞行航迹，进行实时的飞行监视。经过译码组报处理后，得到标准的CAT021格式报文，同时将本机相关状态信息组合成CAT023报文，通过以太网一并送到管制中心显示。ADS-B地面站接收机通过远程连接（snmp）或者本地维护端口进行远程/本地维护操作。
3.2 录制转发软件
录制转发软件可以对实时接入的数据采用TCP点对点的转发方式和UDP广播的转发方式进行网络转发，转发过程可与存储过程同步进行。使用存储文件的伴生idx时序文件，可以对录制的数据进行数据回放，并向指定IP和端口传输回放数据。
3.3 ADS-B监视系统
ADS-B监视系统使用以太网方式接收ADS-B报文（也可以接入雷达、飞行计划等其他报文），经过航迹处理，生成飞机系统航迹，为管制员提供实时、连续、精确的飞机航迹信息，各种告警以及飞行计划信息。
4、存在问题
因ADS-B的地空数据链属于无线传输链路，电磁干扰所带来的风险时刻存在，在使用过程中需要我们高度关注。同时，GPS系统是ADS-B系统中飞行器定位数据的唯一来源。因此在系统运行过程中，如出现GPS卫星信号受到干扰，或GPS卫星出现故障，将导致ADS-B系统无法正常工作。为解决这一突出问题，应大力发展数据融合技术如TIS-B技术，将雷达、多点定位系统等获取的飞行器方位数据通过数据融合，为ADS-B系统提供飞行器方位数据。
ADs-B技术的推广应用需要民航局方、空管、航空公司等各方合作推动，据统计数据表明，在南中国海空域仍有将近10%的飞行器未配置ADS-B机载设备，另外飞行员的培训还没有到位，很大一部分不知道如何操作设备。在湛江ADS-B试运行期间，曾多次在监视屏幕上出现同一航班号的不同航空器，如图3所示（红圈标示的2个目标）。建议各方同步推进，合作进行，才能使ADS-B监视技术最大限度的发挥作用。
5、结束语
ADS-B作为一种全新的监视技术，虽然在具体的发展和应用过程中还存在许多问题，但ADS-B作为未来监视系统的发展方向已是大势所趋。我国在ADS-B的推广和研究方面起步较晚，需要我们积极向先进国家学习，逐步缩小与其它国家的差距。本文着重介绍了湛江地区ADS-B的系统结构及各部分的作用，分析了试运行期间的常见故障，同时由此所延伸出来的存在问题。
【关键词】ADS-B；空管监视技术；数据链；
【中图分类号】TP277 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0128-02
1、引言
广播式自动相关监视（ADS-B）技术是一种基于全球卫星定位系统和空地、空空通信数据链的航空器运行监视技术作为应用在空中交通管制中的监视技术，该技术主要用于实施空空、地空监。ADS-B技术可以在无法部署航管雷达的大陆地区为航空器提供优于雷达间隔标准的类雷达管制服务，而在雷达覆盖地区，即使不增加雷达设备也能以较低代价达到增强雷达系统监视能力的目的，从而提高航线航路乃至终端区的飞行容量。ADS-B系统的发展和应用对空管技术来说是非常有意义的，掌握ADS-B核心技术，大力推动其发展与应用，加快新航行系统建设，是我国从民航大国向民航强国转变的重要举措。湛江空管站作为中南地区ADSB设备的试点单位，于2011年分别在湛江地区的下洋和江洪安装了两套ADS-B设备，并投入测试运行。
2、ADS-B技术原理
2.1 ADS-B系统工作原理
ADS-B系统是一个集通信与监视于一体的信息系统，主要由信息源、信息传输通道和信息处理与显示三部分组成。ADS-B系统一般由多个地面站和航空器构成，以网状、多点对多点方式完成数据双向通信。机载ADS-B通信设备广播式地发出来自机载GNSS接收机收集到的导航信息，同时接收其他航空器和地面服务设备的广播ADS-B信息后经过处理送给CDTI（机舱综合信息显示器）。CDTI根据收集的ADS-B信息、机载雷达及导航信息经处理后给飞行员提供飞机周围的态势信息（如经纬度、高度、航速）同时还包括其他附加信息（如冲突告警信息，避碰策略）。ADS-B的信息传输通过空-空、空-地数据链进行传输，ADS-B地面站接收到航空器发出的信息后，传到监视信息处理设备，对ADs-B的报文信鼠进行提取、处理，完成后把ADs-B信鼠传到数据融合转发设备与雷达信息进行数据融合，最后转发给ATC中心，实现对航空器的监视定位。
2.2 ADS-B数据链技术
