原作者: 胡楓|來自: 民航資源網(wǎng)

摘要：二次雷達在空管業(yè)務中扮演著管制員“眼睛”的角色，對航空事業(yè)的發(fā)展意義非凡。ADS-B作為近年來出現(xiàn)的新技術，對航空管制與機場地面監(jiān)視同樣具有積極的推動意義。ADS-B（automatic dependent surveillance-broadcast）是一種空中交通監(jiān)視應用，通過數(shù)據(jù)鏈廣播模式，周期性的傳遞飛行參數(shù)，空中交通管制單位可以獲取這些信息用于空中管制服務。本文通過詳細對比二次雷達與ADS-B技術的優(yōu)缺點，探討兩者的發(fā)展前景。

　　關鍵詞：監(jiān)視 二次雷達 ADS-B

　　1.ADS-B的基本原理

　　機載ADS-B通信設備廣播式發(fā)出來自機載信息處理單元收集到的導航信息，接收其他飛機和地面廣播信息后經(jīng)過處理送給機艙綜合顯示器。機艙綜合信息顯示器根據(jù)收集的其他飛機和地面的ADS-B信息、機載雷達信息、導航信息后給飛行員提供飛機周圍的態(tài)勢信息和其他附加信息（如：沖突告警信息，避碰策略，氣象信息等）。

　　ADS-B系統(tǒng)是一個集通信與監(jiān)視于一體的信息系統(tǒng)，由信息源、信息傳輸通道和信息處理與顯示三部分組成。ADS-B的主要信息是飛機的4維位置信息（經(jīng)度、緯度、高度和時間）和其他可能附加信息（沖突告警信息，飛行員輸入信息，航跡角，航線拐點等信息）以及飛機的識別信息和類別信息。此外，還可能包括一些別的附加信息，如航向、空速、風速、風向和飛機外界溫度等等。如圖1所示。

圖1

　　根據(jù)相對于航空器的信息傳遞方向，機載ADS-B應用功能可以分為發(fā)送（OUT）和接收（IN）兩類。

　　1）ADS-B OUT

　　ADS-B OUT是指航空器發(fā)送位置信息和其他信息。機載發(fā)射機以一定的周期發(fā)送航空器的各種信息，包括：航空器識別信息（ID）、位置、高度、速度、方向、和爬升率等。地面系統(tǒng)通過接收機載設備發(fā)送的ADS-B OUT信息，監(jiān)視空中交通狀況，起到類似于雷達的作用。

　　ADS-B發(fā)送的航空器水平位置一般源于GNSS系統(tǒng)，高度源于氣壓高度表。

　　目前GNSS系統(tǒng)的定位精度已經(jīng)達到了10米量級，因此ADS-B的定位分辨率也可達到10米量級。而雷達設備因為有固有的角分辨率限制，監(jiān)視精度相對較低，且無法分辨距離過近的航空器。

　　2）ADS-B IN

　　ADS-B IN是指航空器接收其他航空器發(fā)送的ADS-B OUT信息或地面服務設備發(fā)送的信息，為機組提供運行支持。

　　ADS-B IN可使機組在駕駛艙交通信息顯示設備（CDTI）上“看到”其他航空器的運行狀況，從而提高機組的空中交通情景意識。圖2為機載交通信息顯示設備。

圖2

　　ADS-B地面站也可以向航空器發(fā)送信息，具體分為兩類：空中交通情報服務廣播（Traffic Information Service-Broadcast，TIS-B）和飛行信息服務廣播（Flight Information Service–Broadcast, FIS–B）。

　　TIS-B：ADS-B地面站接收航空器發(fā)送的ADS-B位置報文，將這些數(shù)據(jù)傳遞給監(jiān)視數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（Surveillance Data Processing System, SDPS），同時SDPS也接收雷達和其他監(jiān)視設備的數(shù)據(jù)，SDPS將這些數(shù)據(jù)融合為同意的目標位置信息，并發(fā)送至TIS-B服務器。TIS-B服務器講信息集成和過濾后，生成空中交通監(jiān)視全景信息，再通過ADS-B地面站發(fā)送給航空器。這樣機組就可以獲得前面而清晰的空中交通信息。TIS-B的應用可以使ADS-B不同數(shù)據(jù)鏈類型的用戶獲得周邊空域運行信息，從而做到間接互相可見。

