ADS-B技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展

 芝加哥區(qū)域管制中心被人為縱火，對(duì)管制中心的通信設(shè)施造成了破壞，F(xiàn)AA不得不將芝加哥空域的管制權(quán)暫時(shí)交付給相鄰的其他幾個(gè)區(qū)域管制中心，這造成了數(shù)以千計(jì)的航班被取消和延誤。該事件發(fā)生后，美國聯(lián)邦航空局局長(zhǎng)韋爾塔在參加9月29日舉行的空中交通管制協(xié)會(huì)年度會(huì)議時(shí)表示：“芝加哥區(qū)域管制中心縱火案的發(fā)生為我們敲響了警鐘——我們應(yīng)該盡早建立起可靠靈活的空管系統(tǒng)。借助性能更好的ADS-B空管系統(tǒng)，未來我們?cè)诿鎸?duì)突發(fā)事件時(shí)可以更靈活地應(yīng)對(duì)。”他同時(shí)指出，航空公司應(yīng)該配合抓緊投資安裝ADS-B機(jī)載設(shè)備系統(tǒng)。那么，1、什么是ADS-B系統(tǒng)?2、ADS-B“靈活”在什么地方呢?3、ADS-B技術(shù)發(fā)展的如何?帶著這些問題我們進(jìn)入下面的學(xué)習(xí)。

一、ADS-B系統(tǒng)介紹

在ADS-B技術(shù)應(yīng)用之前，也是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，是機(jī)載A/C模式或S模式應(yīng)答機(jī)配合地面二次雷達(dá)實(shí)施對(duì)飛機(jī)的監(jiān)視。主要的工作原理是二次雷達(dá)發(fā)送一詢問脈沖信號(hào)，機(jī)載應(yīng)答機(jī)收到信號(hào)并確認(rèn)后，再以脈沖信號(hào)的方式回復(fù)地面該架飛機(jī)的識(shí)別號(hào)、高度等信息，而飛機(jī)的方位信息，則由地面一次雷達(dá)探測(cè)。

ADS-B是自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視廣播的簡(jiǎn)稱，顧名思義，系統(tǒng)無需人工操作或者詢問，可以自動(dòng)地(每一秒一次)從相關(guān)機(jī)載設(shè)備獲取參數(shù)向其他飛機(jī)或地面站廣播飛機(jī)的位置、高度、速度、航向、識(shí)別號(hào)等信息，以供管制員對(duì)飛機(jī)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。它衍生于ADS(自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視)，最初是為越洋飛行的航空器在無法進(jìn)行雷達(dá)監(jiān)視的情況下，希望利用衛(wèi)星實(shí)施監(jiān)視所提出的解決方案。

相對(duì)于航空器的信息傳遞方向，ADS-B的應(yīng)用分為兩類：發(fā)送(OUT)和接收(IN)。其中OUT是ADS-B的基本功能，它負(fù)責(zé)將信號(hào)從飛機(jī)發(fā)送方經(jīng)過視距傳播發(fā)送給地面接收站或者其他飛機(jī)。ADS-B IN是指航空器接收其他航空器發(fā)送的ADS-B OUT 信息或地面服務(wù)設(shè)備發(fā)送的信息，為機(jī)組提供運(yùn)行支持和情境意識(shí)，目前ADS-B IN的功能應(yīng)用較少，但它是未來的ADS-B應(yīng)用發(fā)展的方向。

ADS-B系統(tǒng)工作主要基于的機(jī)載設(shè)備有：

①ATC 應(yīng)答機(jī)。它是ADS-B系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)收集和處理有關(guān)參數(shù)，由ATC天線通過數(shù)據(jù)鏈向地面站和其他飛機(jī)廣播。

②MMR接收機(jī)。用來根據(jù)導(dǎo)航衛(wèi)星計(jì)算精確地飛機(jī)位置和速度信息，傳送給ATC應(yīng)答機(jī)。

③ADIRU計(jì)算機(jī)。向應(yīng)答機(jī)提供飛機(jī)的氣壓高度等大氣數(shù)據(jù)信息。

④TCAS計(jì)算機(jī)。針對(duì)使用ADS-B IN 功能的飛機(jī)上，TCAS計(jì)算機(jī)用于接收1090MHZ擴(kuò)展電文的數(shù)據(jù)鏈，將地面站或者其他OUT的信號(hào)顯示在駕駛艙內(nèi)。

⑤數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)。ADS-B的OUT和IN功能都是基于數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)，目前應(yīng)用最廣泛的也是國際民航組織推薦的是基于SSR的S模式擴(kuò)展電文(ES)功能的1090MHz頻率。因該頻段為TCAS工作頻段，因而相對(duì)擁擠，目前正在發(fā)展其他的數(shù)據(jù)鏈包括UAT、VDL Mode 4。

