民航ADS-B新技术：自动相关监视系统的原理与应用
民航ADS-B新技术：自动相关监视系统的原理与应用
民航ADS-B（广播式自动相关监视）技术是近年来航空领域的重要创新，它通过自动广播飞机的位置、高度、速度等信息，为管制员和飞行员提供实时监控能力。本文将详细介绍ADS-B的技术原理、应用现状及发展前景。
什么是ADS-B
ADS-B全称是：Automatic Dependent Surveillance - Broadcast，中文是：广播式自动相关监视，顾名思义，即无需人工操作或者像二次雷达一样去询问，飞机会自动地将自己的位置、高度、速度、航向、识别号等信息向其他飞机或地面站广播，以供管制员及飞行员对飞机状态进行监控。下图是ADS-B运行原理图。
ADS-B可以分为两类：
ADS-B OUT：是指飞机发送位置信息和其他信息。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，起到类似于雷达的作用。这是ADS-B的基本功能。
ADS-B IN：是指飞机接收其他飞机发送的ADS-B OUT信息或地面服务设备发送的信息，为机组提供运行支持。这是实现ADS-B系统通信功能的基础。
ADS-B的运用
ADS-B信息可以用于以下几个方面：
- 为全国区域管制中心、中低空管制中心、进近、塔台等空管部门提供包括民航飞机、通用飞机、无人机、场面车辆等实时的监视信息，实现ADS-B管制运行；
- 为通用航空提供实时监视信息，提高通用航空的安全性；
- 为机场运行控制系统提供机场区域及进港航班的动态信息，配合场面监视雷达，提高机场的运行控制能力；
- 为航空公司提供全国该航空公司航班的动态监视信息，提高航空公司对本公司航班运行动态的管理；
- 为航空保障企业提供局部区域的航班实时动态监视信息，提高其服务保障能力；
6.为民航局、管理局和监管局提供全国或局部区域的航班动态监视信息，提高政府监管水平； - 为相关的公共服务系统提供全国或局部或特定航班动态监视信息，满足社会公众掌握航班信息的需求，如我们经常用到的手机APP”Flightradar24”；
- 为具备ADS-B IN功能的飞机提供航班动态信息，机组可以在驾驶舱交通信息显示设备（CDTI）上“看到”其他航空器的运行状况。
ADS-B技术的优势和缺点
优势
- 运行成本低：ADS-B建设投资成本只有二次雷达的十分之一左右，并且维护成本低，使用寿命长，无需人员值守，远程监控即可。沿海地区空管技术部门在雷雨季节到来之际，为避免雷达遭受雷击，都会申请关闭雷达，一旦雷达被雷击，维修成本是非常高的，ADS-B则不存在这些问题；
- 地面站建设简便灵活且不受地形限制：在某些因地形或地域无法建设雷达站的地方，如高原地区、沙漠地区及洋区（MH370事件暴露出当前缺乏跨洋监视的弊端）等，可以通过设立ADS-B地面站实现对航空器动态的实时监视；
- 定位精度高、更新率快：ADS-B定位精度高，因而对减小航空器的间隔标准，优化航路设置，提高空域容量等都具有积极作用；
- 能够真正实现飞行信息共享：传统雷达监视技术所获信息一般只为特定部门使用，难以实现信息共享，遵循“空地一体化”和“全球可互用”的指导原则发展起来的ADS-B技术，为飞行信息共享提供了现实可行性；
- 加强空-地协同，与飞行中航空器的通信将更便捷：利用ADS-B IN技术，可以通过ADS-B地面站向飞行中航空器提供各类情报服务，促进飞行安全，提高飞行品质；
- 加强空-空协同，提高飞行中航空器之间的相互监视能力：如果说二次雷达是管制员的“眼睛”，那么随着ADS-B IN技术的推广使用，ADS-B将成为飞行员的“眼睛”，从而使保持飞行安全间隔的责任更多地向空中转移，这是未来实现“自由飞行”不可或缺的技术基础；
缺点
- 相关监视完全依赖机载导航信息源：ADS-B本身不具备对信息源的验证功能，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；
- 信息处理时间长，通信滞后：机上信息处理从数据采集到发送需要约60ms，从机上通过数据链传输到地面约需45-60ms。
ADS-B的运用情况
国外
鉴于ADS-B的种种优势，世界范围内都在积极推进ADS-B系统的建设。
- 2010年11月，加拿大哈德森湾强制实施ADS-B运行，在那里尾随间隔从80海里缩小到5海里。
- 2013年12月，澳大利亚在开始强制实施ADS-B运行。澳大利亚西部大部分空域没有被雷达系统覆盖，他们选择了ADS-B监视，以避免昂贵的雷达系统建设费用和维护费用。澳大利亚全境部署的雷达数量大致与上海飞行情报区可用的雷达资源相当，其中节约的费用相当可观。
- 欧洲在2015年对进入欧洲空域的飞机强制实施ADS-B OUT，且自2013年起对生产线上飞机强制要求满足ADS-B OUT运行。
- 美国计划到2020年1月对所有飞机，包括商用飞机和通用航空，强制要求ADS-B Out。从现在开始到2020年，随着ADS-B Out设备的增加，FAA希望在营运人自愿的基础上装备ADS-B In功能，以便为用户提供更多的经营效益。
国内
我国ADS-B实施遵循“西部先试先行、由西向东稳步推进”原则，运输航空采用1090 ES数据链，而通用航空采用1090 ES和UAT两种数据链并行。
- 1998年我国开始探索新航行系统发展，利用西部地区开辟欧亚新航路的战略机遇，启动基于ADS的L888航路建设，并装备ADS-C监视工作站和在北京建立网管数据中心，该系统于2000年完成评估和测试并投入运行。
- 2004年北京、上海、广州三大区域管制中心相继建成，其配套的空管自动化系统都具备了ADS航迹处理能力。
- 2008年完成成都九寨ADS-B应用监视系统工程，在成都机场和九寨机场各安装一套ADS-B地面站，同时配合使用ADS-B监视系统和ADS-B数据分析评估软件。
- 同年在西沙雷达站建设地面站作试验，并于2009年升级海口管制中心Telephonics自动化系统和引入该ADS-B信号进行融合显示。
- 2010年完成成都-拉萨航线监视工程，建设5个地面站，实现成都-拉萨主要高度层的ADS-B单重连续覆盖。2011年空管部门制定1090地面站（接收）设备技术要求和测试要求，努力推行1090ES地面站设备入网许可测试。
- 今年4月28日，民航局在上海虹桥机场完成了首次ADS-B IN演示飞行。
- 此外，中国民航飞行学院是国内第一家完整使用ADS-B用于飞行监控的单位，选择UAT数据链，包括建设5个地面站，加装234架飞机机载设备，并设计建立ADS-B类雷达管制运行的标准程序。
我国ADS-B发展前景
2012年11月民航局发布《中国民用航空ADS-B实施规划》，并于2015年11月进行了修订，明确了ADS-B实施的指导思想、基本原则、总体目标、阶段规划与技术方案，提出了推进ADS-B建设与运行维护的政策措施。在2017年5月民航局新技术委员会第三次会议上已正式明确在2019年7月1日实现ADS-B系统全面运行，今年内将完成308个ADS-B地面站建设，实现在6600米以上空域全覆盖，2018年将完成所有数据中心建设并于2019年投入运行。