ADS-B技術工作原理及其應用分析概述目錄TOC\o"1-3"\h\u19924ADS-B技術工作原理及其應用分析概述 1313081.1ADS-B工作原理[19] 1253441.2ADS-B數(shù)據(jù)鏈技術 240901.2.1MODES1090ES 3326321.2.2UAT 327331.2.3VDLMODE4 4259021.3ADS-B數(shù)據(jù) 414711.1.1數(shù)據(jù)幀結構 4262371.1.2報告分類 5176311.4ADS-B應用 641161.4.1監(jiān)視 67261.4.2防撞 7223081.4.3輔助進近 7ADS-B的技術含義是：自動（Automatic），無須人工操作即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；相關（Dependent），機載設備決定數(shù)據(jù)是否可用，且數(shù)據(jù)發(fā)送依靠機載設備；監(jiān)視（Surveillance），收發(fā)的數(shù)據(jù)被用來進行監(jiān)視；廣播（Broadcast），把信息用廣播手段進行傳輸，且所有用戶都可接收。1.1ADS-B工作原理REF_Ref5619\r\h[19]ADS-B中包含的信息是空中飛機的標識和類別信息、位置信息、沖突告警和航線拐點信息等。這些信息可以由全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)和機載傳感器獲得REF_Ref5423\r\h[15]。ADS-B系統(tǒng)由機載和地面兩部分組成。機載設備將飛機的位置、速度、標識以及類別等信息廣播出去，供地面和其它飛機接收。地面接收到的廣播信息經(jīng)空中交通管理系統(tǒng)的處理后供地面工作人員進行后續(xù)操作；空中飛機接收到的廣播信息經(jīng)CDTI的處理后供飛行員參考REF_Ref5475\r\h[16]。機載ADS-B設備根據(jù)其信息傳遞方向可分為ADS-BIN和ADS-BOUT。ADS-BOUT是飛機對外發(fā)送其自身數(shù)據(jù)信息，它為飛機的運行提供了支持；ADS-BIN是飛機接收地面設備或其他飛機發(fā)送的信息，它使飛機的交通信息顯示在駕駛艙設備上。地面站向飛機發(fā)送的信息也可分為空中交通情報信息服務廣播（TIS-B）和飛行信息服務廣播（FIS-B）。ADS-B是一個通過信息傳輸通道把信息源傳輸并進行信息處理和顯示的系統(tǒng)，其信息數(shù)據(jù)過程和系統(tǒng)組成如下圖。圖3-1ADS-B數(shù)據(jù)信息處理過程圖3-2ADS-B系統(tǒng)組成REF_Ref5619\r\h[19]1.2ADS-B數(shù)據(jù)鏈技術ADS-B中很關鍵的一部分是數(shù)據(jù)鏈技術。目前，有MODES1090ES、UAT和VDLMODE4三種數(shù)據(jù)鏈技術REF_Ref5537\r\h[17]。1.2.1MODES1090ES1090ES是ADS-B利用S模式應答機來進行工作的。其頻率為1090MHz，數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mb/sREF_Ref5583\r\h[18]。它發(fā)射的信息主要是24位比特碼、高度和呼號，因發(fā)射的消息格式簡單，攜帶信息的能力較弱，所以一個編碼只能傳輸一個特定類型的消息。1090ES采用擴展型不連續(xù)振蕩的方式，每隔1s廣播一次ADS-B信號，該信號由112個信息脈沖構成，具體信息格式如圖3-3所示REF_Ref5619\r\h[19]。圖SEQ圖\*ARABIC3-31090ES的消息格式REF_Ref5619\r\h[19]1.2.2UATUAT是美國為ADS-B設計開發(fā)的一種多用途地空數(shù)據(jù)鏈，其工作頻率為978MHz，數(shù)據(jù)傳輸速率1Mb/s，調制方式為二進制GFSK，采用地面站固定時隙，移動用戶隨機接入的接入方式。UAT的基本單元為幀，一幀即為一秒。每幀的前188ms用于地面站的發(fā)送；剩余的812ms用于移動(空中或地面車輛)用戶的發(fā)送。UAT最小時間度量單位是MSO，每個MSO時長為250usREF_Ref5619\r\h[19]，如圖3-4所示。圖3-4UAT的幀格式REF_Ref5619\r\h[19]1.2.3VDLMODE4VDLMODE4是數(shù)據(jù)鏈用戶使用GNSS進行定位，再通過VDL模式4數(shù)據(jù)鏈將其位置報告廣播出去。通信鏈路上的其他鏈路管理和應用進程可利用廣播出去的位置報告實現(xiàn)鏈路管理功能。