ADSB系统理论教程.docx

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1、系统的工作原理和技术简介()第一章：系统的工作原理和技术简介概述：的定义：是广播式自动相关监视的英文缩写，它主要实施空对空监视，一般情况下，只需机载电子设备(接收机、数据链收发 机及其天线、驾驶舱冲突信息显示器)，不需要任何地面辅助设备即可完成相关功能，装备了的飞机可通过数据链广播其 自身的精确位置和其它数据(如速度、高度及飞机是否转弯、爬升或下降等)。接收机与空管系统、其它飞机的机载结合 起来，在空地都能提供精确、实时的冲突信息。是一种全新科技，它将当今空中交通管制中的三大要素通信、导航、监 视重新定义。自动，全天候运行”，无需职守。相关，它只需要于依赖精确地全球卫星导航定位数据。监视，监视

2、(获得)飞机位置、高度、速度、航向、识别号和其它信息。广播，无需应答，飞机之间或与地面站互相广播各自的数据信息。系统由多地面站和机载站构成，以网状、多点对多点方式完成数据双向通信。机载通信设备广播式发出来自机载车 息处理单元收集到的导航信息，接收其他飞机和地面的广播信息后经过处理送给机舱综合信息显示器。机舱综合信息显 示器根据收集的其他飞机和地面的信息、机载雷达信息、导航信息后给飞行员提供飞机周围的态势信息和其他附加信息 (如：冲突告警信息，避碰策略，气象信息)。系统是一个集通信与监视于一体的信息系统，由信息源、信息传输通道和信息处理与显示三部分组成。的主要信息是飞 机的维位置信息(经度、纬度

3、、高度和时间)和其它可能附加信息(冲突告警信息，飞行员输入信息，航迹角，航线拐点等 信息)以及飞机的识别信息和类别信息。此外，还可能包括一些别的附加信息，如航向、空速、风速、风向和飞机外界辛 度等。这些信息可以由以下航空电子设备得到：()全球卫星导航系统()；()惯性导航系统()；()惯性参考系统()；()飞行管理器。()其它机载传感器。具有CDTltijClass HI 也于写行包可目2的信息传输通道以报文形式，通过空空、空地数据链广播式传播。的信息处理与显示主要包括位置信息和其它附加 信息的提取、处理及有效算法，并且形成清晰、直观的背景地图和航迹、交通态势分布、参数窗口以及报文窗口等，有

4、后以伪雷达画面实时地提供给用户。技术是新航行系统中非常重要的通信和监视技术，把冲突探测、冲突避免、冲突解决、监视和一致性监视以及机舱 综合信息显示有机的结合起来，为新航行系统增强和扩展了非常丰富的功能，同时也带来了潜在的经济效益和社会效益。 技术应用技术用于空中交通管制，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虚拟雷达管制服务 在雷达覆盖地区，即使不增加雷达设备也能以较低代价增强雷达系统监视能力，提高航路乃至终端区的飞行容量。多点 地面设备联网，可作为雷达监视网的旁路系统，并可提供不低于雷达间隔标准的空管服务;利用技术还在较大的区域内实 现飞行动态监视，以改进飞行流量管理

5、。利用的上行数据广播，还能为运行中的航空器提供各类情报服务。技术在空管 上的应用，预示着传统的空中交通监视技术即将发生重大变革。技术用于加强空空协同，能提高飞行中航空器之间的相互监视能力。与应答式机载避撞系统()相比，的位置报告是 自发广播式的，航空器之间无须发出问询即可接收和处理渐近航空器的位置报告，因此能有效提高航空器间的协同能力， 增强机载避撞系统的性能，实现航空器运行中即能保持最小安全间隔又能避免和解决冲突的空空协同目的。系统的这- 能力，使保持飞行安全间隔的责任更多地向空中转移，这是实现“自由飞行”不可或缺的技术基础。技术能够真正实现飞行信息共享。空中交通管理活动中所截获的航迹信息，

6、不仅对于本区域实施空管是必需的，对 于跨越飞行情报区(特别是不同空管体制的情报区)边界的飞行实施无缝隙”管制，对于提高航空公司运行管理效率，都 是十分宝贵的资源。但由于传统的雷达监视技术的远程截获能力差、原始信息格式纷杂、信息处理成本高，且不易实现 指定航迹的筛选，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技术，为航迹信息共享 提供了现实可行性。应用概况ADS-B 1NAir Traffic ControlRadar Mode S5ADS*B ReceiverADS-B OUTL寸ADSB Out 信号:-飞行识别代码位置速度-图形化精密合成y_ 卜其他.技术的应

