论文部分内容阅读
摘 要：文章主要针对ADS-B数据接入自动化系统的相关问题进行探讨、分析，在解析ADS-B技术以及空管自动化系统的基础上，分析目前ADS-B技术在空管自动化系统中的具体应用。
关键词：ADS-B;信号;空管自动化系统
0 引言
在互联网技术、空地数据链技术以及自动化技术发展的背景下，空管监视已经不单独依靠雷达实现，还可以将新技术引入空管自动化系统中实时地进行空中监控与管理。在当前ADS-B数据的使用过程中，还存在数据相互串扰等问题，这些问题可能引发航班大面积掉标牌、目标分裂、数据跳变等故障，因此，必须进一步明确ADS-B技术并优化其在自动化系统中的应用。
1 空管自动化系统原理及应用现状
作为民航空管部门的核心管制指挥系统，空管自动化系统能够通过数据信息采集为管制员开展工作提供支持，尤其对于各种异常问题能够给出告警。空管自动化系统能够综合收集ADS-B、多点定位、雷达处理以及场面监视的所有数据，并进行处理，最终得到空中航空器的运行状态，并以此为依据制定飞行计划等，为空中交通运行保驾护航，提高空中交通保障能力[1]。对于空管自动化系统而言，不同的监视任务和监视目的一般采用不同的监视手段，ADS-B技术作为空中交通监视应用技术之一，主要应用于位置、地速、航迹信息等飞行数据的传递。这些信息能够通过地空数据链传回地面站以及管制中心，将ADS-B技术引入空管自动化系统中，能够提高信息采集、传递的实时性与可靠性，实现实时空中监控[1]。
2 ADS-B在自动化系统中的数据引接
2.1 自动化系统中ADS-B数据信息评估
空管自动化中监视数据类型多样，包括点迹、航迹、S模式目标、ADS-B目标、MLAT目标等[2]。在进行数据接引之前必须进行监视数据评估和定义，通过明确定义监视数据格式，并识别数据类别备用。空管自动化采集的数据因监视精度、时间参数、更新参数不同等原因，导致最终管制处理平台屏幕上数据显示的飞机点迹不同，甚至同一飞行物目标出现不同的航迹。因此在空管自动化系统中必须要引入监视处理子系统进行预处理，通过格式转换、时基校准、坐标变换等实现数据信息统一，然后进行进一步处理，包括航迹跟踪、关联融合等，以供管制人员使用。
2.2 ADS-B数据引接方案
以NUMEN 2000自动化系统为例，在原有空管自动化系统的设计中，引接监视数据源都采用HDLC同步方式，因此为了引接IP方式的ADS-B数据，将引接这些ADS-B信息的处理集成放在数据通信处理机（DCP）上，原有自动化都配置了双冗余的DCP，而且都可以接收网络的ADS-B，在DCP上完成ADS-B前置数据处理功能，如图1所示。考虑到原有自动化交换机的接口数量以及物理上尽量隔离，需要在空管自动化系统中新增加两套三层交换机（部分系统已经配置用于数据引接的三层交换机），用于引接ADS-B数据。系统可以同时接收ADS-B数据站或者ADS-B二级数据处理中心的ADS-B数据，经由三层交换机和数据通信处理机完成ADS-B数据的引接。
3 ADS-B技术在空管自动化系统中的具体设计与关键技术
3.1 信号接入模块
传统空管自动化系统的信号接入模块中，主要通过单监视源在前置处理机上进行处理。为降低前置机数据处置压力并提高空管自动化系统安全性，建议优化改进ADS-B数据引接，通过优化将雷达数据的前置处理和ADS-B数据引接进行隔离，将ADS-B数据引接部署在空管自动化系统的数据通信处理机上，实现ADS-B数据的独立接收与预处理。在当前空管自动化系统的信号接入模块设计，建议按照上述思路进行优化。
3.2 多雷达航迹融合模块
监视数据处理服务主要针对监视数据来源进行接收和处理，并以此提供相关数据，实现包括多雷达航迹跟踪数据功能、ADS-B数据跟踪以及处理MSAW安全警告等，协调功能之间的作用，实现真实、稳定、连续的空中交通态势处理。多雷达航迹融合模块的主要目的是通过相关模型将不同监视源和数据进行关联，最终形成独立身份标识。相关模型综合考虑ADS-B状态信息（二次代码、航迹特性、高度、速度等）、雷达各数据参数（位置、高度、速度、二次代码、航迹特性、速度等），根据参数和状态信息变动进行模型自动调整，满足空管自动化系统数据信息融合的实际需求。
比如，多雷达航迹系统作为SDP的核心，能够接受相关点迹数据，然后进行数据筛选过滤，将过滤后的数据根据系统需求转换为相匹配格式，最后将处理转换格式后的数据分配给其他子系统处理，供系统运行使用。
3.3 飞行计划处理模块