　　FIS-B：ADS-B地面站想航空器傳送氣象、航行情報等信息。這些信息可以是文本數(shù)據(jù)，也可以是圖像數(shù)據(jù)。文本格式的氣象信息包括日常報（METAR）、特選報（SPECI）、機場天氣預報（TAF）等。圖像格式的信息包括雷達混合圖像、臨時禁飛區(qū)和其他航行信息。FIS-B使機組可以活的更多的運行相關信息，及時了解航路氣象狀況和空域限制條件，為更加靈活而安全的飛行提供保障。

　　2.與二次雷達相比ADS-B的優(yōu)勢與劣勢

　　首先在成本上ADS-B建設投資只有二次雷達的十分之一左右，并且維護成本低，使用壽命長。沿海地區(qū)空管技術部門在雷雨季節(jié)到來之際，為避免雷達遭受雷擊，都會申請關閉雷達，一旦雷達被雷擊，維修成本是非常高的，ADS-B則不存在這些問題。

　　其次ADS-B可提供比二次監(jiān)視雷達更多的目標信息，可實現(xiàn)空-地監(jiān)視、空-空監(jiān)視和地-地監(jiān)視，定位精度更高，更新率更快，地面站建設簡便靈活且不受地形限制，各地面站可獨立運行。在某些雷達信號無法覆蓋的區(qū)域，ADS-B可以作為可靠的補充手段，加強地面對空中飛行器的監(jiān)視能力。由于ADS-B定位精度高，因而對減小航空器的間隔標準，優(yōu)化航路設置，提高空域容量等都具有積極作用。而在雷達覆蓋的區(qū)域，地面監(jiān)視可以同時使用二次雷達和ADS-B作為監(jiān)視信息源。可以縮小雷達覆蓋邊緣區(qū)域內(nèi)航空器的最小間隔標準，并且減少所需要的雷達數(shù)量。

　　同時ADS-B技術也具有其局限性，由于其依賴全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)對目標進行定位，所以ADS-B本身不具備對目標位置的驗證功能。如果航空器給出的位置信息有誤，地面站設備（系統(tǒng)）無法辨別。在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)失效情況下，ADS-B不能正常工作。并且如果飛行器上沒有裝備ADS-B機載設備，地面監(jiān)視終端是無法顯示航空器的信息的，因此如果要大力推廣ADS-B系統(tǒng)，必須制定標準，讓出廠飛行器加裝ADS-B機載設備。

　　3.兩者在國內(nèi)的應用現(xiàn)狀

　　2007年第一部S模式THALES雷達引入我國，S模式雷達在空管使用的數(shù)量逐年增加。2010年S模式雷達首次在西部航路投入使用。隨著S模式雷達在我國全面推廣使用，越來越多的S模式系統(tǒng)投入使用，各S模式雷達處于相對獨立的初級使用階段，在雷達管制航路上已經(jīng)實現(xiàn)雷達信號覆蓋無盲區(qū)，尤其在一些熱點航路和終端區(qū)上有多個相鄰雷達信號實現(xiàn)多重覆蓋，比如珠三角地區(qū)有珠海雷達、澳門雷達、深圳雷達和廣州雷達等多部雷達信號覆蓋該區(qū)域航路。但是不是每個地區(qū)都有條件實現(xiàn)多雷達覆蓋，一是建設成本較高，一部二次雷達的投資建設可能幾百上千萬，而且后期維護成本也不低；二是一些地區(qū)的地形地貌可能會影響雷達信號的覆蓋，因此不適合雷達的架設。

　　鑒于ADS-B的種種優(yōu)勢世界范圍內(nèi)都在積極推進ADS-B系統(tǒng)的建設，目前來說已知最早的ADS-B強制要求是在2010年11月的加拿大哈德森灣，在那里尾隨間隔將從80海里縮小到5海里。另外澳大利亞在2013年12月開始強制實施ADS-B運行。由于澳大利亞西部大部分空域沒有被雷達系統(tǒng)覆蓋，所以他們選擇了ADS-B監(jiān)視，以避免昂貴的雷達系統(tǒng)建設費用和維護費用。