7、用方面，从年，中国民用航空为了探索新航行系统发展之路，促进西部地区航空运输发展，在国际航空组 织新航行系统发展规划指导下，抓住中国西部地区开辟欧亚新航路的战略机遇，启动了第一条基于技术的新航行系统航 路（航路）建设。航路装备了定义的监视工作站，并在北京建立了网管数据中心。年，新系统完成了评估和测试并投入运 行。年，北京、上海、广州三大区域管制中心相继建成。为三大区管中心配套的空管自动化系统都具备了航迹处理能力。 经验证，新系统可以处理和显示基于数据的自动相关监视航迹，也可以实施航管员飞行员数据链通信”（）。这标志了中 国航空的主要空管设施已经具备了监视能力。随着我国航空公司机队规模扩大和机型的

8、更新，近年来许多航空器都选装 了适合新航行系统的机载电子设备，具备了地空双向数据通信能力。中国航空在发展新航行系统和改进空中交通监视技术方面开展了建设性的活动，取得了一些成果，但总体上没有突 破的技术框架。因此，对解决空管的突出问题，改善安全与效率，效果并不明显。技术的逐步成熟，将为我们寻求新白 突破提供了机会。当今技术发展已经进入实用阶段，而我国仍在的概念阶段徘徊不前。当别人寻求以成本更低、效率更 高、用途更广的新航行监视技术取代雷达技术时，我们还在加紧部署雷达网络。过去十年，航空空管在发展主义的旗帜 下实现了规模的扩张，但是，发展质量不容乐观。一个重要的事实是极具说服力的：澳大利亚全境部署

9、的雷达数量大致 与上海飞行情报区可用的雷达资源相当。澳大利亚同行的优势，很大程度上得益于技术的超前规划和大胆应用。相比之 下，我们在的实用技术研究、机载设备配备、地面系统建设、飞行和管制人员的操作技能培训等多方面，都还缺乏现实 可行的规划安排。技术体制问题在的技术体制内，的航迹报告是有条件选择发送的。与之间除合约和通信协议的管理控制方式不同外，目标下传的 位置、姿态和航行信息的内容基本一致。机载报告系统对报告信息的要素选项、重复报告周期、发送选址都是可以预设 的。飞机在收到地面发送的上行申请电文后发送下行电文，将用户约定的报告内容通过空地数据链和地面传输网络送达 用户端。因此，信息的使用是契约

10、制的。也就是说，空管或航空公司签派等地面用户要想获得所需的报告，必须逐架飞 机、逐条航路（或航段）约定报告信息，同时还必须与经营空地、地地数据链传输业务的运营商定制信息传输服务。用户 约定的飞行航迹越多、信息要素越多、重复报告周期越短，支付的信息服务费就越高，而且按照格式电报计量的通信费 用特别昂贵。在这样的技术体制下（附加了“第三方服务”成本），虽然在低密度航路上，基于监视技术的空中交通服务和 航空公司运行管理都能够实现，但高额的运行成本却让空管和航空公司等用户望而却步，航空器已配置的先进机载设备、 配套建设的空空数据链、地空数据链和地面用户设备也只能束之高阁。技术兼容问题首先是双向通信制式

11、的差异。的通信制式是广播式双向通信，而我国用来进行航迹跟踪和管制数据通信的地空数据 链，采用美国公司的协议方式，属应答式双向通信。此通信制式的数据刷新率受应答协议制约，其同步性和实时性都不 能满足高密度飞行管制服务需求，无法与技术兼容。其次是数据链容量的差异。所使用的数据链应能满足高密度飞行监视的要求，因此对数据长度和通信速率都有很高建工的要求。国际航空组织推荐的全球可互用的的广播数据链模式扩展电文数据链（）,最大下行数据长度达到位，最大数据率达到兆比特秒。而我国现用的地空数据链，最大下行数据长度为位，最大数据率仅比特秒，显然不能与广播电文兼容。再则是传输技术上的差距。广播电文是面向比特的数据

12、串，下行数据到达地面后，必须透明地传输至航空管制或航 空运行签派等地面用户端。而现有系统中，通过或卫星截获的下行数据，须转换为面向字符的报文格式，经低速的自动 转报网传输到用户端。这种信息传输方式的低效率以及传输时延不确定性，不能适应高密度飞行监视。解决现有系统与技术兼容问题，关键是选择新的空空、地空数据链系统。数据链是技术重要的组成部分，当前，许多国 家和组织出于不同的开发意图，开发出了多种多样的数据链，从中选择适合我国实际的数据链类型，是确定机载设备性 能和发展地面设施的前提。各国对数据链的选择各持己见，但主流意见基本倾向于以下三种：（）甚高频数据链模式（）欧洲较流行;其核心技术为协议，不