飞行计划处理器主要应用于外部系统报文数据的接收和处理，在处理之后根据用户和系统需求生成相应的计划并提供服务，包括飞行计划的添加/修改/刪除/查询功能、航班识别功能、AIDC以及飞行计划与系统航迹相关功能等。
3.3.1 航班识别
飞行计划处理器主要接收相关数据，包括Mode A（二次代码）和Mode S & ADS-B（航班24位地址码），在接收到这些数据之后能够进行处理识别，识别后生成并发展飞行数据的模拟航迹。
3.3.2 飞行计划与系统航迹的相关
与A/C模式的二次雷达数据相比，ADS-B信息增加了24位地址码和航班号，因此在飞行计划和系统航迹相关中，主要考虑处理这两部分数据，进一步提高数据相关率，以降低相关错误概率[3]。基于航班号、二次代码、航路信息原则进行监视数据和飞行计划的相关，用户以及工作人员根据飞行计划和实际情况确定优先级和相关原则条件，前面提出相关中也必须考虑24位地址码和航班号。系统在实现航迹和飞行计划相关时，考虑二次雷达应答机代码、航班号、位置、时间等多种匹配因素，可设置优先级及关联条件，实现正确的自动相关机制。飞行计划和系统航迹相关的过程可能会出现二次代码相同的问题，最终导致模糊。因此，空管自动化系统需要对飞行计划的系统轨迹以及理论计算的4D轨迹进行一致性检测，检测两者完全匹配之后才能说明完全相关，保证完全相关。 3.4 态势显示处理模块
空中交通态势界面作为空管自动化系统中的显示终端，主要应用于空中交通环境以及交通管制任务的实时分析，在此基础上为ADS-B数据的管理提供技术、平台支持。能够为管制员以及相关工作人员提供科学、合理的人工交互界面，让管制员可以通过该界面进行科学决策，同样对工作压力的减小具有重要作用，另外对于飞行人员而言也可以通过界面了解飞行计划等，进一步提高空中交通的高效性与安全性。
3.4.1 ADS-B数据显示
空中交通態势界面会对于ADS-B数据进行分析并得到相关数据，在空管自动化系统中对系统刷新率提出明确要求，有ADS-B参与融合的航迹数据刷新率必须高于同环境下的雷达管制系统数据刷新率，最终将相应的航班标牌显示于管制席的航迹标牌中。用户以及工作人员能够查阅航班号（真空速）、地址码（FSSA/SA）、二次代码（磁航向）等具体信息。
3.4.2 ADS-B位置报告
管制员能够对附有ADS-B信息的航迹进行处理，将其与某个ADS-B位置报告进行关联。当空管自动化系统接收到相应的ADS-B基础位置，系统预设特定符号进行ADS-B位置信息的报告，包括ADS-B航迹（▲）、雷达航迹（○）以及ADS-B与雷达融合航迹（▲+○）等。
4 结语
目前，空管自动化系统已经开始应用于各国的空管中，ADS-B技术因为其优越性也开始应用于空管自动化系统中与多雷达信号进行融合，在我国目前空管自动化管理中具有广阔的应用前景。作为当前空管自动化的核心技术之一，接入ADS-B技术能够有效保障数据的完整性、准确性以及传输高效性，为管制员以及飞行人员提供良好服务。同时，在未来发展中还必须不断发展ADS-B技术。
作者简介：张开智（1986— ），男，福建莆田人，工程师，本科;研究方向：设备维护。
[参考文献]
[1]黄宇军.ADS-B系统在民航空管领域的应用与分析[J].信息通信，2019（9）：68-69.
[2]马安恒.自动化系统中ADS-B报文与数据引接分析[J].电子世界，2018（21）：91，93.
[3]蒋晓霜.空管自动化系统飞行计划航迹错相关问题研究[J].电声技术，2019（9）：77-80..
（编辑 王永超）
Research and optimization of ADS-B signal access automation system
Zhang Kaizhi
（Civil Aviation Fujian Air Traffic Control Bureau， Fuzhou 350209， China）
Abstract：This paper mainly discusses and analyzes the related problems of ADS-B data access automation system， and analyzes the specific application of ADS-B technology in ATC automation system based on analytical ADS-B technology and ATC automation system.
