广播式自动相关视听系统在通用航空领域的应用

广播式自动相关视听系统在通用航空领域的应用

1面空及地面设备as-b是利用空间数据和空间数据完成交通监测和信息传输的新系统。国际民航组织(ICAO)确定将其作为未来监视技术发展的主要方向,国际航空界正在积极推进该项技术的应用,一些航空发达国家已将其投入使用。与地面雷达系统相比,ADS-B能提供更加实时和准确的航空器位置监视信息,并且维护费用低,使用寿命长,而建设成本只有前者的十分之一左右。使用ADS-B可以增加无雷达覆盖区域的空域容量,减少有雷达区域对雷达多重覆盖的需求,大大降低空中管制系统的运行费用。ADS-B还可为航空器提供各种交通信息,传送天气、地形、空域限制等飞行信息,使机组更加清晰地了解周边的交通情况,提高机组的情景意识,并可用于航空公司的运行监控和管理,为高效、安全的飞行奠定基础。ADS-B技术在国际上的研发已进行了多年,美国、欧盟和俄罗斯在不同模式方面的应用研究都取得了实际成果,近几年在美国、澳大利亚等国逐渐进入了实际应用阶段。在我国,中国民航飞行学院在民航局的支持下,从2005年开始使用UAT系统。目前学院已完成了七种机型近200架飞机的机载设备加装,在学院所属的新津、广汉、洛阳、绵阳分院及遂宁航站完成5个地面基站的建设以及基站间的网络连接工作。目前已经能完成对本场训练的初、中级以及高级教练机进行实时、准确的跟踪监控,飞机之间也可以互相了解对方的位置和高度,提高了飞行训练的安全性,为UAT系统在我国通用航空的使用进行了有意义的探索。民航局空管局计划在双流机场、九寨机场各安装一套ADS-B地面设备。这两套系统目前已经完工,成都至九寨航路上将实现全程ADS-B监视。该航路采用1090ES,雷达覆盖区域和ADS-B覆盖区域大部分重叠,以便进行雷达与ADS-B监控的对比。民航空管局还计划在西部一些航路实施ADS-B监视。随着我国民航事业的快速发展,ADS-B将是保障飞行安全、提高运行效率、增大空中交通流量、减少建设投资的重要技术手段,也是我国由民航大国向民航技术强国迈进的重要标志。2基本数据链使用ADS-B共有3种数据链路:1)978MHz通用访问的UAT收发机;2)1090MHz的S模式应答机扩展电文数据链(1090ES);3)模式4的甚高频数据链(VDL-4)。由于ADS-B系统目前处于系统发展的初期,还存在着1090ES、UAT、VDL4这三种数据链系统的互相竞争。VDL4主要应用于北欧一些国家的场面监视方面,实际应用较少。目前主要使用的系统只有UAT与1090ES两种系统。一般认为:1090ES将应用于商业运输航空领域,UAT数据链主要应用于通用航空领域。1090ES对机载设备改装要求不高,可以利用现有的S模式应答机,因此得到了运输飞机制造商的支持,目前大多数进行ADS-B运行和试验的国家采用的都是该系统。相比于UAT系统,1090ES具有强大的信息传输能力,对于未来发展ADS-B功能具有较大的优势。UAT系统则以其机载设备简单,灵活度高和成本低而在通用航空领域占有一席之地。由于1090ES和UAT系统不能简单进行连接,装备了一个数据链的飞机不能直接接收装有另一个数据链的飞机的信息,机载设备的兼容和与地面系统的匹配将是对双传输媒介系统(UAT和1090ES)共存的一大挑战。31090es和eat系统的特点和附加功能3.11次雷达及应答机1090ES是基于二次监视雷达(SSR)的S模式扩展电文报告(ES)的功能。A/C模式的二次雷达使用比较广泛,但这两种模式的数据传输内容非常有限,因此国际民航组织(ICAO)把发展S模式二次雷达作为一种非常重要的监视方案进行推广。1090ES的频率为1090MHz,1090ES传送的数据包括24比特飞机识别码,位置,高度,呼号等。以前出厂装机的S模式应答机,不能满足ADS-B对机载系统性能的需求,需要对应答机的软硬件进行升级。但目前商业生产的S模式二次雷达应答机,已经能够满足ADS-B的需求。3.2工作在+x射线UAT是美国联邦航空局提出的一种数据链路格式,工作在978MHz,双向传输。UAT模式的机载收发机为专用的通用访问收发机(UAT),机载和地面收发机采用978MHz的收发频率。3.3自动监视和显示TIS-B:ADS-B地面站接收航空器发送的ADS-B位置报文,将这些数据传递给监视截获器,同时它也接受雷达和其它监视设备接收到的数据。监视截获器将这些数据融合为统一的目标位置信息,并发送至TIS-B服务器。TIS-B服务器将信息集成和过滤后,完成空中交通监视全景信息,再通过ADS-B地面站发送给航空器。这样机组就可以获得全面而清晰的空中交通信息。