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    二次雷達與ADSB廣播式自動相關監視的對比

    更新:[2017-07-30 18:18:42]    點擊:

    二次雷達與ADSB廣播式自動相關監視的對比


     

      1.ADS-B的基本原理

      機載ADS-B通信設備廣播式發出來自機載信息處理單元收集到的導航信息,接收其他飛機和地面廣播信息后經過處理送給機艙綜合顯示器。機艙綜合信息顯示器根據收集的其他飛機和地面的ADS-B信息、機載雷達信息、導航信息后給飛行員提供飛機周圍的態勢信息和其他附加信息(如:沖突告警信息,避碰策略,氣象信息等)。

      ADS-B系統是一個集通信與監視于一體的信息系統,由信息源、信息傳輸通道和信息處理與顯示三部分組成。ADS-B的主要信息是飛機的4維位置信息(經度、緯度、高度和時間)和其他可能附加信息(沖突告警信息,飛行員輸入信息,航跡角,航線拐點等信息)以及飛機的識別信息和類別信息。此外,還可能包括一些別的附加信息,如航向、空速、風速、風向和飛機外界溫度等等。

      根據相對于航空器的信息傳遞方向,機載ADS-B應用功能可以分為發送(OUT)和接收(IN)兩類。

    ADS-B的主要信息是飛機的4維位置信息

      1)ADS-B OUT

      ADS-B OUT是指航空器發送位置信息和其他信息。機載發射機以一定的周期發送航空器的各種信息,包括:航空器識別信息(ID)、位置、高度、速度、方向、和爬升率等。地面系統通過接收機載設備發送的ADS-B OUT信息,監視空中交通狀況,起到類似于雷達的作用。

      ADS-B發送的航空器水平位置一般源于GNSS系統,高度源于氣壓高度表。

      目前GNSS系統的定位精度已經達到了10米量級,因此ADS-B的定位分辨率也可達到10米量級。而雷達設備因為有固有的角分辨率限制,監視精度相對較低,且無法分辨距離過近的航空器。

      2)ADS-B IN

      ADS-B IN是指航空器接收其他航空器發送的ADS-B OUT信息或地面服務設備發送的信息,為機組提供運行支持。

      ADS-B IN可使機組在駕駛艙交通信息顯示設備(CDTI)上“看到”其他航空器的運行狀況,從而提高機組的空中交通情景意識。圖2為機載交通信息顯示設備。

      ADS-B地面站也可以向航空器發送信息,具體分為兩類:空中交通情報服務廣播(Traffic Information Service-Broadcast,TIS-B)和飛行信息服務廣播(Flight Information Service–Broadcast, FIS–B)。

      TIS-B:ADS-B地面站接收航空器發送的ADS-B位置報文,將這些數據傳遞給監視數據處理系統(Surveillance Data Processing System, SDPS),同時SDPS也接收雷達和其他監視設備的數據,SDPS將這些數據融合為同意的目標位置信息,并發送至TIS-B服務器。TIS-B服務器講信息集成和過濾后,生成空中交通監視全景信息,再通過ADS-B地面站發送給航空器。這樣機組就可以獲得前面而清晰的空中交通信息。TIS-B的應用可以使ADS-B不同數據鏈類型的用戶獲得周邊空域運行信息,從而做到間接互相可見。

      FIS-B:ADS-B地面站想航空器傳送氣象、航行情報等信息。這些信息可以是文本數據,也可以是圖像數據。文本格式的氣象信息包括日常報(METAR)、特選報(SPECI)、機場天氣預報(TAF)等。圖像格式的信息包括雷達混合圖像、臨時禁飛區和其他航行信息。FIS-B使機組可以活的更多的運行相關信息,及時了解航路氣象狀況和空域限制條件,為更加靈活而安全的飛行提供保障。

      2.與二次雷達相比ADS-B的優勢與劣勢

    機組可以獲得前面而清晰的空中交通信息

      首先在成本上ADS-B建設投資只有二次雷達的十分之一左右,并且維護成本低,使用壽命長。沿海地區空管技術部門在雷雨季節到來之際,為避免雷達遭受雷擊,都會申請關閉雷達,一旦雷達被雷擊,維修成本是非常高的,ADS-B則不存在這些問題。

      其次ADS-B可提供比二次監視雷達更多的目標信息,可實現空-地監視、空-空監視和地-地監視,定位精度更高,更新率更快,地面站建設簡便靈活且不受地形限制,各地面站可獨立運行。在某些雷達信號無法覆蓋的區域,ADS-B可以作為可靠的補充手段,加強地面對空中飛行器的監視能力。由于ADS-B定位精度高,因而對減小航空器的間隔標準,優化航路設置,提高空域容量等都具有積極作用。而在雷達覆蓋的區域,地面監視可以同時使用二次雷達和ADS-B作為監視信息源。可以縮小雷達覆蓋邊緣區域內航空器的最小間隔標準,并且減少所需要的雷達數量。

      同時ADS-B技術也具有其局限性,由于其依賴全球導航衛星系統對目標進行定位,所以ADS-B本身不具備對目標位置的驗證功能。如果航空器給出的位置信息有誤,地面站設備(系統)無法辨別。在全球導航衛星系統失效情況下,ADS-B不能正常工作。并且如果飛行器上沒有裝備ADS-B機載設備,地面監視終端是無法顯示航空器的信息的,因此如果要大力推廣ADS-B系統,必須制定標準,讓出廠飛行器加裝ADS-B機載設備。

