星基ADS-B系統初探

【學術plus】 新添加號內搜索功能！

→輸入關鍵詞→一鍵檢索您需要的文章。快來試試！

星基ADS-B系統初探

學術plus 觀察員 高書亮

1

ADS-B基本概念

ADS-B（廣播式自動相關監視，Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）是一種旨在提高現代空中交通管理效率和安全性能的新型空域監視技術。飛機可通過標準化的數據鏈報文格式，不間斷的將高度和速度、身份信息、GPS位置等重要飛行數據實時的發送至周圍飛機和空中交通管制（ATC）系統，從而進一步強化了管制員和飛行員的態勢感知能力，對提升空中運行安全水平、空域容量與運行效率具有重要作用。ADS-B技術具有位置報告精度高、數據更新及時等優點，更為重要的是由於該技術基於自主位置報告，有望擺脫傳統的一、二次雷達監視受制於地面建站條件限制，可望實現對偏遠地區的空域監視覆蓋。

由於目前ADS-B技術主要基於1090 ES數據鏈進行數據廣播，實際使用中往往面臨收發距離近，航路覆蓋範圍小、無法進行全航線監視等問題，對於擴展監視空域，提高協同決策效率不利，為此基於衛星通信手段的星基ADS-B技術正在逐步釀。

2

當前進展

2017年3月起，星基ADS-B技術的領先者美國Aireon公司聯合航空導航服務提供商NAV Canada和衛星移動通信服務商銥星開始了相關飛行試驗，目前已累計進行了三次試驗：

第一次試驗於3月7日進行，在這一次試驗中，通過對一架加拿大龐巴迪飛機進行機載天線改裝，加裝了包括機背和機腹的ADS-B收發天線以及Aireon公司研製的機載監視信息處理機，飛機先後穿越蒙特利爾、溫尼伯和埃德蒙頓等飛行情報區，在這一過程中累計接收了近7000條ADS-B數據報文，經處理分析，發現報文內容與預設航跡及地面接收報文完全吻合。

第二次試驗於3月20日進行，私營航空服務供應商Polaris Flight Systems採用豪客比奇飛機進行改裝，完成了飛越阿爾布開克飛行情報區的驗證飛行，飛行過程中累計完成了1050條ADS-B數據報文的正確接收。

第三次試驗於3月30日進行，美國聯邦航空局FAA採用一架名為飛行實驗室的龐巴迪飛機完成了飛越華盛頓和紐約飛行情報區的驗證飛行，飛行過程中累計完成了2462條ADS-B數據報文的正確接收。

3

系統剖析

星基ADS-B系統在充分繼承原有的陸基ADS-B地面基礎設施和數據介面規範的基礎上，採用搭載ADS-B負載的專用或通用通信衛星平台，及時接收、解譯和下傳飛機通過衛星數據鏈上行發送的ADS-B數據報文，並將這些報文送到相關的地基傳輸網，相關數據在相應的地面運行控制中心進行解碼和驗證後通過適當方式分發到各個用戶。

目前，星基ADS-B系統的運行主要依賴幾個因素：

（1）合適的衛星星座

由於採用衛星作為信息轉發的鏈路，因此必須具備健全的衛星通信星座。鑒於航空監視對於安全性的嚴格要求，這一星座必須具備轉發時延小、軌道覆蓋全、系統故障率低、具備星上處理和存儲能力等特點，目前Aireon公司選定銥星下一代系列通信衛星（Iridium NEXT）作為相應的天基鏈路。銥星下一代衛星屬於近地軌道（LEO）衛星，使用Ka波段，並具備一定的星間鏈路能力，軌道高度越780公里，預計衛星總量70個，能夠實現對於被北半球航線密集區域的完整覆蓋，並可搭載專用的ADS-B載荷。截至2017年10月，SpaceX公司已完成了前30顆衛星的發射，並計劃後續每2個月左右發射一次，直至完成所有衛星的發射。

圖1 搭載了ADS-B的Iridium NEXT衛星

（2）機載ADS-B設備改裝

由於採用衛星作為ADS-B數據報文傳輸鏈路，使得原有的通信定址方式、網路拓撲、射頻特性等方面出現了一定的差別，因此需要在傳統的1090ES機載ADS-B設備的基礎上進行適當改裝升級，從天線形式與安裝位置、射頻信息處理架構、人機功能介面等幾個方面進行必要調整，使其滿足原有衛星數據的接收、處理和實時解譯要求，從而滿足FAA DO260標準對於ADS-B報文的相關處理性能規範。

（3）地面綜合處理平台

地面綜合處理平台主要承擔由衛星傳來的ADS-B數據報文的接收、處理和分發工作，同時還需根據接收到的數據對星載ADS-B載荷的運行狀態和工作模式進行遠程管理和控制。地面綜合處理平台需要兼容不同衛星通信系統的星座特點、信號格式、數據協議和定址方式，並能夠安全、可靠的與空管信息系統進行交聯，從而確保ADS-B傳輸的安全性和可靠性。

星載ADS-B系統具有服務和傳輸距離遠，不受地形和建站成本等因素限制等優勢，它的應用可以為各類飛行活動提供更多的保障和支持：

1. 星載ADS-B系統可以提供面向全球的飛行航跡監視與跟蹤能力；

2. 星載ADS-B系統可以提供更加全面的實時飛行數據（如位置、高度、剩餘油量等），因此更加準確的指定航班計劃，預測飛行高度和航路，提升飛行管理效率；

3. 星載ADS-B系統可以提供更加完整的大範圍飛行態勢信息，提升飛行員情景態勢能力，從而實時保障飛行安全；

4. 星載ADS-B系統可以提供更加精準的間隔管制能力，優化空域部署，降低管制員工作負擔。

4

小結

近年來，建設大規模航空安全信息網路的步伐正在逐步加快，星載ADS-B系統能夠提供覆蓋範圍更加全面的航行監視服務，對實現遠程航班跟蹤、空域優化管理空難規避和應急搜救等都具有重要的價值，目前國內外正在對這一領域都開展有針對性的研究和探索，從目前情況來看，Aireon公司所建設的星基ADS-B系統還未在衛星上搭載1090ES信號下行載荷，因此還不能實現ADS-B信號的遠程轉接，這也意味著該系統目前僅僅能夠用做飛機狀態跟蹤而非遠程協同監視。在國內，由國防科技大學研製的「天拓三號」微納衛星就搭載了相關載荷，自2015年9月20日發射升空以來，平均每天可接收全球範圍近40萬條ADS-B報文數據，覆蓋範圍超過2000公里，能夠初步實現大範圍的航空信息獲取。未來，隨著相關配套設施的逐步完善，這一技術將會在航空運輸及相關領域發揮更大的作用。

（全文完）

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！