13、足是现在频段资源紧张。（）万能电台数据链（）美国较流行，多用于通用航空飞机。采用二进制连续相移键控，不足是和地面设备的互相干扰严重。（）模式扩展电文数据链（）国际民航组织推荐;采用选择性询问、双向数据通信，不足是已出现频谱过度使用的危机。 国际航空组织一直在努力倡导使各成员国能够执行一个统一的数据链标准，从而提高数据链设备在全球范围的通用性。 如果空中的每架飞机都执行同一个数据链标准，通过系统，每个飞行员都能看到其周围一定范围内所有航空器的位置 和动态。这将显著提高飞行员对其周围飞行态势的感知度，从而可以在保证飞行安全的前提下，进一步缩小飞机间的安 全间隔，优化飞行路线，提高空域资源的利用率。

14、欧洲是广播式自动相关监视（）技术的策源地。世界上第一次机载飞行情报舱显器（）与技术的联合演示，就 是年月瑞典民航局在首都机场进行的。但是在欧洲，技术的应用似乎更艰难些。相比美国和澳大利亚，欧洲各国要统- 推广某种技术标准，难度大得多了。好在本世纪初，欧洲一体化进程大大推进了新航行技术在欧洲的应用。年月，欧洲 空管（）发布了欧洲实施新航行技术的政策，制定了一个，欧洲民航委员会通过新通信和监视技术应用推进空管一体化。 计划与技术简称欧洲一体化空管计划有两大技术内核：和。是基于甚高频数据链模式（）技术的地空数据链，主要用来为飞行员和管制员提供非话音的数据链通信（）服务。在技术将在应用方面，描述了如下

15、多方面应用和服务内容：（）无雷达区域的应用（）：用于增强无雷达区（远离陆地的海上平台、海岛等区域）的航行监视能力，并提供容量、安全和效率类似雷达监视 的引导服务。部分面临淘汰的老旧雷达，出于成本效益的考虑也建议采用方式实施更新改造。（）雷达区域应用（）：在雷达监视（包括有补充监视）区域，用于改进、类空域的航路、终端区以及各个飞行阶段的空中交通管理能 力。并逐步由地面设备更替航管二次雷达，优化和降低地面监视系统的投入成本。（）机场场面监视应用（）在管制机场，的应用可为场面监视系统提供飞机和车辆等目标物的活动信息。可自成系统，与在用场监雷达（或系 统）组合成互补的联合场监系统。也可以集成在先进的场

16、面活动目标引导和控制系统（）或场面探测设备（）概念的 场监系统中。（）地面交通状况知晓（）帮助机组掌握滑行、跑道运行中的相关信息。例如在驶入滑行道口、进入活动的跑道前、起飞前等，机组可利用， 观察周围活动物体的动态，避免冲突。（）空中交通状况知晓（）在飞行过程中，使机组能通过掌握邻近航空器的位置，提高避撞主动性，增强性能。（）进近目视增强（）在目视进近、间隔较小情况下，使机组通过掌握其它进近航空器的位置和速度，以保持最佳安全间隔。（）机载数据采集（）采集航空器系统运行中生成的额外数据信息，利用自发广播发给地面。主要为航空营运人或维修人员提供监控信息。.实施进程使早期较成熟的技术较早投入应用和服

17、务，计划在实施上划分了两个流程：第一流程，年启动，年实施。第一流程主要致力于技术的早期应用。重点增强无雷达（）或雷达监视手段不完备（）地区的地一空监视服务， 改善机场场面监视服务（）。在更新空管设施的同时获得技术的低成本效益。在第一流程中，机载设备只发不收，因此 又称技术。第二流程，年启动，年实施。第二流程将改进的应用软件，重点开发机上状况知晓（、）功能，更多地开发和利用机载运行数据（）。在 此流程中，机载系统不但要发送自身的航迹信息和运行数据，还必须有能力接收和处理邻近飞机发出的航迹信息，因此 又称为技术。目前，项目分别设立了运行专业组、认证专业组、计划编制专业组三个专门组织，协调全欧统一的

18、技术标准、技术 认证和实施计划，有力地推进着技术在欧洲的应用。在技术发展方面，欧洲已拟定了技术系统的底层结构，并且开始 生产符合底层结构标准的设备。这些设备不但在澳大利亚投入使用，而且也在欧洲各地安装。到年月，欧洲已经安装了 个地面站，以支持无雷达和雷达管制区域的应用仿真测试。部分欧洲国家的航空公司机队已经选装了符合国际民航组织 附件十第项修正案的机载设备，并且通过了适航认证。为了迎接未来技术全球发展的挑战，欧洲的飞机制造商已经 开始开发具有飞机自主监视能力的机载设备（收发电台和显示器）。三.欧洲发展思路分析.统一在一个天空的旗帜下在疆土分制的欧洲，要推进统一标准，难度是可想而知的。即使这样，