Key words：ADS-B; signal; ATC automation system
关键词：ADS-B;信号;空管自动化系统
0 引言
在互联网技术、空地数据链技术以及自动化技术发展的背景下，空管监视已经不单独依靠雷达实现，还可以将新技术引入空管自动化系统中实时地进行空中监控与管理。在当前ADS-B数据的使用过程中，还存在数据相互串扰等问题，这些问题可能引发航班大面积掉标牌、目标分裂、数据跳变等故障，因此，必须进一步明确ADS-B技术并优化其在自动化系统中的应用。
1 空管自动化系统原理及应用现状
作为民航空管部门的核心管制指挥系统，空管自动化系统能够通过数据信息采集为管制员开展工作提供支持，尤其对于各种异常问题能够给出告警。空管自动化系统能够综合收集ADS-B、多点定位、雷达处理以及场面监视的所有数据，并进行处理，最终得到空中航空器的运行状态，并以此为依据制定飞行计划等，为空中交通运行保驾护航，提高空中交通保障能力[1]。对于空管自动化系统而言，不同的监视任务和监视目的一般采用不同的监视手段，ADS-B技术作为空中交通监视应用技术之一，主要应用于位置、地速、航迹信息等飞行数据的传递。这些信息能够通过地空数据链传回地面站以及管制中心，将ADS-B技术引入空管自动化系统中，能够提高信息采集、传递的实时性与可靠性，实现实时空中监控[1]。
2 ADS-B在自动化系统中的数据引接
2.1 自动化系统中ADS-B数据信息评估
空管自动化中监视数据类型多样，包括点迹、航迹、S模式目标、ADS-B目标、MLAT目标等[2]。在进行数据接引之前必须进行监视数据评估和定义，通过明确定义监视数据格式，并识别数据类别备用。空管自动化采集的数据因监视精度、时间参数、更新参数不同等原因，导致最终管制处理平台屏幕上数据显示的飞机点迹不同，甚至同一飞行物目标出现不同的航迹。因此在空管自动化系统中必须要引入监视处理子系统进行预处理，通过格式转换、时基校准、坐标变换等实现数据信息统一，然后进行进一步处理，包括航迹跟踪、关联融合等，以供管制人员使用。
2.2 ADS-B数据引接方案
以NUMEN 2000自动化系统为例，在原有空管自动化系统的设计中，引接监视数据源都采用HDLC同步方式，因此为了引接IP方式的ADS-B数据，将引接这些ADS-B信息的处理集成放在数据通信处理机（DCP）上，原有自动化都配置了双冗余的DCP，而且都可以接收网络的ADS-B，在DCP上完成ADS-B前置数据处理功能，如图1所示。考虑到原有自动化交换机的接口数量以及物理上尽量隔离，需要在空管自动化系统中新增加两套三层交换机（部分系统已经配置用于数据引接的三层交换机），用于引接ADS-B数据。系统可以同时接收ADS-B数据站或者ADS-B二级数据处理中心的ADS-B数据，经由三层交换机和数据通信处理机完成ADS-B数据的引接。
3 ADS-B技术在空管自动化系统中的具体设计与关键技术
3.1 信号接入模块
传统空管自动化系统的信号接入模块中，主要通过单监视源在前置处理机上进行处理。为降低前置机数据处置压力并提高空管自动化系统安全性，建议优化改进ADS-B数据引接，通过优化将雷达数据的前置处理和ADS-B数据引接进行隔离，将ADS-B数据引接部署在空管自动化系统的数据通信处理机上，实现ADS-B数据的独立接收与预处理。在当前空管自动化系统的信号接入模块设计，建议按照上述思路进行优化。
3.2 多雷达航迹融合模块
监视数据处理服务主要针对监视数据来源进行接收和处理，并以此提供相关数据，实现包括多雷达航迹跟踪数据功能、ADS-B数据跟踪以及处理MSAW安全警告等，协调功能之间的作用，实现真实、稳定、连续的空中交通态势处理。多雷达航迹融合模块的主要目的是通过相关模型将不同监视源和数据进行关联，最终形成独立身份标识。相关模型综合考虑ADS-B状态信息（二次代码、航迹特性、高度、速度等）、雷达各数据参数（位置、高度、速度、二次代码、航迹特性、速度等），根据参数和状态信息变动进行模型自动调整，满足空管自动化系统数据信息融合的实际需求。
比如，多雷达航迹系统作为SDP的核心，能够接受相关点迹数据，然后进行数据筛选过滤，将过滤后的数据根据系统需求转换为相匹配格式，最后将处理转换格式后的数据分配给其他子系统处理，供系统运行使用。
3.3 飞行计划处理模块
飞行计划处理器主要应用于外部系统报文数据的接收和处理，在处理之后根据用户和系统需求生成相应的计划并提供服务，包括飞行计划的添加/修改/刪除/查询功能、航班识别功能、AIDC以及飞行计划与系统航迹相关功能等。
