廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視

廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視2023/4/71第1頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四大綱引言自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視

ADS-B

ADS-B組成

ADS-B數(shù)據(jù)鏈技術(shù)2第2頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四引言空中交通管制與自由飛行ATM（中心控制）自由飛行ADS-B技術(shù)的出現(xiàn)，為自由飛行提供了可能。3第3頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視ADSA－自動(dòng)(Automatic)：不需要人工的操作，不需要地面的詢問。D－相關(guān)(Dependent)：信息全部基于機(jī)載數(shù)據(jù)。S－監(jiān)視(Surveillance)：提供位置和其它用于監(jiān)視的數(shù)據(jù)。4第4頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視ADS分類：ADS-A/C、ADS-B。A/C：尋址式/契約式，通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)尋址至簽署了數(shù)據(jù)接收合同的地面站，是端對(duì)端通信。B：廣播式，以廣播方式向全空域發(fā)送自身的位置報(bào)告。5第5頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視ADS-A/C：6第6頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視ADS-A/C：飛機(jī)與空管單位之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信連接通信方式：甚高頻數(shù)據(jù)鏈（VHF）、高頻數(shù)據(jù)鏈（HF）、移動(dòng)衛(wèi)星通信等飛機(jī)向下報(bào)告的內(nèi)容有：飛機(jī)識(shí)別號(hào)、經(jīng)度、緯度、高度、航路點(diǎn)、航向、速度等CPDLC(Controller–pilotdatalinkcommunications)-管制員飛行員數(shù)據(jù)鏈通信與二次雷達(dá)不同，不需要詢問。7第7頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B8第8頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-BADS-B系統(tǒng)由多地面站和機(jī)載站構(gòu)成，以網(wǎng)狀、多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)方式完成數(shù)據(jù)雙向通信。機(jī)載ADS-B通信設(shè)備廣播式發(fā)出來自機(jī)載信息處理單元收集到的導(dǎo)航信息，接收其他飛機(jī)和地面的廣播信息后經(jīng)過處理送給機(jī)艙綜合信息顯示器。機(jī)艙綜合信息顯示器根據(jù)收集的其他飛機(jī)和地面的ADS-B信息、機(jī)載雷達(dá)信息、導(dǎo)航信息后給飛行員提供飛機(jī)周圍的態(tài)勢(shì)信息和其他附加信息(如：沖突告警信息，避碰策略，氣象信息)。ADS-B系統(tǒng)是一個(gè)集通信與監(jiān)視于一體的信息系統(tǒng)，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(jī)的4維位置信息(經(jīng)度、緯度、高度和時(shí)間)和其它可能附加信息(沖突告警信息，飛行員輸入信息，航跡角，航線拐點(diǎn)等信息)以及飛機(jī)的識(shí)別信息和類別信息。9第9頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B優(yōu)點(diǎn)地空監(jiān)視可覆蓋無雷達(dá)區(qū)域(改進(jìn)的分離間隔)增強(qiáng)的專用VFR運(yùn)行空空監(jiān)視?改進(jìn)的飛行間隔?看得見的避讓?增強(qiáng)的航路空空操作場(chǎng)面監(jiān)視改進(jìn)的飛行員態(tài)勢(shì)感知增強(qiáng)的場(chǎng)面交通控制管理降低潛在的機(jī)場(chǎng)入侵、地面相撞10第10頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-BADS-B提高空管運(yùn)行的安全性、效率和容量11第11頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-BADS-B提供全階段的監(jiān)視12第12頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-BADS-B與雷達(dá)的比較13第13頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-BADS-B與雷達(dá)的比較2023/4/714第14頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B組成基于ADS-B的監(jiān)視構(gòu)架15第15頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B組成ADS-B系統(tǒng)組成地面站機(jī)載設(shè)備數(shù)據(jù)處理中心數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)以網(wǎng)狀、多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)方式完成視距范圍的數(shù)據(jù)雙向通信。16第16頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B組成ADS-B的擴(kuò)展功能廣播式交通信息服務(wù)（TIS-B）將沒有安裝ADS-B設(shè)備的飛機(jī)的位置等相關(guān)信息通過廣播式地空數(shù)據(jù)鏈向空中廣播