綜上所述ADS-B系統(tǒng)的工作流程：

①裝備了GPS系統(tǒng)的飛機(jī)從導(dǎo)航衛(wèi)星接收授時(shí)信息從而精確地確定飛機(jī)位置和速度。

②ADS-B發(fā)送設(shè)備從關(guān)聯(lián)機(jī)載設(shè)備(如MMR、ADIRU)獲取所需參數(shù)信息，通過數(shù)字式數(shù)據(jù)鏈，向地面的ADS-B接收機(jī)和其它飛機(jī)廣播精確的位置和速度，以及飛機(jī)識(shí)別信息、航班號(hào)、空地狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

③ADS-B信號(hào)接收方，如綜合在地面ATC系統(tǒng)中，或者安裝在其他飛機(jī)上向使用者提供實(shí)時(shí)的空中交通狀態(tài)。

二、ADS-B的優(yōu)勢(shì)

通過上面對(duì)ADS-B系統(tǒng)的介紹，單就最基本的OUT功能來說，ADS-B技術(shù)對(duì)空中交通管制和航空公司均有好處，主要體現(xiàn)在以下方面：

對(duì)于管制中心來說，ADS-B地面站建設(shè)成本是傳統(tǒng)二次雷達(dá)的九分之一，精度可以提高至10米量級(jí)，監(jiān)視數(shù)據(jù)更新速度更快(1秒1次)。在無雷達(dá)區(qū)ADS-B作為唯一的機(jī)載監(jiān)視數(shù)據(jù)源用于地面對(duì)空中交通的監(jiān)視，以減小航空器的間隔標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化航路設(shè)置，提高空域容量，在面對(duì)諸如芝加哥管制中心失火，該區(qū)域雷達(dá)監(jiān)視失效的情況時(shí)，可以相對(duì)靈活的將該區(qū)域飛機(jī)轉(zhuǎn)交其他管制中心。而在雷達(dá)覆蓋的區(qū)域，地面監(jiān)視同時(shí)使用雷達(dá)和ADS-B OUT作為監(jiān)視信息源。可以縮小雷達(dá)覆蓋邊緣區(qū)域內(nèi)航空器的最小間隔標(biāo)準(zhǔn)，并且減少所需要的雷達(dá)數(shù)量。同時(shí)使用ADS-B OUT或者綜合使用ADS-B和其他監(jiān)視數(shù)據(jù)源(比如場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)、多點(diǎn)定位)，為機(jī)場(chǎng)的地面交通監(jiān)控和防止跑道侵入等提供監(jiān)視信息，提高塔臺(tái)人員的情景意識(shí)。

對(duì)于航空公司來說，ADS-B的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在安全、效益和容量三個(gè)方面。首先， ADS-B可以保持或改善航空工業(yè)現(xiàn)有的安全標(biāo)準(zhǔn);其次效益方面，ADS-B極大地提高了ATC系統(tǒng)監(jiān)視數(shù)據(jù)的精度，這會(huì)幫助ATC了解飛機(jī)間的實(shí)際間隔，使管制員避免效率低下的引導(dǎo)指令來保持間距。在尾隨程序中，幫助飛機(jī)機(jī)動(dòng)到最佳運(yùn)行高度，允許飛行員向ATC請(qǐng)求并接收改變到更高，燃油效率更佳的巡航高度?；蛟S你會(huì)考慮到系統(tǒng)改裝的成本，實(shí)際上飛機(jī)廠家以及設(shè)備制造商早已取證和制定標(biāo)準(zhǔn)，新交付的飛機(jī)大多數(shù)可以滿足運(yùn)行要求，對(duì)于老舊飛機(jī)僅需要部分線路預(yù)留改裝以及機(jī)載設(shè)備的升級(jí)即可。最后容量方面，因?yàn)锳DS-B的高精度和報(bào)告頻率的增加可以大幅消減飛機(jī)的間隔要求，提高空中交通管制系統(tǒng)的容量。

隨著ADS-B技術(shù)的發(fā)展，將在飛機(jī)逐漸應(yīng)用ADS-B IN的功能，這樣一來飛行員可以在駕駛艙顯示器中實(shí)時(shí)的掌握外界的情況，包含在地面機(jī)場(chǎng)跑道的狀況(相當(dāng)于更加詳細(xì)更遠(yuǎn)距離的TCAS功能)極大地增強(qiáng)了飛行人員的情境意識(shí)，提升安全水平，提高運(yùn)行效率。

