廣播式自動相關視聽系統(tǒng)在通用航空領域的應用

1面空及地面設備as-b是利用空間數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)完成交通監(jiān)測和信息傳輸?shù)男孪到y(tǒng)。國際民航組織(ICAO)確定將其作為未來監(jiān)視技術發(fā)展的主要方向,國際航空界正在積極推進該項技術的應用,一些航空發(fā)達國家已將其投入使用。與地面雷達系統(tǒng)相比,ADS-B能提供更加實時和準確的航空器位置監(jiān)視信息,并且維護費用低,使用壽命長,而建設成本只有前者的十分之一左右。使用ADS-B可以增加無雷達覆蓋區(qū)域的空域容量,減少有雷達區(qū)域對雷達多重覆蓋的需求,大大降低空中管制系統(tǒng)的運行費用。ADS-B還可為航空器提供各種交通信息,傳送天氣、地形、空域限制等飛行信息,使機組更加清晰地了解周邊的交通情況,提高機組的情景意識,并可用于航空公司的運行監(jiān)控和管理,為高效、安全的飛行奠定基礎。ADS-B技術在國際上的研發(fā)已進行了多年,美國、歐盟和俄羅斯在不同模式方面的應用研究都取得了實際成果,近幾年在美國、澳大利亞等國逐漸進入了實際應用階段。在我國,中國民航飛行學院在民航局的支持下,從2005年開始使用UAT系統(tǒng)。目前學院已完成了七種機型近200架飛機的機載設備加裝,在學院所屬的新津、廣漢、洛陽、綿陽分院及遂寧航站完成5個地面基站的建設以及基站間的網(wǎng)絡連接工作。目前已經(jīng)能完成對本場訓練的初、中級以及高級教練機進行實時、準確的跟蹤監(jiān)控,飛機之間也可以互相了解對方的位置和高度,提高了飛行訓練的安全性,為UAT系統(tǒng)在我國通用航空的使用進行了有意義的探索。民航局空管局計劃在雙流機場、九寨機場各安裝一套ADS-B地面設備。這兩套系統(tǒng)目前已經(jīng)完工,成都至九寨航路上將實現(xiàn)全程ADS-B監(jiān)視。該航路采用1090ES,雷達覆蓋區(qū)域和ADS-B覆蓋區(qū)域大部分重疊,以便進行雷達與ADS-B監(jiān)控的對比。民航空管局還計劃在西部一些航路實施ADS-B監(jiān)視。隨著我國民航事業(yè)的快速發(fā)展,ADS-B將是保障飛行安全、提高運行效率、增大空中交通流量、減少建設投資的重要技術手段,也是我國由民航大國向民航技術強國邁進的重要標志。2基本數(shù)據(jù)鏈使用ADS-B共有3種數(shù)據(jù)鏈路:1)978MHz通用訪問的UAT收發(fā)機;2)1090MHz的S模式應答機擴展電文數(shù)據(jù)鏈(1090ES);3)模式4的甚高頻數(shù)據(jù)鏈(VDL-4)。由于ADS-B系統(tǒng)目前處于系統(tǒng)發(fā)展的初期,還存在著1090ES、UAT、VDL4這三種數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的互相競爭。VDL4主要應用于北歐一些國家的場面監(jiān)視方面,實際應用較少。目前主要使用的系統(tǒng)只有UAT與1090ES兩種系統(tǒng)。一般認為:1090ES將應用于商業(yè)運輸航空領域,UAT數(shù)據(jù)鏈主要應用于通用航空領域。1090ES對機載設備改裝要求不高,可以利用現(xiàn)有的S模式應答機,因此得到了運輸飛機制造商的支持,目前大多數(shù)進行ADS-B運行和試驗的國家采用的都是該系統(tǒng)。相比于UAT系統(tǒng),1090ES具有強大的信息傳輸能力,對于未來發(fā)展ADS-B功能具有較大的優(yōu)勢。UAT系統(tǒng)則以其機載設備簡單,靈活度高和成本低而在通用航空領域占有一席之地。由于1090ES和UAT系統(tǒng)不能簡單進行連接,裝備了一個數(shù)據(jù)鏈的飛機不能直接接收裝有另一個數(shù)據(jù)鏈的飛機的信息,機載設備的兼容和與地面系統(tǒng)的匹配將是對雙傳輸媒介系統(tǒng)(UAT和1090ES)共存的一大挑戰(zhàn)。