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和融合廣播式飛行情報(bào)信息服務(wù)（FIS-B）氣象信息飛行情報(bào)信息17第17頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B組成ADS-B地面站包括地面接收機(jī)、天線、數(shù)據(jù)服務(wù)器、顯示單元、附屬網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備18第18頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B組成ADS-B機(jī)載設(shè)備包括GPS接收處理單元、ADS-B收發(fā)信機(jī)、監(jiān)視信息處理系統(tǒng)、CDTI等19第19頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B信息及信息源飛機(jī)識(shí)別碼飛機(jī)4維位置信息航行意圖飛行速度氣象信息交通信息全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)慣性參考系統(tǒng)(IRS)飛行管理器其它機(jī)載傳感器20第20頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B信息傳輸ADS-B的信息傳輸以ADS-B報(bào)文形式，通過空-空、空-地?cái)?shù)據(jù)鏈廣播式傳播。數(shù)據(jù)鏈技術(shù)包括：ModeS1090MHzES（ExtendedSquitter）通用訪問信機(jī)UAT（UniversalAccessTransceiver）VDL-4（VHFDataLink）1090ES：全球通用；UAT和VDL-4：局部地區(qū)21第21頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B組成ADS-B信息處理與顯示信息處理：飛機(jī)位置信息的估計(jì)、跟蹤、報(bào)告以及其他輔助信息的獲取預(yù)處理。信息顯示：在地面站以偽雷達(dá)的畫面提供給管制員，在飛機(jī)上由CDTI等提供給飛行員。22第22頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B組成ADS-BIN/OUT

ADS-BOUT

航電設(shè)備廣播式發(fā)送ADS-B信息如：飛機(jī)標(biāo)識(shí)號(hào),位置,趨勢(shì),等等所有ADS-B應(yīng)用的先決條件如：類似雷達(dá)監(jiān)視

ADS-BIN航電設(shè)備接收其他飛機(jī)發(fā)送的ADS-BOUT信息滿足空對(duì)空應(yīng)用的要求如：增強(qiáng)情景意識(shí)，保障空中間隔,等等23第23頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B組成ADS-BOUT機(jī)載發(fā)射機(jī)以一定的周期發(fā)送航空器的各種信息，包括：航空器識(shí)別信息、位置、高度、速度、方向和爬升率等。地面通過接收機(jī)載設(shè)備發(fā)送的ADS-BOUT消息，監(jiān)視空中交通狀況。24第24頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B組成ADS-BOUT應(yīng)用ADS-BNRA:用于無雷達(dá)覆蓋區(qū)域盲區(qū)填補(bǔ)ADS-BRAD:用于雷達(dá)覆蓋空域作為雷達(dá)的補(bǔ)充或潛在替代手段ADS-BAPP:ADS-B用于機(jī)場(chǎng)地面活動(dòng)區(qū)交通監(jiān)視先進(jìn)地面移動(dòng)引導(dǎo)和控制系統(tǒng)的信息源小型機(jī)場(chǎng)也能具有基本機(jī)場(chǎng)監(jiān)視，并為跑道入侵報(bào)警提供支持25第25頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B組成ADS-BIN航空器通過ADS-BIN接收其他航空器發(fā)送的ADS-BOUT信息或者地面服務(wù)設(shè)備發(fā)送的信息，為機(jī)組運(yùn)行提供支持。ADS-BIN可以使機(jī)組在駕駛艙交通信息顯示設(shè)備（CDTI）上“看到其他”航空器的運(yùn)行狀況，從而提高機(jī)組的空中交通情景意識(shí)。26第26頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B數(shù)據(jù)鏈技術(shù)ADS-B數(shù)據(jù)鏈要求：信道容量大、傳輸速率快和具有廣播模式ADS-B數(shù)據(jù)鏈分為：1090ES、UAT和VDL-4美國和中國：商用航空采用1090ES