ADS-B技术可选的数据链技术有以下三种：1、1090ES是国际民航组织规定使用的国际通用的数据链，工作于传统二次雷达使用的1090MhzI答频段。数据率为1Mbps，调制方式为PPM。2、UAT数据链是美国为满足自身发达的通用航空的发展需要，为ADS-B技术量身订做的一种满足空地及空空广播需求的数据链。工作于单一宽带信道，设计频段为978MHz；数据率1Mbps，调制方式为FSK。3、VDL-4数据链工作于VHF频段（108～136.975MHz），使用STDMA技术，单信道带宽25khz，数据率19600bps，调制方式为FSK。
我国初步确定运输航空采用1090ES数据链，本单位使用的是九洲数据公司生产的JZDAK01RM型号的1090ES地面站接收机，因此本文着重分析1090ES数据链的报文格式与结构。1090ES是基于二次监视雷达的s模式扩展电文报告Es的功能。s模式应答机（Mode s Transponder）的下行频率是1090MHz，信息的格式是简单的脉冲位置编码（PPM）。ADS-B信息波形如图1所示，ADS-B消息前导头包含4个脉冲，第二个、第三个与第四个脉冲与第一个传输脉冲间隔分别为1.0、3.0和4.5微秒，ADS-B消息数据块在第一个传输脉冲开始后的8微秒开始，112微秒间隔被分派给每一个ADS-B消息。ADS-B112位消息脉冲前5位代表传输类别，DF 17格式用于s模式应答机发射的ADS-B消息。第6至8位的CA字段表征了s模式应答机的能力；第9至32位的AA字段为应答机24个比特的CAO地址；第33至88位的ME字段包含ADs B消息的内容；最后24位的PI字段为奇偶校验位。
3、湛江ADS-B系统结构
湛江ADS B系统的结构如图2所示。首先ADS B地面站接收机通过ADS-B天线接收到地空数据链的ADS-B信号，在ADS-B地面站接收机内部进行译码组报处理，并把处理好的ADS-B Cat21数据通过UDP的方式传输给录制转发软件；其次录制转发软件在接收到ADS B地面站发送过来的ADS-B Cat21数据在局域网中进行实时广播；最后在网络中的其他终端进行监听，实时显示ADS-B动态目标。同时ADS-B地面站远程监控系统使用指定端口监听1090ES数据链地面站传输的设备状态报告（Cat023）、版本信息报告（Cat247），以及用于远程监控ADS-B地面站的运行状态。
3.1 ADS-B地面站接收机及其远程监控系统
ADS B地面站接收机通过全向天线接收民航飞机广播的1090ES数据链报文信息，跟踪并建立飞行航迹，进行实时的飞行监视。经过译码组报处理后，得到标准的CAT021格式报文，同时将本机相关状态信息组合成CAT023报文，通过以太网一并送到管制中心显示。ADS-B地面站接收机通过远程连接（snmp）或者本地维护端口进行远程/本地维护操作。
3.2 录制转发软件
录制转发软件可以对实时接入的数据采用TCP点对点的转发方式和UDP广播的转发方式进行网络转发，转发过程可与存储过程同步进行。使用存储文件的伴生idx时序文件，可以对录制的数据进行数据回放，并向指定IP和端口传输回放数据。
3.3 ADS-B监视系统
ADS-B监视系统使用以太网方式接收ADS-B报文（也可以接入雷达、飞行计划等其他报文），经过航迹处理，生成飞机系统航迹，为管制员提供实时、连续、精确的飞机航迹信息，各种告警以及飞行计划信息。
4、存在问题
因ADS-B的地空数据链属于无线传输链路，电磁干扰所带来的风险时刻存在，在使用过程中需要我们高度关注。同时，GPS系统是ADS-B系统中飞行器定位数据的唯一来源。因此在系统运行过程中，如出现GPS卫星信号受到干扰，或GPS卫星出现故障，将导致ADS-B系统无法正常工作。为解决这一突出问题，应大力发展数据融合技术如TIS-B技术，将雷达、多点定位系统等获取的飞行器方位数据通过数据融合，为ADS-B系统提供飞行器方位数据。
ADs-B技术的推广应用需要民航局方、空管、航空公司等各方合作推动，据统计数据表明，在南中国海空域仍有将近10%的飞行器未配置ADS-B机载设备，另外飞行员的培训还没有到位，很大一部分不知道如何操作设备。在湛江ADS-B试运行期间，曾多次在监视屏幕上出现同一航班号的不同航空器，如图3所示（红圈标示的2个目标）。建议各方同步推进，合作进行，才能使ADS-B监视技术最大限度的发挥作用。
5、结束语
ADS-B作为一种全新的监视技术，虽然在具体的发展和应用过程中还存在许多问题，但ADS-B作为未来监视系统的发展方向已是大势所趋。我国在ADS-B的推广和研究方面起步较晚，需要我们积极向先进国家学习，逐步缩小与其它国家的差距。本文着重介绍了湛江地区ADS-B的系统结构及各部分的作用，分析了试运行期间的常见故障，同时由此所延伸出来的存在问题。