31090es和eat系統(tǒng)的特點和附加功能3.11次雷達及應答機1090ES是基于二次監(jiān)視雷達(SSR)的S模式擴展電文報告(ES)的功能。A/C模式的二次雷達使用比較廣泛,但這兩種模式的數(shù)據(jù)傳輸內容非常有限,因此國際民航組織(ICAO)把發(fā)展S模式二次雷達作為一種非常重要的監(jiān)視方案進行推廣。1090ES的頻率為1090MHz,1090ES傳送的數(shù)據(jù)包括24比特飛機識別碼,位置,高度,呼號等。以前出廠裝機的S模式應答機,不能滿足ADS-B對機載系統(tǒng)性能的需求,需要對應答機的軟硬件進行升級。但目前商業(yè)生產(chǎn)的S模式二次雷達應答機,已經(jīng)能夠滿足ADS-B的需求。3.2工作在+x射線UAT是美國聯(lián)邦航空局提出的一種數(shù)據(jù)鏈路格式,工作在978MHz,雙向傳輸。UAT模式的機載收發(fā)機為專用的通用訪問收發(fā)機(UAT),機載和地面收發(fā)機采用978MHz的收發(fā)頻率。3.3自動監(jiān)視和顯示TIS-B:ADS-B地面站接收航空器發(fā)送的ADS-B位置報文,將這些數(shù)據(jù)傳遞給監(jiān)視截獲器,同時它也接受雷達和其它監(jiān)視設備接收到的數(shù)據(jù)。監(jiān)視截獲器將這些數(shù)據(jù)融合為統(tǒng)一的目標位置信息,并發(fā)送至TIS-B服務器。TIS-B服務器將信息集成和過濾后,完成空中交通監(jiān)視全景信息,再通過ADS-B地面站發(fā)送給航空器。這樣機組就可以獲得全面而清晰的空中交通信息。TIS-B的應用可以讓使用ADS-B不同數(shù)據(jù)鏈類型的用戶都可以通過對應的ADS-B機載設備獲得周邊的空域運行情況,從而做到了間接互相可見。(2)飛行信息服務廣播FIS-B(FlightInformationService-Broadcast)FIS-B:ADS-B地面站向航空器傳輸氣象、航行情報等信息。這些信息可以是文本數(shù)據(jù),也可以是圖像數(shù)據(jù)。文本格式的氣象信息包括實況報(METAR)、特選報(SPECI)和機場天氣預報(TAF)等。圖像格式的信息包括雷達混合圖像、臨時禁飛區(qū)域和其它航行通告信息等(NOTAM)。FIS-B使機組可以獲得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。410雙數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)dual-專業(yè)1090ES目前在TCAS、SSR等領域得到了廣泛的應用,技術比較成熟,但是現(xiàn)有的S模式地面設備基本不具備上行數(shù)據(jù)傳送能力。考慮到1090ES要支持TCAS防撞系統(tǒng)、MDL多點定位系統(tǒng)、SSR二次雷達等多項業(yè)務,1090ES鏈路自然比較擁擠,另外,目前飛機上已使用的S模式應答機還不具備ADS-B功能,需要升級應答機的軟件和硬件,升級費用也不低。通用航空飛行在全球相對運輸航空來講也是比較繁忙的,例如在美國通用航空占了全美總飛行流量的1/3,非常需要動態(tài)、實時的信息服務,而這些飛機一般安裝的是A/C模式的應答機,無法使用1090ES系統(tǒng),即使有些新出廠的飛機安裝了S模式應答機,由于設備簡單,升級為滿足1090ES的ADS-B也很困難。這樣,通航飛機只得選裝UAT系統(tǒng)。UAT系統(tǒng)的機載部分簡單,設備費用低廉。美國通用航空飛行選擇了UAT數(shù)據(jù)鏈。目前國際上一些廠商為了解決數(shù)據(jù)鏈不兼容的問題推出了雙數(shù)據(jù)鏈結構的接收設備,這些設備一般工作在UAT數(shù)據(jù)格式下,當接收到1090ES數(shù)據(jù)時,其內部電路將1090ES數(shù)據(jù)轉換為UAT數(shù)據(jù)格式。