广播式自动相关监视(ADS-B)在空中交通管制中的应用分析

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热度0票  浏览132次 时间：2021年1月18日 15:38

张 浩

（中国民用航空华北地区空中交通管理局天津分局）摘要：现代民航发展的空中交通管制是主要工作，一定程度保证了飞行器的安全和空中交通的通畅。因此，航空界始终在研究怎样提高交通管制的水平。近年来，随着 ADS-B 技术的应用和推广，相关研究也在逐渐深入，为空中交通管制的精准定位和管制规范提供了技术支持。因此，本文将结合工作经验，在 ADS-B 技术原理和优势分析的基础上，分析其在空中交通管制中的应用。

关键词： ADS-B ；系统原理；空中交通管理；应用引言

航空运输的发展和飞行流量的增加，使中国空中交通管制面临严重的考验，频繁出现了空域和机场拥挤、航班延误等问题，给航空公司带来巨大的经济损失。传统二次雷达监视手段的自身缺陷，使其无法达到航空业的发展需求。因此将 ADS-B 作为通信手段，建立一个动态空管设备系统具有一定的现实意义。

1 ADS-B技术的原理和系统优势

作为民航空管部门的核心管制指挥系统，空管自动化系统能够通过数据信息采集为飞行员以及管制员工作开展提供支持，尤其对于各种异常问题能够给出告警。空管自动化系统能够综合收集 ADS-B 、多点定位、雷达处理以及场面监视的所有数据，并进行处理，最终得到空中航空器的运行状态，并以此为依据制定飞行计划等。随着空中交通监视技术的应用和发展， ADS-B 技术在推广中应用越来越广泛。主要应用于位置、地速、航迹信息等飞行数据的传递。这些信息能够通过地空数据链传递回地面站以及管制中心，将 ADS-B 技术引入到空管自动化系统中，能够提高信息采集、传递的实时性与可靠性，实现实时空空监控。

1.1 系统原理

ADS-B 系统不仅需要基础的地面设备，而且还要部署必要的机载设备，其系统的原理图如图 1 所示。其中机载设备对 GNSS 定位信息、高度表数据整合处理，产生下行链路的数据内容，地面设备解码下行数据得到追踪飞机航行的数据，反馈在地面空管系统设备上，在空管系统覆盖区域内实现空域管制；地面设备通过地面台站网管获取地基雷达和气象雷达数据，对其加工处理得到上行数据链路内容，传递至机载设备，使飞机与飞机之间互通交通信息，并显示气象信息。

图 1 广播式自动相关监视原理图

ADS-B 的应用，不仅仅进一步降低了技术成本，而且提高了监控精度，在未来空中交通服务的发展和应用中具有广阔前景。 ADS-B 技术在大数据技术和我国高速发展的卫星定位技术支持下，通过卫星定位技术获得飞机等航空器的位置信息，机载设备中的 GPS 和卫星定位结合来获得实时定位，然后飞机位置信息能够实时（固定时间间隔）通过地 / 空数据链技术传输到地面交通管制部门，以供交通管制部门进行管理，了解地面和空中飞机运行情况。同时地面空管部门还能够将这些信息进行传递共享，让所有的飞行物和航空器了解地面以及空中情况。

1.2 系统优势

传统的空中监视系统，技术不够完善，主要承担空对空的监视任务，对于飞行器的安全飞行保障不足。但是，随着 ADS-B 技术的推广和应用，在实现空对空监视的基础上，进一步实现了实现了地对空监视，安全性大大提高。

1.2.1 提供精准和高效的信息

和雷达系统的功能相比较，雷达监视是依赖于一次雷达首先进行位置的准确定位，然后借助二次雷达实现地面向飞机的信号传输，飞机接受信号之后将速度和高度等相关信息反馈回来。而 ADS-B 技术则是依赖接受卫星信号，然后将相关的高度和速度等信息传输给地面指挥中心，该过程依赖于 ADS-B 数据链的信息传输。

1.2.2 进行飞行预警

要保证空中交通管制的飞机飞行安全，就要保证必要的飞行间隔。不同的机型与速度，加大了调配间隔航班管制和飞机训练的操作难度，加之管制员工作压力较大，难以彻底避免飞行冲突。引入 ADS-B 监视技术以后，飞机间准确把握彼此的位置，有效预防接近危险，完成自动导航。

1.2.3 提高空间资源利用率

采取传统管制无法顺利达到飞行目标，应用 ADS-B 监视技术以后，一定程度缩小了安全间隔，不只达到了飞行员的训练要求，还减轻了资源紧缺的压力。

2 空中交通管制中ADS-B的应用

2.1 飞机识别

识别飞机的方式包括以下几种：

（ 1 ）以 ADS-B 标牌明确飞机标志，表现出极高的精确性；（ 2 ）科学观察编码，在管制范围内有效识别飞机航空器的转弯操作，保证飞机的飞行能够保持在安全高度。

2.2 位置报告

在报告飞行的位置和速度时，以短波方式实现高效的联系，但该种方式产生了不同的安全威胁，科学应用 ADS-B 技术，由机载设备报告飞机的位置，提高了空中交通管制的效率。

借助 ADS-B 技术，管制员能够获取到航迹等相关信息并进行进一步的分析和处理，将其与某个 ADS-B 位置报告进行关联。一旦空管系统接受到 ADS-B 具体数据之后了，会在空中交通态势显示器中显示目标位置，通过空心三角形进行标识。对于有速度信息的拓展报告，则会以一个实心三角形进行表示。对于空心 / 实心三角形，一般连接两条线形标牌，分别用于表示飞行高度和 ADS-B 报告时间戳。

