ADS-B技术分析和应用

来源:用户上传      作者:

　　摘要：随着近些年民航大力的发展，ADS-B技术也在发展中起着越来越重要的作用，本文针对ADS-B在民航的一些技术和应用展开了分析。
　　关键词：ADS-B 1090ES;数据链;DF17
　　中图分类号：V355.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）04-0109-01
　　0 引言
　　近些年来，随着民航的大力发展，相对于传统的二次雷达等一些监视手段已经不能满足日益发展的趋势，而新技术的引入，也能极大的促进对于空中监视水平的进步，中国民航为了探索新航行系统发展之路，北京、上海、广州三大区域管制中心建成，为其配套的空管自动化系统都具备了处理ADS-B信号的能力，并先后发布了相关的规范《广播式自动相关监视（ADS-B）在飞行运行中的应用》《广播式自动相关监视（ADS-B）管制运行规程》《1090兆赫扩展电文广播式自动相关监视地面站（接收）设备技术要求》[1]等相关的规范和指导意见，为ADS-B的发展奠定了坚实的基础。
　　1 ADS-B数据链技术
　　ADS-B有三种数据链技术，分别是1090ES、VDL-4、UAT，1090ES数据链技术的工作频率是1090MHz，采用的是脉冲调制，接入采用的是单通道、随机接入的方式，因为也是基于1090MHz的数据链，所以可以在传统的S模式应答机上适当的升级就可以应用，相对的成本也会更低。VDL-4是108MHz-137MHz，采用GFSK调制，接入采用的是分时接入方式，UAT是978MHz，采用2CPFSK调制，接入方式为单通道分时接入。三种数据链均可以实现对ADS-B的支持，由于1090ES数据链的便利性，1090ES的性能虽然并不优于其它两种数据链，但是同样可满足ADS-B初期要求，与此同时，在其它非技术要素的对比中它还具有以下的优势，即它是唯一实现标准化的ICAO链路技术，再加上投入资金相对较少（后期升级成本低，而不用在安装新设备），所以ICAO推荐采用1090MHzS模式扩展型自发报文（1090ES）数据链。
　　2 1090ES数据链的重要性能和内容参数
　　1090ES的传输比特率为1M/S，编码方式为PPM，一般发射机（应答机）的功率在51dBm-57dBm，消息长度为112bit，下发的信息格式采用的是S模式类似的格式，而主要是通过ME字段域（第33-88位）去进行消息的传输，信息主要是DF17、DF18、DF19，其中DF=17格式用于S模式应答机发射的ADS-B消息，DF=18格式用于非S模式应答机发射的ADS-B消息或TIS-B，DF=19为军用格式，而民航飞机大部分都是采用的DF17进行消息的传输。其中DF17可以下发的消息分几个大类：状态矢量（三维位置、三维速度、飞机转向标示、导航不确定度分类等）、状态和意图信息（紧急/优先级状态、当前意图信息、航路意图信息）、分类号、其它种类信息。下面重点针对常用的几个消息进行分析：
　　（1）空中位置消息，空中位置消息广播速率为与上次空中位置广播间隔为0.4s～0.6s范圍内随机分布，空中位置消息的第1-5位为类型（如DF17就是转换十进制17），第6-7位为监视状态消息，第8位为单/双天线，第9-20位是飞机高度信息，第21位为时间对准信息（注意只有1位，而不是具体的时间），第22位为CPR格式，第55-71位为飞机所在的纬度消息，第72-88位为飞机所在的经度消息。
　　（2）地面位置消息，ADS-B地面位置消息广播分为高/低两种速率，高速率是指本次地面位置消息广播与上次地面位置信息广播间隔在0.4s～0.6s范围内随机分布;低速率是指本次地面位置消息广播为与上次地面位置信息广播间隔在4.8s～5.2s范围内随机分布，如果不设置，默认是高速率。地面位置消息的第1-5位为类型，第6-12位为运动能力，第13位为地面状态位指示（说明飞机是否处于地面状态还是非地面状态），第14-20位为飞机的飞行方向/地面航迹，第21位为时间消息，第22位CPR格式，第23-39位为飞机所在的纬度消息，第48-56位为飞机所在的经度。其中上面两种消息，空中位置消息的精度大约为5m，地面位置消息的精度大约为1.25m。
　　（3）空速消息，本次空速消息广播与上次空速消息广播间隔在0.4s～0.6s范围内随机分布，空速消息的第1-5位为类型，6-8位为子类型，第9位为飞机意向是否改变标志，第10位为IFR能力标志，第11-13位为NACv速度精度指示位，第14位为飞行方向状态位，第15-24位为飞行方向，第25位为空速类型，第26位为空速，第36位为垂直率源，第37位为垂直速率单位，第38-46为垂直速率，第47-48位为保留，第49位为气压高度差单位，第50-56位为气压高度差数值。
　　3 ADS-B报文
　　针对ADS-B所传送的可监视信息类型不同，可将ADS-B报告分为三类，分别是状态矢量报文（SV）、模式状态报文（MS）、条件报告（OC），而民航常用的是采用CAT021格式进行数据的传输，在MT/H 4036-2012中规定ADS-B地面站输出的目标数据格式和内容应该符合ASTERIX Category 021（CAT021）要求。随着ADS-B技术的进步，也出现了不同的版本号，其中常用的为0.26版本、1.4版本、1.5版本和2.1版本，而各个版本的传输项和定义也有些区别，下面就针对最基本的0.26版本针对不同项进行解析。首先每个CAT021报文在去除报头和报尾后的正文中第1个字节为类型（CAT），一般转换为十进制就是21（说明是021报文），第2-3个字节为报文的长度（LEN），根据整个报文的长度不同而定义其数值，后面根据FSPEC和UAP表去定义其具体每一项的具体内容。在内容里第一项I021/010为数据源标识，也就是SAC/SIC码，每个地面站根据位置的不同而分配了不同的码，便于后期的管理和用户的识别，I021/020为发射体类型，主要描述的是发射的飞机种类还是车辆，I021/030、I021/032为日时间（所报告位置的星历基准时间），其中032比030的精确度更高，I021/040是目标报告描述，说明是测试还是应答机还是地面车辆等，I021/080为目标的S模式地址，I021/090为品质因数NUCp，I021/095为速度精度NUCv，021/110为预定轨迹，I021/130为在WGS-84坐标中的位置（经纬度），I021/140为几何高度，这个数值是通过WGS信息下发的，I021/145为大气压高度，这个是飞机的高度气压表下发的，I021/146为选定高度，I021/150为计算的空速，I021/151为真实的空速，I021/152为飞机磁航向，I021/155为大气压下的垂直速率，I021/157为WGS下的垂直速率I021/160为飞机在地面上的速度，I021/165为转向速率，I021/170为飞机航班号，I021/200为目标的状态，比如SPI、紧急代码都在这里标识，I021/210为MOPS标识，这个是精度的表征，数值越大表示精度越好，I021/220为气象报告，I021/230为侧滚角。
　　4 结语
　　随着ADS-B的深入发展，也需要我们空管技术人员不断的去探索新的技术，将ADS-B技术和传统雷达监视相结合，大力推广新技术的应用和发展。
　　参考文献
　　[1] MH-T 4036-2012.1090MHz扩展电文广播式自动相关监视地面站（接收）设备技术要求[S].
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-14941186.htm