這種設備雖然做到了全面兼容1090ES數(shù)據(jù)鏈和UAT數(shù)據(jù)鏈,但是其造價也相應增加,這些價格上的增長使這種雙頻接收機在通用航空領域的應用受到了一些影響。為同時滿足空管監(jiān)控運輸航空和通用航空的需要,可采用雙數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)構型(Dual-LinkSystem)(含1090ES和UAT)。從空域的高度劃分來講,在18000ft以上,運輸飛機使用1090ES,18000ft以下,通航飛機使用UAT系統(tǒng)。從圖1可見,有三路獲得飛機的位置信息:1)通過UAT數(shù)據(jù)鏈基站獲得安裝有UAT系統(tǒng)飛機的位置信息;2)通過1090ES數(shù)據(jù)鏈基站獲得安裝有1090ES系統(tǒng)飛機的位置信息;3)通過地面的二次雷達,獲得空域的飛機位置信息。所有這些信息匯總到監(jiān)視截獲器后,融合為統(tǒng)一的目標位置信息,送到空管機構實時監(jiān)控飛機,該數(shù)據(jù)為空域的所有飛機位置信息。UAT飛機獲得的信息:首先通過廣播獲得周圍空域安裝UAT飛機的位置信息,其次1090ES系統(tǒng)的飛機位置信息和二次雷達獲得的飛機信息,到監(jiān)視截獲器后,經(jīng)過TIS-B服務器,到UAT數(shù)據(jù)鏈基站,同時通過FIS-B,把氣象和航行情報等信息,也傳送到UAT數(shù)據(jù)鏈基站,通過基站向外廣播,安裝有UAT系統(tǒng)的飛機接收這些信息。這樣,安裝有UAT系統(tǒng)的飛機,一方面通過廣播,獲得周圍空域安裝有UAT系統(tǒng)的飛機位置信息,另一方面通過TIS-B獲得安裝有1090ES的飛機位置信息(如運輸航空器)和通過二次雷達獲得沒有安裝ADS-B系統(tǒng)的飛機信息(僅安裝有A/C模式應答機的航空器),通過FIS-B獲得氣象和航行情報等信息。1090ES飛機獲得的信息:首先獲得周圍空域安裝有1090ES飛機的位置信息。同樣,利用TIS-B獲得的UAT飛機的位置信息、二次雷達獲得的飛機信息以及利用FIS-B獲得的氣象等信息,通過1090ES數(shù)據(jù)鏈基站上傳到安裝有1090ES飛機(注:現(xiàn)有的基站還不具有數(shù)據(jù)上傳功能,今后設備升級后可實現(xiàn))。因此它也可以得到與安裝有UAT一樣的數(shù)據(jù)。綜上所述,不論飛機上安裝的是UAT或1090ES系統(tǒng),通過雙數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)均能獲得周圍空域飛機的位置信息和氣象飛行情報等信息。如果沒有安裝ADS-B系統(tǒng),僅安裝有A/C模式應答機的飛機,則不能獲得周圍空域飛機的位置信息。另外,UAT數(shù)據(jù)鏈基站和1090ES數(shù)據(jù)鏈基站通過多路數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)關,雙向進行數(shù)據(jù)交換。從圖2可見,在高高度(18000ft以上),安裝有1090ES系統(tǒng)的飛機通過TCAS獲得周圍空域飛機的位置信息。在低高度(18000ft以下),安裝有UAT系統(tǒng)的飛機,直接獲得安裝有UAT系統(tǒng)飛機的位置信息。另外,通過TIS-B獲得沒有安裝UAT或1090ES系統(tǒng)飛機的位置信息,最后通過FIS-B飛機獲得氣象和航行情報等信息。以上這種雙數(shù)據(jù)鏈構型既滿足了運輸航空1090ES利用現(xiàn)有設備實現(xiàn)ADS-B功能時設備改動的最小化,同時又滿足了通用航空通過UAT實現(xiàn)ADS-B功能時成本的最低化。這是未來ADS-B技術的發(fā)展趨勢。(下轉第10頁)5雙數(shù)據(jù)鏈型鋼網(wǎng)絡uat目前一些大型航空公司表