VDLMODE4的頻率范圍為118MHz-137MHz,波道頻寬為25KHz，數(shù)據(jù)傳輸率為19.2kb/s，通訊電波采用調相-差分編碼八相位移或調頻-高斯濾波頻率移的調制方式。下表是三種數(shù)據(jù)鏈技術比較REF_Ref5537\r\h[17]。表3-1三種數(shù)據(jù)鏈比較1090ESUATVDLMode4工作頻率1090MHz978MHz建議使用VHF頻段碼速率1MB/s1MB/s19.2Kb/s接入方式隨機接入上行：隨機接入下行：固定分配時隙由GPS同步ICAO文件Annex10等暫無Annex10主要文件RTCADO-242/ARTCADO-282ED108結合民航總局關于ADS-B的技術政策和我國未來空管系統(tǒng)的發(fā)展，我國的ADS-B技術主要采用1090ES數(shù)據(jù)鏈路，部分采用UAT數(shù)據(jù)鏈路，暫不采用VDLMODE4數(shù)據(jù)鏈路。1.3ADS-B數(shù)據(jù)1.1.1數(shù)據(jù)幀結構ADS-B數(shù)據(jù)幀由ADS-B數(shù)據(jù)塊組成，每個數(shù)據(jù)塊包含各個域值REF_Ref20089\r\h[32]，如下圖所示。圖3-5ADS-B數(shù)據(jù)幀結構REF_Ref20089\r\h[32]一個ADS-B報告有14字節(jié)，112比特，分成5大數(shù)據(jù)塊，如表3-2所示。其中，1-5比特位為DF域，它表示該報告是否采用S模式應答機發(fā)射；6-8比特位為CA/CF域，其作用由DF域的值決定；9-32比特位為AA域，它表示飛機的ICAO地址域；33-88比特位為ME消息域，該域包含航空器的諸多元素項REF_Ref5178\r\h[10]；89-112比特位為校驗域PI。表3-2ADS-B報文數(shù)據(jù)塊表ADS-B報文數(shù)據(jù)塊表1-5比特位6-8比特位9-32比特位33-88比特位89-112比特位DF=17CAAAME消息域PI校驗域DF=18CF=000AAME消息域CF=001AAME消息域CF=010-011預留DF=19AF=000AAME消息域AF=000-111預留DF=17表示采用S模式應答機發(fā)射報文；DF=18表示采用非S模式應答機發(fā)射報文；DF=19表示該報告為預留軍事應用。1.1.2報告分類根據(jù)傳輸?shù)男畔㈩愋蛯DS-B報告分為三類，分別是狀態(tài)矢量報告、模式狀態(tài)報告和條件報告。狀態(tài)矢量報告狀態(tài)矢量報告包括唯一的24位ICAO地址碼、經(jīng)緯度、速度和高度。如表3-3為地面位置報文字段說明，包含了ICAO地址碼、經(jīng)緯度、時間等。表3-3地面位置報文字段說明表地面位置報比特位字段說明備注1-5子類型6-12運動值13有效狀態(tài)0：有效；1：無效14-20地面軌道21時間0：與協(xié)調世界時不同步1：與協(xié)調世界時同步22CPR0：偶報文1：奇報文23-29緯度編碼40-56經(jīng)度編碼模式狀態(tài)報告模式狀態(tài)報告包括ICAO地址碼、航班號、緊急/優(yōu)先狀態(tài)、分類碼等。如表3-4為飛機標識信息字段說明，包含航空器類型和航空器標識。表3-4飛機標識信息字段說明表航空器標識報比特位字段說明備注1-5子類型1-46-8航空器類型A、B、C、D9-56航空器標識航班號條件報告條件報告包括ICAO地址碼、下一拐點的經(jīng)緯度和高度及到達下一拐點需要的時間等。1.4ADS-B應用1.4.1監(jiān)視以后的ADS-B監(jiān)視系統(tǒng)中，在普通航路可以使用ADS-B技術，由地面站接收信息并經(jīng)過系統(tǒng)處理后顯示在監(jiān)視器上；在高密度航路可使用二次雷達。ADS-B地面站接受范圍有一定的區(qū)域限制，在無法安裝地面接收站的地區(qū)，雖然地空之間不能利用ADS-B技術實現(xiàn)監(jiān)視，但飛機之間仍可通過該技術來相互監(jiān)視。傳統(tǒng)雷達監(jiān)視在機場及其附近區(qū)域會有盲區(qū)存在，但在使用ADS-B技術后可實現(xiàn)機場到機場的無縫監(jiān)控覆蓋。1.4.2防撞把ADS-B技術應用于CDTI可使飛行員清晰地知道他所在這片空域的情況，這大大提高了飛行的安全性。以前飛行員的航情信息大部分都是來自空中交通管制員的語音通告，尤其是附近飛機的位置。但應用ADS-B系統(tǒng)后，飛行員能夠直觀清晰地知道附近飛機的位置、速度和航向等，這可以避免飛機碰撞的發(fā)生，保證了飛行員的生命安全。ADS-B也可與交通防撞系統(tǒng)結合。目前的TCASⅡ獲得的位置信息誤差較大，ADS-B的使用可使TCASⅡ顯示附近飛機更為精確的位置、速度等信息。相對于以前只能提供垂直方向避讓指