朱海杰

摘 要：廣播式自動相關(guān)監(jiān)視（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，ADS-B）是通信導(dǎo)航監(jiān)視/空中交通管理（CNS/ATM）技術(shù)實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。該文介紹了ADS-B的基本原理及其在CNS/ATM中的應(yīng)用，這些應(yīng)用可以改善空中交通管制、增加空域容量、提升飛行安全。

關(guān)鍵詞：CNS/ATM ADS-B 空中交通管制

中圖分類號：V355 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）01（c）-0006-02

隨著民用航空運(yùn)輸業(yè)的飛速發(fā)展，空中交通流量持續(xù)增長，目前空中交通管制正面臨著空域資源不足、對航空器監(jiān)視手段單一等問題。為解決這些問題，ICAO提出了CNS/ATM概念，利用衛(wèi)星和數(shù)字通信提供通信（C）、導(dǎo)航（N）和監(jiān)視（S）技術(shù)。目前，主要由歐洲的SESAR項目和FAA的NextGen項目進(jìn)行CNS/ATM的技術(shù)研究。ADS-B為CNS/ATM提供重要的技術(shù)基礎(chǔ)，使飛行員和空管員看到的空中交通情況比傳統(tǒng)的雷達(dá)監(jiān)視更精確。ADS-B的監(jiān)視范圍能覆蓋低空空域和地面，因此可利用它監(jiān)視機(jī)場場面的交通以及雷達(dá)無法覆蓋的區(qū)域，例如高大障礙物背后。

1 ADS-B的基本原理

ADS-B是一種基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，利用空空、地空數(shù)據(jù)鏈通信完成交通監(jiān)視和飛行信息傳遞的一種監(jiān)視技術(shù)。ADS-B包含了4層含義：（1）自動（Automatic）：數(shù)據(jù)傳送無需人工干預(yù)；（2）相關(guān)（Dependent）：航空器的設(shè)備決定了數(shù)據(jù)的可用性，數(shù)據(jù)發(fā)送依賴于機(jī)載系統(tǒng)；（3）監(jiān)視（Surveillance）：提供的狀態(tài)數(shù)據(jù)適用于監(jiān)視的任務(wù)；（4）廣播（Broadcast）：采用廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)，所有用戶都可以接收這些數(shù)據(jù)。

ADS-B系統(tǒng)由地面站和機(jī)載設(shè)備構(gòu)成。航空器或者在飛行區(qū)運(yùn)行的車輛定期發(fā)送其狀態(tài)向量和其他信息。地面站和其他航空器接收ADS-B信息在對應(yīng)的顯示設(shè)備上顯示空中交通情況，實(shí)現(xiàn)了對交通的空地和空空監(jiān)視。

2 ADS-B的應(yīng)用

根據(jù)信息相對于航空器的傳送方向，ADS-B功能分為發(fā)送（Out）和接收（In）。

2.1 ADS-B Out

ADS-B Out是機(jī)載ADS-B設(shè)備的基本功能，是指航空器周期性發(fā)送其四維位置信息（經(jīng)度、維度、高度和時間）和其他信息（航空器識別信息（ID）、航向、空速、風(fēng)速、爬升率等）。所發(fā)送的水平位置來自于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，高度來自于氣壓高度表。地面站通過接收機(jī)載設(shè)備發(fā)送的ADS-B Out信息，監(jiān)視空中交通情況。

2.2 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(wù)設(shè)備發(fā)送的信息，通過駕駛艙交通信息顯示器（Cockpit Display of Traffic Information，CDTI）向飛行員提供交通態(tài)勢感知以及輔助沖突避免、沖突探測和四維沖突決斷的能力，提高了飛行的安全性。通過減小飛行間隔，提高空域的容量和運(yùn)行效率。ADS-B In的主要功能如下。

（1）空中態(tài)勢感知（ATSA-AIRB）。

ATSA-AIRB功能利用CDTI向機(jī)組通過提供增強(qiáng)的交通感知，協(xié)助機(jī)組目視獲取駕駛艙窗外的交通以及提供超視距的交通態(tài)勢感知。該功能提升了飛行安全性和效率，也提供周圍飛機(jī)的飛行ID、交通種類和所選飛機(jī)的地速。

（2）進(jìn)場視覺間隔（ATSA-VSA）。

ATSA-VSA功能是當(dāng)前目視進(jìn)近程序的擴(kuò)展。在進(jìn)近過程中，ATSA-VSA協(xié)助飛行員目視獲取前面的飛機(jī)并與其保持間隔。該功能旨在提高進(jìn)近過程的安全性和目視間隔性能，適用于單跑道和平行跑道進(jìn)近。CDTI提供的信息不能替代駕駛艙窗外的交通信息，飛行員必須在利用ATSA-VSA功能時保持與前方飛機(jī)的目視接觸。

（3）CDTI輔助視覺間隔（CAVS）。

CAVS功能是ATSA-VSA的擴(kuò)展，其目的也是在進(jìn)近過程中與前面飛機(jī)保持安全間隔以及維持盡可能整齊的間隔來增加跑道容量。CAVS功能與ATSA-VSA功能的重要區(qū)別在于當(dāng)丟失前面飛機(jī)的目視信息（例如，夜間在城市的燈光中看不見前面飛機(jī)）時，在CAVS功能中機(jī)組有權(quán)使用CDTI單獨(dú)提供的前機(jī)的飛行信息在進(jìn)近中保持與前機(jī)的間隔。

（4）機(jī)場場面態(tài)勢感知（ATSA-SURF）。

ATSA-SURF功能在機(jī)場地圖背景上提供本機(jī)的位置和周圍交通態(tài)勢信息。CDTI顯示機(jī)場場面地圖（包括機(jī)庫、滑行道、跑道、航站樓、地面車輛等），對機(jī)組在滑行、起飛和著陸過程中的決策起到輔助作用。該功能旨在增加在機(jī)場場面的運(yùn)行效率，降低跑道入侵與相撞的可能性。