通用航空采用UAT歐洲：采用VDL-427第27頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四1090ESADS-B數(shù)據(jù)鏈技術(shù)頻率：1090MHz編碼方式：PPM發(fā)射信息：報(bào)頭+數(shù)據(jù)塊接入方式：隨機(jī)報(bào)頭模式：4脈沖序列，長(zhǎng)度8μs一次傳輸一個(gè)類型的消息數(shù)據(jù)傳輸率：1Mb/s28第28頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B數(shù)據(jù)鏈技術(shù)1090ES信息結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的ADS-B報(bào)告內(nèi)容狀態(tài)報(bào)告、模式報(bào)告和速度報(bào)告

一個(gè)信息包含：112bit數(shù)據(jù)29第29頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B數(shù)據(jù)鏈技術(shù)1090ES信元格式30第30頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B數(shù)據(jù)鏈技術(shù)1090ESADS-B信息DF17：S模式應(yīng)答機(jī)ADS-B消息包含：下行數(shù)據(jù)鏈字段、能力字段、地址字段、消息字段、校驗(yàn)字段。31第31頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B數(shù)據(jù)鏈技術(shù)CA：一個(gè)3比特信息位，用來報(bào)告基于S模式應(yīng)答機(jī)的ADS-B發(fā)射裝置的能力和應(yīng)答機(jī)狀況通知。AA：一個(gè)24比特信息位，包含發(fā)射裝置的地址和地址的類型。1090ESADS-B信息32第32頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B數(shù)據(jù)鏈技術(shù)1090ESADS-B信息ME：一個(gè)56比特信息位，ADS-B信息的主要部分內(nèi)容，包括：空中位置信息，機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面位置信息，航空器識(shí)別碼(ID)和信息類型，機(jī)載速度信息，測(cè)試信息等。PI：一個(gè)24比特信息位，包含均等覆蓋的代碼標(biāo)簽(CL)和詢問代碼(IC)，組成聯(lián)合奇偶校驗(yàn)和地址域。33第33頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B數(shù)據(jù)鏈技術(shù)UAT頻率：978MHz編碼方式：CP-FSK發(fā)射信息：時(shí)隙，以幀為單位傳輸接入方式：固定時(shí)隙（地面），隨機(jī)接入（移動(dòng)）數(shù)據(jù)傳輸率：1Mb/s專為通用航空設(shè)計(jì)34第34頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B數(shù)據(jù)鏈技術(shù)UAT信息結(jié)構(gòu)35第35頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B數(shù)據(jù)鏈技術(shù)一個(gè)UAT幀持續(xù)時(shí)間1秒前32個(gè)時(shí)隙188ms供地面站廣播TIS-B及FIS-B消息。后812ms分配給ADS-B報(bào)告，每秒一次，每個(gè)ADS-B報(bào)告為16或32字節(jié)，其中地面廣播部分為時(shí)分復(fù)用并采用時(shí)間同步以減小信息重疊，ADS-B部分采用隨機(jī)接入的方式。UAT信息結(jié)構(gòu)36第36頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四ADS-B數(shù)據(jù)鏈技術(shù)比特同步：一個(gè)36位同步序列。信息數(shù)據(jù)塊：支持基本UATADS-B信息有144位，長(zhǎng)UATADS-B信息有272位。前向糾錯(cuò)：產(chǎn)生于基于有規(guī)則的RS256-ary代碼。發(fā)送時(shí)從左到右依次發(fā)送。UATADS-B信息37第37頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四數(shù)據(jù)段元素種類（Type）占用字節(jié)數(shù)（Bytes）信息頭(HDR)4狀態(tài)矢量(SV)13模式狀態(tài)(MS)12AUX.狀態(tài)矢量(AuxMS)5目標(biāo)狀態(tài)(TS)4軌道改變+0(TC+0)12軌道改變+1(TC+1)12每一幀的ADS-B數(shù)據(jù)信息都是由這幾個(gè)種類的數(shù)據(jù)組成的，區(qū)別在于每一幀包含的種類不同，有的沒有SV，有的則沒有MS。ADS-B數(shù)據(jù)鏈技術(shù)