　　我國ADS-B實施遵循“西部先試先行、由西向東穩(wěn)步推進”原則，運輸航空采用1090 ES數(shù)據(jù)鏈，而通用航空采用1090 ES和UAT兩種數(shù)據(jù)鏈并行。1998年開始探索新航行系統(tǒng)發(fā)展，利用中國西部地區(qū)開辟歐亞新航路的戰(zhàn)略機遇，啟動基于ADS的L888航路建設，并裝備ADS-C監(jiān)視工作站和在北京建立網(wǎng)管數(shù)據(jù)中心，該系統(tǒng)于2000年完成評估和測試并投入運行。2004年北京、上海、廣州三大區(qū)域管制中心相繼建成，其配套的空管自動化系統(tǒng)都具備了ADS航跡處理能力。2008年完成成都九寨ADS-B應用監(jiān)視系統(tǒng)工程，在成都機場和九寨機場各安裝一套ADS-B地面站，同時配合使用ADS-B監(jiān)視系統(tǒng)和ADS-B數(shù)據(jù)分析評估軟件。同年在西沙雷達站建設地面站作試驗，并于2009年升級海口管制中心Telephonics自動化系統(tǒng)和引入該ADS-B信號進行融合顯示。2010年完成成都-拉薩航線監(jiān)視工程，建設5個地面站，實現(xiàn)成都-拉薩主要高度層的ADS-B單重連續(xù)覆蓋。2011年空管部門制定1090地面站（接收）設備技術要求和測試要求，努力推行1090ES地面站設備入網(wǎng)許可測試。此外，中國民航飛行學院是國內(nèi)第一家完整使用ADS-B用于飛行監(jiān)控的單位，選擇UAT數(shù)據(jù)鏈，包括建設5個地面站，加裝234架飛機機載設備，并設計建立ADS-B類雷達管制運行的標準程序。

　　4.兩者發(fā)展前景設想

　　如果說二次雷達是管制員的“眼睛”，那么ADS-B完全可以充當飛行員的“眼睛”。飛行員可以通過CDTI實時觀察空中其他飛行器的動態(tài)，大大提高飛機運行中的交通情況覺察能力，從而實現(xiàn)主動避讓。另外豐富的擴展信息能讓飛行員實時掌握更多有利于飛行的資訊。

　　地面監(jiān)視同時使用二次雷達和ADS-B作為監(jiān)視信號源，可以縮小雷達覆蓋邊緣區(qū)域內(nèi)航空器的最小間隔標準，并減少所需雷達數(shù)量。在雷達無覆蓋的區(qū)域，ADS-B可以取代雷達，作為地面監(jiān)視的唯一信號源，加強對空中航空器的監(jiān)視與管控。澳大利亞的空管范圍占目前全球空域的1/11，而其雷達數(shù)量卻僅僅相當于我國上海飛行情報區(qū)的雷達數(shù)量，正是由于澳大利亞對ADS-B技術的超前規(guī)劃和大膽應用。相比之下，我國在ADS-B的實用技術研究、機載設備配備、地面系統(tǒng)建設、飛行和管制人員的操作技能培訓等方面，還缺乏現(xiàn)實可行的規(guī)劃安排。

　　ADS-B技術是未來航空監(jiān)視技術發(fā)展的趨勢已是不爭的事實，如何完成從二次雷達到ADS-B的過渡，以及在什么情況下使用ADS-B管制和如何制定ADS-B管制下的標準是中國航空事業(yè)將要面臨的重要課題。

　　5.結語

　　伴隨著中國航空事業(yè)的不斷發(fā)展壯大，空域、流量等問題也不斷突出，航班延誤、流量控制弄得乘客怨聲載道。ADS-B這種新技術的出現(xiàn)，由于其先進的技術優(yōu)勢（比如定位精度高，對縮小航空器最小間隔有著積極的作用，因而可以增加單位空域內(nèi)的流量，從而提高航班正點率），未來必然替代二次雷達成為民航管制監(jiān)視的重要手段。但并不是說二次雷達甚至一次雷達就沒有其存在的意義了，因為ADS-B機載設備并不能保證百分百不出故障，一旦出現(xiàn)故障，還是需要依靠雷達來進行監(jiān)視。因此，在保證現(xiàn)有二次雷達覆蓋的同時，大力發(fā)展ADS-B技術，加強人員培訓，制定ADS-B運行標準，對中國航空事業(yè)的發(fā)展有著深遠的意義！（胡楓/文）

　　參考文獻：

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