（5） 排隊飛行程序（ATSA-ITP）。

ITP功能使得飛機(jī)能夠在一架參考飛機(jī)附近或兩架參考飛機(jī)之間執(zhí)行所需的爬升或下降機(jī)動。該功能可以用來降低航線運(yùn)營成本（例如降低油耗）和提高飛行的安全性（例如避讓危險天氣）。該功能向機(jī)組提供信息便于其決定飛機(jī)是否滿足爬升或下降機(jī)動的標(biāo)準(zhǔn)，還可以向機(jī)組提供執(zhí)行ITP機(jī)動的可用時間或執(zhí)行ITP機(jī)動前需要等待的時間。一般情況下，在越洋飛行或在無地面雷達(dá)站支持的空域中飛行時需要ITP機(jī)動。

ITP功能可分為排隊爬升（In-Trail Climb，ITC）、排隊下降（In-Trail Descent，ITD）、主導(dǎo)爬升（Leading Climb，LC）、主導(dǎo)下降（Leading Descent，LD）。ITP功能的優(yōu)點(diǎn)主要是能在擁擠的空域中實(shí)現(xiàn)爬升或下降；能節(jié)省燃料，降低二氧化碳排放量。

（6）含指示和告警的機(jī)場場面態(tài)勢感知（ATSA-SURF IA）。

ATSA-SURF IA功能增強(qiáng)了基本ATSA-SURF功能，提升阻止跑道入侵的有效性并減小跑道入侵的有害影響。為達(dá)到這個目標(biāo)，ATSA-SURF IA功能對基本ATSA-SURF機(jī)場場面顯示增加了指示和告警。

（7）飛行間隔管理（ASPA-FIM）。

間隔管理（Interval Management，IM）的目標(biāo)是有效實(shí)現(xiàn)和/或保持飛機(jī)間的精確間隔。一些IM許可要求飛機(jī)維持在其當(dāng)前航路上，只對飛行速度進(jìn)行管理。而另一些IM許可要求飛機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)彎機(jī)動。IM許可的目標(biāo)是使飛機(jī)實(shí)現(xiàn)和/或維持相對于目標(biāo)飛機(jī)的指定間隔。對于現(xiàn)有飛行操作，主要增加了轉(zhuǎn)彎和精確速度指引，使機(jī)組能主動管理本機(jī)相對于目標(biāo)飛機(jī)的間隔。在IM操作中，空管的職責(zé)是保持飛機(jī)間隔，飛行員負(fù)責(zé)完成和/或保持空管指定的間隔。對于ASPA-FIM，為滿足空管的運(yùn)行目標(biāo)，機(jī)組能夠主動管理橫向飛行計劃。該功能使得機(jī)組自主管理與目標(biāo)飛機(jī)的間隔，減少了空管與飛機(jī)間的通信，減輕了空管的工作量。

3 ADS-B的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)雷達(dá)監(jiān)視技術(shù)相比，ADS-B具有明顯的優(yōu)勢，表現(xiàn)為以下4個方面。

（1）提升空中交通監(jiān)視能力。

隨著民航空中交通流量的日益增長，雷達(dá)等傳統(tǒng)監(jiān)視技術(shù)及其布局、數(shù)量將難以滿足航空運(yùn)輸?shù)男枨?。ADS-B技術(shù)能夠提升空地協(xié)同運(yùn)行能力與空空監(jiān)視能力，提高了飛行安全水平、空域容量與運(yùn)行效率。

（2）增強(qiáng)機(jī)場運(yùn)行保障能力。

ADS-B技術(shù)能為機(jī)場運(yùn)行提供精確、實(shí)時和豐富的航空器監(jiān)視信息，進(jìn)一步優(yōu)化地面滑行，提高跑道運(yùn)行效率，防止跑道入侵，提升機(jī)場運(yùn)行監(jiān)控水平。

（3）提高航空公司運(yùn)行監(jiān)控能力。

ADS-B技術(shù)能使航空公司對國內(nèi)國際航班實(shí)現(xiàn)全程實(shí)時監(jiān)控，提高運(yùn)行管理主動應(yīng)對能力，進(jìn)一步提升運(yùn)行控制水平，更好地為旅客提供航班信息服務(wù)。

（4）增強(qiáng)通用航空監(jiān)視能力。

ADS-B技術(shù)的應(yīng)用，將有效加強(qiáng)低空空域的監(jiān)視，從而更好地保障通用航空飛行安全，實(shí)現(xiàn)軍民航監(jiān)視信息共享，促進(jìn)通用航空持續(xù)健康發(fā)展。

4 結(jié)語

作為一種新型監(jiān)視技術(shù)，ADS-B技術(shù)為CNS/ATM的實(shí)現(xiàn)提供重要基礎(chǔ)，這也是新型飛機(jī)研制時必須考慮實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。國內(nèi)飛機(jī)制造商對ADS-B技術(shù)的研究與應(yīng)用還處于起步階段，因此對ADS-B技術(shù)的研究為其在新型飛機(jī)上的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] Millen S.ARINC 660B. CNS/ATM AVIONICS ARCHITECTURES SUPPORTING NEXTGEN/SESAR CONCEPTS [C]//Integrated Communicalions，Navigation and Surveillance Conference.2014.

[2] CAAC.IB-FS-2008-002，廣播式自動相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）在飛行運(yùn)行中的應(yīng)用[Z].2008.

[3] 中國民用航空局.中國民用航空ADS-B實(shí)施規(guī)劃[Z].2015.