2.3 借助 ADS-B 技术进行科学引导

利用 ADS-B 技术实现引导的过程中，管制者可借助屏幕内的飞行状况，提升飞行的安全水平。管制者在引导过程中保证飞机安全飞行，要求飞行员了解飞行的位置，飞行员根据管制者下达的指令，严控飞机之间的距离，从而加速流量。

2.4 提供飞行预警

飞机在空中飞行时，通过保持间隔来确保安全。而飞机的间隔需要由地面的管制员进行监测、调控和指挥，但是受到飞机流量增大等多种因素的影响，会使得管制员在调控的过程中难免出现诸多失误。所以，飞行预警对于民航的飞行训练具有重要意义，如果两架飞机在飞行过程中间隔距离不达标时，系统就会自动报警，这为管制员积极采取有效措施和指挥提供了保障。

3 应用ADS-B技术优化空管中心系统

在发展卫星通信与空地数据链技术中，雷达绝不是唯一的空管监视措施，要保证空中交通管制工作的高效率和科学性，还要借助于自动化空管系统。本文在研究过程中选取了乌鲁木齐空管系统，结合笔者工作经验，分析其在近些年的发展中综合应用了自动化技术和 ADS-B 技术，已经实现了系统和各站点的数据引接，但监视信号与子网交换机缺少有关的安全防护措施，各地面站 ADS-B 数据彼此影响，故而要不断优化该系统。

3.1 故障现象

在 11:08 管制部门发现主用自动化系统航班的大面积掉标牌，立即切换备用自动化系统，使系统持续运行，主用自动化系统在 11:09 恢复航迹。

系统管理时回放数据，雷达管制屏幕在 11:08 ： 18 发生大面积的航班掉标牌，其雷达的航迹逐步消失，同时的推测航迹也已经没有了，而计划航迹始终存在，在 11:11:20 自动化航迹正常运行，同时备用自动化航迹恢复常态。远程进入主用监视数据处理服务设备，连接主用监视源前置处理服务设备，对目录日志检查后发现数据较高，数据恢复正常时自行释放且归零；对日志两个进程 CETC_NET 、 CETC_NETRADCPU 的占用率检查可知，其超过 3% ；检查 home/atc/log 日志，该过程中某个站点的 ADS-B 数据持续剧增，比其他站点的数据量高许多。

通过检查以上日志， ADS-B 地面站数据与自动化系统连接形成一定的风险。 ADS-B 交换机内各地面站数据彼此影响，在某一时间内快速增加了交换机端口数据，进而引发系统故障。

3.2 交换机访问控制列表配置

CISCO 交换机方位控制列的规则可知，对控制列表指令组逐步访问，只要该过程出现一条匹配，便结合规定选择允许或拒绝动作，如全部指令都无法匹配，拒绝是默认的动作。此外，在交换机对应端口由扩展访问控制列表，科学运用指令组，严禁其他数据包通过。 ADS-B 地面站点以 A-G 为例：

表1 地面站IP及交换机端口规划

利用三层交换机形成 ADS-B 地面站数据，然后能偶实现和 SFP 服务器的同步连接。根据 A 地面站设置交换机：对扩展访问控制列表指令组 101 合理设计，借用 ADS-B 交换机使 A 地面站 A 机、 B 机将数据包传递给监控终端，这一端口拒绝接收其他数据包。

3.3 数据传输方式和地址规划

按照 ADS-B 数据处理中心的系统要求，按照需求与本区域、邻近区域的 ADSN 数据有效连接，经加工处理后将动态监控信息提供给区域管制中心，并向数据处理中心传输综合监视信息。用户指定输出接口为组播、单播和广播；科学配置组播路由实现 UDP 组播。搭建两台三层交换机配合防火墙形成数据处理中心，其发挥了边界审计的作用，以合理的原则搭配综合监控信息组播地址和三层交换机，并输入有关的安全防控措施。规划综合监控信息组播地址时满足以下要求：

（ 1 ）在事先预定的组织区域内规划地址，并且保证未被使用。

（ 2 ）为防止与航迹、飞行数据产生冲突，应对组播地址科学规划。

结束语

ADS-B 技术有较高的精确度，应用间隔小，成本投入少，空对空的监测手段有利于获取机上与空中的数据，增大了监视范围，增强了座舱图形与防雷达的显示功能，锻炼了飞行员的预测航迹和情景感知的能力，使飞行员建立空中交通的处境意识。而地对空的监视手段，帮助管理人员科学指挥飞机，保证飞行安全。由此可知， ADS-B 在发展我国新航行系统中发挥了巨大的作用。

参考文献

[1] 刘海涛 , 李少洋 , 秦定本 . 共信道干扰环境下星基 ADS-B 系统监视性能 [J]. 航空学报 , 2019, 40(12).

[2] 张思远 , 李仙颖 , 沈笑云 . 基于 ADS-B IN 的冲突预测与多机无冲突航迹规划 [J]. 系统仿真学报 , 2019 ， 22(8).

[3] 覃睿 , 史娅琪 , 王明科 . 面向低空飞行安全监视的 ADS-B 地面站空间布局规划方法 [J]. 重庆交通大学学报 ( 自然科学版 ), 2018, 37(7).