三、ADS-B的發(fā)展

鑒于ADS-B 種種優(yōu)勢(shì)，世界范圍內(nèi)都在積極推進(jìn)ADS-B 系統(tǒng)的建設(shè)，目前來說已知最早的ADS-B強(qiáng)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(qiáng)制實(shí)施ADS-B運(yùn)行。由于澳大利亞西部大部分空域沒有被雷達(dá)系統(tǒng)覆蓋，所以他們選擇了ADS-B監(jiān)視，以避免昂貴的雷達(dá)系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。歐洲計(jì)劃2015年對(duì)進(jìn)入歐洲空域的飛機(jī)強(qiáng)制實(shí)施ADS-B OUT，且自2013年起對(duì)生產(chǎn)線上飛機(jī)強(qiáng)制要求滿足ADS-B OUT運(yùn)行。美國計(jì)劃到2020年1月對(duì)所有飛機(jī)，包括商用飛機(jī)和通用航空，強(qiáng)制要求ADS-B Out。從現(xiàn)在開始到2020年，隨著ADS-B Out設(shè)備的增加，F(xiàn)AA希望在營(yíng)運(yùn)人自愿的基礎(chǔ)上裝備ADS-B In功能，以便為用戶提供更多的經(jīng)營(yíng)效益。中國正在探索在非雷達(dá)覆蓋區(qū)域NRA的ADS-B Out功能的運(yùn)行。中國民航已經(jīng)在成都至九寨的航路上實(shí)施全程ADS-B監(jiān)視，并逐步在我國非雷達(dá)覆蓋區(qū)域的航路上實(shí)施ADS-B監(jiān)視的運(yùn)行。成都-拉薩航線監(jiān)視工程于2009年6月獲得民航局批準(zhǔn)，2011年7月8日，該航線開始實(shí)施 ADS-B監(jiān)視條件下縮小間隔。

對(duì)于航空公司來說，為滿足航路上對(duì)ADS-B的運(yùn)行要求，航空營(yíng)運(yùn)人也在積極推進(jìn)ADS-B的適航性改裝工作。東航因上海飛紐約航線需要經(jīng)過加拿大Hudson灣，為滿足當(dāng)局的要求，東航5架A340-600飛機(jī)已于2010年11月初完成全部ADS-B OUT運(yùn)行的改裝工作，包含以下項(xiàng)目：

① 飛機(jī)上的線路已全部符合要求。(即為增強(qiáng)型檢測(cè)功能EHS進(jìn)行線路預(yù)設(shè)，在2005年之前因歐洲的強(qiáng)制要求，東航寬體機(jī)已全部完成改裝)

②機(jī)載MMR(P/N：822-1152-131)具備ADS-B OUT能力。

③機(jī)載ATC應(yīng)答機(jī)具備ADS-B OUT能力。(ATC P/N 7517800-10005都已改裝升級(jí)至P/N 7517800-10005 SOFTWARE MOD A)

④完成飛機(jī)上的驗(yàn)證工作，驗(yàn)證ADS-B發(fā)送(ADS-B OUT)功能。完成后還需修訂相關(guān)飛行手冊(cè)，相關(guān)人員的培訓(xùn)等。

2011年4月東航在浦東飛紐約的航線上成功進(jìn)行了ADS-B的適航性驗(yàn)證飛行，是國內(nèi)首家獲得民航局ADS-B正式批準(zhǔn)的航空承運(yùn)人。2013年12月12日，因香港情報(bào)區(qū)、臺(tái)灣情報(bào)區(qū)、越南情報(bào)區(qū)實(shí)施高高度ADS-B運(yùn)行，東航在之前已經(jīng)完成執(zhí)飛320和737機(jī)型的ADS-B改裝工作，截至目前東航的ADS-B機(jī)載設(shè)備改裝工作已經(jīng)覆蓋絕大部分空客波音飛機(jī)。

四、總結(jié)

綜上所示ADS-B技術(shù)擁有成本低、精度誤差小、監(jiān)視能力強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于高密度飛行區(qū)域的空中交通服務(wù)，有效的解決和避免了傳統(tǒng)監(jiān)視方式的種種弊端，其優(yōu)越性不言而喻，未來必將成為空管監(jiān)視的主要手段。然而當(dāng)前該技術(shù)在中國還處于應(yīng)用的初期階段，僅僅在西部的幾個(gè)航路上實(shí)施該項(xiàng)監(jiān)視技術(shù)。對(duì)于成長(zhǎng)期的中國航空運(yùn)輸業(yè)，空域范圍的限制，機(jī)隊(duì)規(guī)模在擴(kuò)大，空管設(shè)施面臨進(jìn)一步改造和完善，是加速ADS-B技術(shù)發(fā)展的重要時(shí)期。同時(shí)，ADS-B技術(shù)的推廣應(yīng)用，涉及航空公司方面更新和改裝機(jī)載設(shè)備、空管方面調(diào)整地面設(shè)施的結(jié)構(gòu)，民航局方面的標(biāo)準(zhǔn)制定和運(yùn)行認(rèn)證，因而需要各方有力配合，整體推進(jìn)，才能早日實(shí)現(xiàn)ADS-B的全面應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)建設(shè)民航強(qiáng)國奠定基礎(chǔ)。