【评论】星基ADS-B系统初探

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星基ADS-B系统初探

学术plus 观察员   高书亮 

1ADS-B基本概念

ADS-B（广播式自动相关监视，Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）是一种旨在提高现代空中交通管理效率和安全性能的新型空域监视技术。飞机可通过标准化的数据链报文格式，不间断的将高度和速度、身份信息、GPS位置等重要飞行数据实时的发送至周围飞机和空中交通管制（ATC）系统，从而进一步强化了管制员和飞行员的态势感知能力，对提升空中运行安全水平、空域容量与运行效率具有重要作用。ADS-B技术具有位置报告精度高、数据更新及时等优点，更为重要的是由于该技术基于自主位置报告，有望摆脱传统的一、二次雷达监视受制于地面建站条件限制，可望实现对偏远地区的空域监视覆盖。

由于目前ADS-B技术主要基于1090 ES数据链进行数据广播，实际使用中往往面临收发距离近，航路覆盖范围小、无法进行全航线监视等问题，对于扩展监视空域，提高协同决策效率不利，为此基于卫星通信手段的星基ADS-B技术正在逐步酿。

2当前进展

2017年3月起，星基ADS-B技术的领先者美国Aireon公司联合航空导航服务提供商NAV Canada和卫星移动通信服务商铱星开始了相关飞行试验，目前已累计进行了三次试验：

• 第一次试验于3月7日进行，在这一次试验中，通过对一架加拿大庞巴迪飞机进行机载天线改装，加装了包括机背和机腹的ADS-B收发天线以及Aireon公司研制的机载监视信息处理机，飞机先后穿越蒙特利尔、温尼伯和埃德蒙顿等飞行情报区，在这一过程中累计接收了近7000条ADS-B数据报文，经处理分析，发现报文内容与预设航迹及地面接收报文完全吻合。

• 第二次试验于3月20日进行，私营航空服务供应商Polaris Flight Systems采用豪客比奇飞机进行改装，完成了飞越阿尔布开克飞行情报区的验证飞行，飞行过程中累计完成了1050条ADS-B数据报文的正确接收。

• 第三次试验于3月30日进行，美国联邦航空局FAA采用一架名为飞行实验室的庞巴迪飞机完成了飞越华盛顿和纽约飞行情报区的验证飞行，飞行过程中累计完成了2462条ADS-B数据报文的正确接收。

3系统剖析

星基ADS-B系统在充分继承原有的陆基ADS-B地面基础设施和数据接口规范的基础上，采用搭载ADS-B负载的专用或通用通信卫星平台，及时接收、解译和下传飞机通过卫星数据链上行发送的ADS-B数据报文，并将这些报文送到相关的地基传输网，相关数据在相应的地面运行控制中心进行解码和验证后通过适当方式分发到各个用户。

目前，星基ADS-B系统的运行主要依赖几个因素：

（1）合适的卫星星座

由于采用卫星作为信息转发的链路，因此必须具备健全的卫星通信星座。鉴于航空监视对于安全性的严格要求，这一星座必须具备转发时延小、轨道覆盖全、系统故障率低、具备星上处理和存储能力等特点，目前Aireon公司选定铱星下一代系列通信卫星（Iridium NEXT）作为相应的天基链路。铱星下一代卫星属于近地轨道（LEO）卫星，使用Ka波段，并具备一定的星间链路能力，轨道高度越780公里，预计卫星总量70个，能够实现对于被北半球航线密集区域的完整覆盖，并可搭载专用的ADS-B载荷。截至2017年10月，SpaceX公司已完成了前30颗卫星的发射，并计划后续每2个月左右发射一次，直至完成所有卫星的发射。

图1 搭载了ADS-B的Iridium NEXT卫星

（2）机载ADS-B设备改装

由于采用卫星作为ADS-B数据报文传输链路，使得原有的通信寻址方式、网络拓扑、射频特性等方面出现了一定的差别，因此需要在传统的1090ES机载ADS-B设备的基础上进行适当改装升级，从天线形式与安装位置、射频信息处理架构、人机功能接口等几个方面进行必要调整，使其满足原有卫星数据的接收、处理和实时解译要求，从而满足FAA DO260标准对于ADS-B报文的相关处理性能规范。

（3）地面综合处理平台

地面综合处理平台主要承担由卫星传来的ADS-B数据报文的接收、处理和分发工作，同时还需根据接收到的数据对星载ADS-B载荷的运行状态和工作模式进行远程管理和控制。地面综合处理平台需要兼容不同卫星通信系统的星座特点、信号格式、数据协议和寻址方式，并能够安全、可靠的与空管信息系统进行交联，从而确保ADS-B传输的安全性和可靠性。

星载ADS-B系统具有服务和传输距离远，不受地形和建站成本等因素限制等优势，它的应用可以为各类飞行活动提供更多的保障和支持：

1. 星载ADS-B系统可以提供面向全球的飞行航迹监视与跟踪能力；

2. 星载ADS-B系统可以提供更加全面的实时飞行数据（如位置、高度、剩余油量等），因此更加准确的指定航班计划，预测飞行高度和航路，提升飞行管理效率；

3. 星载ADS-B系统可以提供更加完整的大范围飞行态势信息，提升飞行员情景态势能力，从而实时保障飞行安全；

4. 星载ADS-B系统可以提供更加精准的间隔管制能力，优化空域部署，降低管制员工作负担。

4小结

近年来，建设大规模航空安全信息网络的步伐正在逐步加快，星载ADS-B系统能够提供覆盖范围更加全面的航行监视服务，对实现远程航班跟踪、空域优化管理空难规避和应急搜救等都具有重要的价值，目前国内外正在对这一领域都开展有针对性的研究和探索，从目前情况来看，Aireon公司所建设的星基ADS-B系统还未在卫星上搭载1090ES信号下行载荷，因此还不能实现ADS-B信号的远程转接，这也意味着该系统目前仅仅能够用做飞机状态跟踪而非远程协同监视。在国内，由国防科技大学研制的“天拓三号”微纳卫星就搭载了相关载荷，自2015年9月20日发射升空以来，平均每天可接收全球范围近40万条ADS-B报文数据，覆盖范围超过2000公里，能够初步实现大范围的航空信息获取。未来，随着相关配套设施的逐步完善，这一技术将会在航空运输及相关领域发挥更大的作用。

（全文完）

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拓展阅读

（11伊朗）（12）关键技术（13）发展趋势

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