19、欧洲人也没有各行其是、无序开发。在一 个天空旗帜下，欧洲空管空前地统一。在发展规划方面，欧洲民航组织设立了欧洲一个天空空管研究（）项目，研究和制定了欧洲民航各成员国共同协 调执行的一体化欧洲空管系统。在计划执行方面，由项目的三个权威专业组统一制定全欧的实施技术标准，统一进行全欧的底层结构系统认证，统 一指导全欧过渡计划的协调实施。并且在奥地利、德国、法国、西班牙、地中海地区、爱尔兰、葡萄牙、瑞典和英国分 别设立了个监视技术第一软件包的合作确认（）组织，保证（附带交通情报广播功能一）在欧洲大陆的实验和确认工 作整体推进。真正做到了标准统一、开发有序，管理高效，稳步推进。.应用目标现实而明确欧洲空

20、管是一个代表股东利益的代理管理组织，它的体制决定了其投资目标的现实性。在技术开发和应用方面，欧 洲空管首先考虑的不是越洋远程航路的监视，而是紧密结合欧洲大陆的空管需求，以改进陆地区域、高密度飞行的空中 交通监视为基本目标。海岛和近海，不便安装或空中交通不值得配置雷达的无雷达区域，用作为主要监视手段。雷达覆 盖不完善的区域，作为补充监视手段。雷达覆盖区域，作为技术升级手段。在机场运行区域，作为场面辅助监视手段。 这是欧洲空的近期应用目标。下一步，欧洲空管主要开发的应用。解决的问题主要是：增强高密度飞行空域，飞机间的相互监视。增强飞行（滑行）过程对地面情况的监视能力。增强地面对机舱和飞机运行状况的

21、监视能力。从欧洲空管的发展目标可以清楚地发现，雷达监视技术将逐步被技术取代，不仅是因为雷达设施投资大、管理成本 高，而且由于雷达技术已无法胜任下一代空管系统的监视需求。.自主的技术应用路线欧洲的应用路线，既不同于美国，也明显区别于澳大利亚。欧洲不具备美国高度集中的国家空域系统（）优势，年以来，统一后的欧洲空管才开始修补一个天空下的管制 缝隙。技术对欧洲空管来说，可谓天赐良机。当美国在通用访问电台（）上开发技术，谋求改进通用航空机队的自主 监视和情报截获能力时，欧洲空管却把技术应用的重点聚焦在增强高密度飞行区域空中交通管理系统的整体监视能力方 面。在这一点上，欧洲空管与澳大利亚民航服务局不谋而合

22、。但是相比澳人，欧洲人对技术的应用更细腻，更系统，更 有远见。澳洲人技术应用路线是拿来主义，无论地面还是机载设备，技术上对外依赖性较强，而且比较多地关注于服 前的受益。欧洲人则更注重技术的全面运用。从他们对底层结构的设计、技术体制和产品标准的制定和认证、未来自 由飞行环境的技术准备（空对空、空对地监视技术）等方面的考虑，都明显高澳人一筹。.数据链选择技术应用的一个重要前提是地空间数据传输载体的选择。由于欧洲空管的项目的目标是：通过新通信和监视技术应 用推进欧洲空管一体化，因此，在地空数据链的选择上是监视与通信并重的。在监视方面，首选国际民航组织附件十第项修正案建议的兆赫模式扩展型自发报文（）数

23、据链。由于不考 虑天气图一类的图像信息传输，数据链可以满足定义的所有应用项目的数据传输要求（包括第二流程的应用要求）。在通信方面，有机地融合了地空通信数据链。数据链是欧洲空管开发的基于国际民航组织航空电信网甚高频数 据链模式（）的地空通信数据链。利用 数据链，管制人员可以向机组发送放行许可类短指令。某些常规的、重复性 的指令，甚至无需管制员干预，自动生成和发送（如通信信道转换、新配二次代码等）。机组可以通过数据链访问地面 的数据库，获取所需的机场情报通播（）、机场气象（）、航行雪情通告（）等地面运行环境数据。利用 数据链，还可 以进行话音信道的话筒键检查，防止甚高频话筒键卡死造成话音信道阻塞，等等。在美国，同时选用 数据链和数据链来支持应用。不过美国的两种数据链分别用来装备不同机队，通用航空机队使 用数据链，商用运输机队主要使用数据链。与美国不同，欧洲空管的两种数据链都用于商用运输机，分别用来承载不同的业务数据。数据链承载监视（）数 据，数据链承载通信（）数据。两种数据链并行应用，可以满足较长时期地空数据通信的需求。机载方面，数据链是 通过数话兼容的甚高频通信信道传输的，对于符合标准配置的飞机来说，硬件改动很少，技术上易于实现。