基于Android和SDR的低成本空中交通监视系统

摘要：介绍了软件无线电（SDR）技术以及ADS-B技术，并分析了1090ES报文格式；将软件无线电技术与ADS-B相结合，基于Android平台搭建了空中交通监视系统，并验证了系统性能。该系统可较好地实现对空中交通的监视，并且便携，成本低廉，应用前景广泛。

关键词：Android；SDR；ADS-B

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）35-0278-02

Low Costs Air Traffic Monitoring System Based on Android and SDR

WANG Yao-lei，XU Guo-hong，XU Lin-feng

（China Research Institude of Radio Wave Propagation， Qingdao 266107， China）

Abstract：The software defined radio technology and ADS-B technology are introduced. The 10900ES message format is analyzed. The software radio technology is combined with ADS-B. The air traffic monitoring system is built based on Android platform and the system performance is verified. The system can be better to achieve air traffic surveillance， and portable， low cost， wide application prospects.

Key words：Android； SDR； ADS-B

1 概述

随着民用航空通信与监视技术的发展，1090MHz扩展电文（1090ES）数据链已经发展为机载防撞系统、广播式自动相关监视ADS-B、二次雷达的重要通信链路[[1]]。目前，我运输机都已具备基于1090ES数据链的监视能力，由于1090ES数据链为全球公开协议的数据链，可以实现对其广播数据链的接收。

随着Android系统的广泛使用[[2]]，便携智能终端的普及，结合软件无线电技术，可实现低成本便携的ADS-B接收系统，对1090ES数据链进行接收，实现空中交通监控。

2 简介

2.1 ADS-B简介

ADS-B是广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveil-lance-Broadcast）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 ），不需要任何地面辅助设备即可完成相关功能，装备ADS-B的飞机可通过数据链广播其自身的精确位置和其他数据（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、其他飞机的机载ADS-B结合起来，在空地都能提供精确、实时的冲突信息，民航管制部门可根据所显示飞机信息对其进行相应的监视和管理。

目前支持ADS-B技术的数据链有三种：1090ES、UAT以及VDL-4，三种数据链数据特性比较。其中，1090ES 数据链是国际民用航空组织推荐的用于全球商用航空飞机支持ADS-B应用的数据链系统[[3]]。本文涉及内容全部基于1090ES数据链。

1090ES是基于S模式应答机的一种技术，它的下行频率是1090MHz，数据传输采用脉冲位置编码。1090ES用发射机和发射天线来传送不同的消息，包括24比特码、高度、呼号等。由于消息长度的限制，每次传送的消息只能包含有限的信息，所以需要通过多次传输消息才能获得完整的飞行器信息。接收机将飞行器送来的位置、速度、标识等信息，按照一定格式编码汇总，形成标准的ADS-B报告（包括状态报告、模式报告和速度报告），并以脉冲位置编码的数据格式发送至ADS-B数据用户。

1090ES数据链包括航空器S模式应答机面向二次雷达的应答信息、ADS-B报文以及TCAS机载防撞系统的问答信息。每条扩展报文均在报文开头以5比特位标识数据的下传格式（DF），以随后3比特位标识详细的报文数据内容类别。

接收报文时，首先根据接收到的广播数据识别数据格式DF并进行CRC校验，对校验正确的报文进行解析，从而获得航空器应答机地址，解析报文中数据内容，并更新航空器的飞行状态。

2.3 软件无线电简介

软件无线电，即Software Defined Radio，简称SDR[[4]]，在计算机或智能终端系统中，利用软件的方法来替代典型硬件功能的无线电系统，该系统由天线、射频前端、ADC/DAC以及软件代码构成。目前常见的软件无线电硬件平台主要有RTL-SDR、HackRF、bladeRF以及USRP等。

ADS-B信号经天线接收，送至SDR接收机，接收机实现对信号的放大、滤波、变频以及数字化，数字化后的信号由USB接口送至智能终端，智能终端完成对报文的解码，生成标准的KML格式信息，并显示在地图上。

数据接收处理模块独立线程运行，用于接收SDR接收机通过USB端口传输的报文数据，并对接收到的报文进行解析，维护航空器目标列表缓存，并更新缓存中航空器的飞行状态数据。当航空器飞离可监控区域或降落后，接收机无法再继续收到该航空器发射的ADS-B报文，航空器目标清理模块将对其进行清理，即当接收机无法收到对应航空器报文的时间超过预定门限时间后，航空器目标清理模块对航空器目标列表中过期的航空器进行清理；航空器监视模块用于将航空器位置、轨迹等信息实时显示在地图上，方便用户观察；数据存储模块用于存储航空器飞行数据；SDR接收机控制用于对接收机进行初始化，对接收机进行控制。

4 系统实现

本文以包含OTG功能基于Android 5.1.1的智能手机作为平台，利用Java语言编写了数据采集解码APP，实现了对航空器1090ES数据链的解析，并在地图上实时显示航空器轨迹。系统界面如图3所示。最远可实现超过300Km的监控范围。

5 结束语

本文设计的基于Android和SDR的低成本空中交通监视系统，具有成本低、便携、使用方便等特点，具有较为广阔的应用空间。

参考文献：

[1] Clarification Mode S Transponder in an Airport/A-SMGCS Environment [S].European Organisation for the Safety of Air Navigation，2005.

[2] 菲利普斯.Android编程权威指南[M].人民邮电出版社出版，2016.

[3] 杨荣盛. 基于1090ES数据链通信模式的ADS-B在航班动态监控的应用[J].通信与信息技术， 2014（2）：68-69.

[4] 杨卿.无线电安全攻防大揭秘[M].电子工业出版社， 2016.

[5] 李钢. 低成本实现1090ES模式ADS-B监控的方法[J].科技创新与应用， 2015（7）：47-48.