3.3.1 航班识别
飞行计划处理器主要接收相关数据，包括Mode A（二次代码）和Mode S & ADS-B（航班24位地址码），在接收到这些数据之后能够进行处理识别，识别后生成并发展飞行数据的模拟航迹。
3.3.2 飞行计划与系统航迹的相关
与A/C模式的二次雷达数据相比，ADS-B信息增加了24位地址码和航班号，因此在飞行计划和系统航迹相关中，主要考虑处理这两部分数据，进一步提高数据相关率，以降低相关错误概率[3]。基于航班号、二次代码、航路信息原则进行监视数据和飞行计划的相关，用户以及工作人员根据飞行计划和实际情况确定优先级和相关原则条件，前面提出相关中也必须考虑24位地址码和航班号。系统在实现航迹和飞行计划相关时，考虑二次雷达应答机代码、航班号、位置、时间等多种匹配因素，可设置优先级及关联条件，实现正确的自动相关机制。飞行计划和系统航迹相关的过程可能会出现二次代码相同的问题，最终导致模糊。因此，空管自动化系统需要对飞行计划的系统轨迹以及理论计算的4D轨迹进行一致性检测，检测两者完全匹配之后才能说明完全相关，保证完全相关。 3.4 态势显示处理模块
空中交通态势界面作为空管自动化系统中的显示终端，主要应用于空中交通环境以及交通管制任务的实时分析，在此基础上为ADS-B数据的管理提供技术、平台支持。能够为管制员以及相关工作人员提供科学、合理的人工交互界面，让管制员可以通过该界面进行科学决策，同样对工作压力的减小具有重要作用，另外对于飞行人员而言也可以通过界面了解飞行计划等，进一步提高空中交通的高效性与安全性。
3.4.1 ADS-B数据显示
空中交通態势界面会对于ADS-B数据进行分析并得到相关数据，在空管自动化系统中对系统刷新率提出明确要求，有ADS-B参与融合的航迹数据刷新率必须高于同环境下的雷达管制系统数据刷新率，最终将相应的航班标牌显示于管制席的航迹标牌中。用户以及工作人员能够查阅航班号（真空速）、地址码（FSSA/SA）、二次代码（磁航向）等具体信息。
3.4.2 ADS-B位置报告
管制员能够对附有ADS-B信息的航迹进行处理，将其与某个ADS-B位置报告进行关联。当空管自动化系统接收到相应的ADS-B基础位置，系统预设特定符号进行ADS-B位置信息的报告，包括ADS-B航迹（▲）、雷达航迹（○）以及ADS-B与雷达融合航迹（▲+○）等。
4 结语
目前，空管自动化系统已经开始应用于各国的空管中，ADS-B技术因为其优越性也开始应用于空管自动化系统中与多雷达信号进行融合，在我国目前空管自动化管理中具有广阔的应用前景。作为当前空管自动化的核心技术之一，接入ADS-B技术能够有效保障数据的完整性、准确性以及传输高效性，为管制员以及飞行人员提供良好服务。同时，在未来发展中还必须不断发展ADS-B技术。
作者简介：张开智（1986— ），男，福建莆田人，工程师，本科;研究方向：设备维护。
[参考文献]
[1]黄宇军.ADS-B系统在民航空管领域的应用与分析[J].信息通信，2019（9）：68-69.
[2]马安恒.自动化系统中ADS-B报文与数据引接分析[J].电子世界，2018（21）：91，93.
[3]蒋晓霜.空管自动化系统飞行计划航迹错相关问题研究[J].电声技术，2019（9）：77-80..
（编辑 王永超）
Research and optimization of ADS-B signal access automation system
Zhang Kaizhi
（Civil Aviation Fujian Air Traffic Control Bureau， Fuzhou 350209， China）
Abstract：This paper mainly discusses and analyzes the related problems of ADS-B data access automation system， and analyzes the specific application of ADS-B technology in ATC automation system based on analytical ADS-B technology and ATC automation system.
Key words：ADS-B; signal; ATC automation system