      3.兩者在國內的應用現狀

      2007年第一部S模式THALES雷達引入我國,S模式雷達在空管使用的數量逐年增加。2010年S模式雷達首次在西部航路投入使用。隨著S模式雷達在我國全面推廣使用,越來越多的S模式系統投入使用,各S模式雷達處于相對獨立的初級使用階段,在雷達管制航路上已經實現雷達信號覆蓋無盲區,尤其在一些熱點航路和終端區上有多個相鄰雷達信號實現多重覆蓋,比如珠三角地區有珠海雷達、澳門雷達、深圳雷達和廣州雷達等多部雷達信號覆蓋該區域航路。但是不是每個地區都有條件實現多雷達覆蓋,一是建設成本較高,一部二次雷達的投資建設可能幾百上千萬,而且后期維護成本也不低;二是一些地區的地形地貌可能會影響雷達信號的覆蓋,因此不適合雷達的架設。

    目前來說已知最早的ADS-B強制要求是在2010年11月的加拿大哈德森灣

      鑒于ADS-B的種種優勢世界范圍內都在積極推進ADS-B系統的建設,目前來說已知最早的ADS-B強制要求是在2010年11月的加拿大哈德森灣,在那里尾隨間隔將從80海里縮小到5海里。另外澳大利亞在2013年12月開始強制實施ADS-B運行。由于澳大利亞西部大部分空域沒有被雷達系統覆蓋,所以他們選擇了ADS-B監視,以避免昂貴的雷達系統建設費用和維護費用。

      我國ADS-B實施遵循“西部先試先行、由西向東穩步推進”原則,運輸航空采用1090 ES數據鏈,而通用航空采用1090 ES和UAT兩種數據鏈并行。1998年開始探索新航行系統發展,利用中國西部地區開辟歐亞新航路的戰略機遇,啟動基于ADS的L888航路建設,并裝備ADS-C監視工作站和在北京建立網管數據中心,該系統于2000年完成評估和測試并投入運行。2004年北京、上海、廣州三大區域管制中心相繼建成,其配套的空管自動化系統都具備了ADS航跡處理能力。2008年完成成都九寨ADS-B應用監視系統工程,在成都機場和九寨機場各安裝一套ADS-B地面站,同時配合使用ADS-B監視系統和ADS-B數據分析評估軟件。同年在西沙雷達站建設地面站作試驗,并于2009年升級海口管制中心Telephonics自動化系統和引入該ADS-B信號進行融合顯示。2010年完成成都-拉薩航線監視工程,建設5個地面站,實現成都-拉薩主要高度層的ADS-B單重連續覆蓋。2011年空管部門制定1090地面站(接收)設備技術要求和測試要求,努力推行1090ES地面站設備入網許可測試。此外,中國民航飛行學院是國內第一家完整使用ADS-B用于飛行監控的單位,選擇UAT數據鏈,包括建設5個地面站,加裝234架飛機機載設備,并設計建立ADS-B類雷達管制運行的標準程序。

      4.兩者發展前景設想

      如果說二次雷達是管制員的“眼睛”,那么ADS-B完全可以充當飛行員的“眼睛”。飛行員可以通過CDTI實時觀察空中其他飛行器的動態,大大提高飛機運行中的交通情況覺察能力,從而實現主動避讓。另外豐富的擴展信息能讓飛行員實時掌握更多有利于飛行的資訊。

    ADS-B完全可以充當飛行員的“眼睛”

      地面監視同時使用二次雷達和ADS-B作為監視信號源,可以縮小雷達覆蓋邊緣區域內航空器的最小間隔標準,并減少所需雷達數量。在雷達無覆蓋的區域,ADS-B可以取代雷達,作為地面監視的唯一信號源,加強對空中航空器的監視與管控。澳大利亞的空管范圍占目前全球空域的1/11,而其雷達數量卻僅僅相當于我國上海飛行情報區的雷達數量,正是由于澳大利亞對ADS-B技術的超前規劃和大膽應用。相比之下,我國在ADS-B的實用技術研究、機載設備配備、地面系統建設、飛行和管制人員的操作技能培訓等方面,還缺乏現實可行的規劃安排。

      ADS-B技術是未來航空監視技術發展的趨勢已是不爭的事實,如何完成從二次雷達到ADS-B的過渡,以及在什么情況下使用ADS-B管制和如何制定ADS-B管制下的標準是中國航空事業將要面臨的重要課題。

      5.結語

      伴隨著中國航空事業的不斷發展壯大,空域、流量等問題也不斷突出,航班延誤、流量控制弄得乘客怨聲載道。ADS-B這種新技術的出現,由于其先進的技術優勢(比如定位精度高,對縮小航空器最小間隔有著積極的作用,因而可以增加單位空域內的流量,從而提高航班正點率),未來必然替代二次雷達成為民航管制監視的重要手段。但并不是說二次雷達甚至一次雷達就沒有其存在的意義了,因為ADS-B機載設備并不能保證百分百不出故障,一旦出現故障,還是需要依靠雷達來進行監視。因此,在保證現有二次雷達覆蓋的同時,大力發展ADS-B技術,加強人員培訓,制定ADS-B運行標準,對中國航空事業的發展有著深遠的意義!

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