ADS―B技术在空管自动化系统中的应用

【摘 要】ADS-B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。本文阐述了ADS-B的定义、原理、数据格式及ADS-B在空管自动系统中的处理流程。

【关键词】ADS-B；自动化；数据格式；处理流程

1 ADS-B的定义及原理

ADS-B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（GPS接收机、数据链收发机及其天线、驾驶舱冲突信息显示器CDTI），不需要任何地面辅助设备即可完成相关功能，装备了ADS-B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）。ADS-B接收机与空管系统、其它飞机的机载ADS-B结合起来，在空地都能提供精确、实时的冲突信息。ADS-B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。

ADS-B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ADS-B通信设备广播式发出来自机载信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ADS-B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）。

ADS-B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。ADS-B的主要信息是飞机的4维位置信息（经度、纬度、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、风向和飞机外界温度等。这些信息可以由以下航空电子设备得到：（1）全球卫星导航系统（GNSS）；（2）惯性导航系统（INS）；（3）惯性参考系统（IRS）；（4）飞行管理器；（5）其它机载传感器。ADS-B的信息传输通道以ADS-B报文形式，通过空-空、空-地数据链广播式传播。ADS-B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，最后以伪雷达画面实时地提供给用户。

2 ADS-B数据与雷达数据比较

3 ADS-B信号在空管自动化系统中的处理显示流程

空管自动化系统是空中交通管制员管理空中交通的主要手段之一，它的主要是对ADS-B和雷达信号进行处理，并将ADS-B和雷达信号与飞行计划动态相关联，使得管制员面对雷达显示器就可以了解空中交通的实时动态，包括所管制的航空器的具体方位、高度和预计飞行方向等。图2为ADS-B信号在空管自动化系统中的处理流程。

3.1 ADS-B前端处理模块

ADS-B前端处理是系统对接入ADS-B数据进行预处理的前置部分，其接收ASTERIX CAT 021格式的ADS-B数据，并把它们转换成内部格式，以供给ADS-B航迹处理使用，同时，负责监视ADS-B数据中报文数量、长度、格式，对出现异常的数据，实施保护性过滤。

3.2 ADS-B航迹处理模块

ADS-B航迹处理负责对ADS-B原始数据进行解码，提取和处理报文中的所有信息，包括目标属性、目标位置、目标高度、目标速度、时标信息等信息，根据数据质量，进行位置补充处理（跟踪）和高度跟踪，形成ADS-B航迹。ADS-B航迹处理采用b-a滤波【高度】和卡尔曼滤波【位置、速度】跟踪滤波算法进行航迹跟踪。此模块采用气压高度作为目标高度值，因此，对接入系统的ADS-B数据，同样完成QNH修正：在QNH修正区域内的目标报告，将按照用户指定的QNH值对目标报告的C模式高度值进行修正；QNH修正区域的参数可以由用户适应性设置。

3.3 ADS-B融合处理模块

ADS-B融合处理模块负责对由ABS-B航迹处理模块处理后形成的多路ADS-B航迹进行融合，形成系统内不具有重复目标、覆盖全部接入ADS-B数据的ADS-B融合航迹 。

3.4 ADS-B选择性融合处理模块

将由多雷达数据融合形成的系统航迹和ADS-B融合航迹同时引入ADS-B选择性融合处理模块，基于空间位置对ADS-B、雷达数据进行选择性融合处理：优先使用由雷达航迹形成的系统航迹，没有雷达航迹的目标，则使用ADS-B航迹。同时，监控数据状态，如果雷达的航迹数据在连续三个周期内没有得到更新，则进行自动切换，将ADS-B数据引入，作为监视数据。

3.5 选择性融合航迹输出模块

选择性融合航迹输出模块从网络接收ADS-B选择性融合处理模块输出的系统航迹，按MH/T 4008标准03类综合航迹定义进行数据格式转换，并从主机串口设备以RS232协议输出。

3.6 告警处理

现告警处理计算仍沿用雷达目标告警处理的标准及参数设定。包括：短期冲突告警-STCA、最低安全高度告警-MSAW、侵入告警-DAIW、CLAM、RAM、RVSM、特殊位置标识 - SPI。

3.7 ADS-B数据显示

ADS-B数据显示实现ADS-B目标、系统航迹的单独、叠加显示或选择性融合数据显示，在满足ADS-B系统评估测试的同时，保障管制席位的显示需求。原SDD模块目标显示及相关功能保持不变，增加ADS-B目标显示设计 。

4 ADS-B数据与雷达数据相关及融合处理的思考

由于ADS-B数据与雷达数据存在更新周期、定位方式、目标属性等诸多不同，在处理ADS-B数据与雷达数据相关及融合时需做特殊考虑：

4.1 ADS-B数据与已形成的ADS-B航迹相关

在ADS-B数据与已形成的ADS-B航迹进行相关时，主要考虑目标地址、目标描述符、机载ADS-B设备的性能、WGS-84坐标表示的位置、几何高度、空速、真空速、地速矢量、目标标识等属性的相关。其中主要考虑目标地址相关（因其在全球唯一），其他的位置相关、速度相关、高度相关以及飞行意图信息等相关因子都可以作为因子。

4.2 ADS-B数据与雷达航迹相关

在ADS-B数据和雷达航迹进行相关时，选取合适的相关属性和相关因子就成为了关键所在。通过把雷达信息中的极坐标位置或者XY位置转换到WGS-84坐标，在与ADS-B信息中的WGS-84坐标表示的位置进行相关，同时将高度、速度、以及可能存在的二次代码作为相关因子，实现ADS-B航迹与雷达航迹的相关。

4.3 三种不同的ADS-B与雷达选择性融合处理策略

优先使用由雷达航迹形成的系统航迹，没有雷达航迹的目标，则使用ADS-B航迹进行“补盲”。

由于ADS-B数据刷新率大大高于雷达刷新率，故在经过校飞以及长期运行使用后，确认ADS-B能够实现正常监视的情况下，也可优选使用ADS-B航迹形成的系统航迹。没有ADS-B航迹的目标，则使用雷达航迹进行“补盲”。

ADS-B航迹与雷达航迹均参与系统航迹的融合，例如使用ADS-B航迹的高度信息来更新雷达航迹的高度，从而使得系统航迹能够更好的反映飞机在爬升下降过程中的高度变化情况。

5 结束语

ADS-B技术是新航行系统中非常重要的通信和监视技术，随着ADS-B技术的发展，ADS-B在空管自动化系统中的应用也将越来越广泛。以上为笔者在学习过程中的一点经验，不当之处敬请指正。