TIS-B的应用可以让使用ADS-B不同数据链类型的用户都可以通过对应的ADS-B机载设备获得周边的空域运行情况,从而做到了间接互相可见。(2)飞行信息服务广播FIS-B(FlightInformationService-Broadcast)FIS-B:ADS-B地面站向航空器传输气象、航行情报等信息。这些信息可以是文本数据,也可以是图像数据。文本格式的气象信息包括实况报(METAR)、特选报(SPECI)和机场天气预报(TAF)等。图像格式的信息包括雷达混合图像、临时禁飞区域和其它航行通告信息等(NOTAM)。FIS-B使机组可以获得更多的运行相关信息,及时了解航路气象状况和空域限制条件,为更加灵活而安全的飞行提供保障。410双数据链系统dual-专业1090ES目前在TCAS、SSR等领域得到了广泛的应用,技术比较成熟,但是现有的S模式地面设备基本不具备上行数据传送能力。考虑到1090ES要支持TCAS防撞系统、MDL多点定位系统、SSR二次雷达等多项业务,1090ES链路自然比较拥挤,另外,目前飞机上已使用的S模式应答机还不具备ADS-B功能,需要升级应答机的软件和硬件,升级费用也不低。通用航空飞行在全球相对运输航空来讲也是比较繁忙的,例如在美国通用航空占了全美总飞行流量的1/3,非常需要动态、实时的信息服务,而这些飞机一般安装的是A/C模式的应答机,无法使用1090ES系统,即使有些新出厂的飞机安装了S模式应答机,由于设备简单,升级为满足1090ES的ADS-B也很困难。这样,通航飞机只得选装UAT系统。UAT系统的机载部分简单,设备费用低廉。美国通用航空飞行选择了UAT数据链。目前国际上一些厂商为了解决数据链不兼容的问题推出了双数据链结构的接收设备,这些设备一般工作在UAT数据格式下,当接收到1090ES数据时,其内部电路将1090ES数据转换为UAT数据格式。这种设备虽然做到了全面兼容1090ES数据链和UAT数据链,但是其造价也相应增加,这些价格上的增长使这种双频接收机在通用航空领域的应用受到了一些影响。为同时满足空管监控运输航空和通用航空的需要,可采用双数据链系统构型(Dual-LinkSystem)(含1090ES和UAT)。从空域的高度划分来讲,在18000ft以上,运输飞机使用1090ES,18000ft以下,通航飞机使用UAT系统。从图1可见,有三路获得飞机的位置信息:1)通过UAT数据链基站获得安装有UAT系统飞机的位置信息;2)通过1090ES数据链基站获得安装有1090ES系统飞机的位置信息;3)通过地面的二次雷达,获得空域的飞机位置信息。所有这些信息汇总到监视截获器后,融合为统一的目标位置信息,送到空管机构实时监控飞机,该数据为空域的所有飞机位置信息。UAT飞机获得的信息:首先通过广播获得周围空域安装UAT飞机的位置信息,其次1090ES系统的飞机位置信息和二次雷达获得的飞机信息,到监视截获器后,经过TIS-B服务器,到UAT数据链基站,同时通过FIS-B,把气象和航行情报等信息,也传送到UAT数据链基站,通过基站向外广播,安装有UAT系统的飞机接收这些信息。这样,安装有UAT系统的飞机,一方面通过广播,获得周围空域安装有UAT系统的飞机位置信息,另一方面通过TIS-B获得安装有1090ES的飞机位置信息(如运输航空器)和通过二次雷达获得没有安装ADS-B系统的飞机信息(仅安装有A/C模式应答机的航空器),通过FIS-B获得气象和航行情报等信息。1090ES飞机获得的信息:首先获得周围空域安装有1090ES飞机的位置信息。同样,利用TIS-B获得的UAT飞机的位置信息、二次雷达获得的飞机信息以及利用FIS-B获得的气象等信息,通过1090ES数据链基站上传到安装有1090ES飞机(注:现有的基站还不具有数据上传功能,今后设备升级后可实现)。因此它也可以得到与安装有UAT一样的数据。综上所述,不论飞机上安装的是UAT或1090ES系统,通过双数据链系统均能获得周围空域飞机的位置信息和气象飞行情报等信息。如果没有安装ADS-B系统,仅安装有A/C模式应答机的飞机,则不能获得周围空域飞机的位置信息。另外,UAT数据链基站和1090ES数据链基站通过多路数据链网关,双向进行数据交换。从图2可见,在高高度(18000ft以上),安装有1090ES系统的飞机通过TCAS获得周围空域飞机的位置信息。在低高度(18000ft以下),安装有UAT系统的飞机,直接获得安装有UAT系统飞机的位置信息。另外,通过TIS-B获得没有安装UAT或1090ES系统飞机的位置信息,最后通过FIS-B飞机获得气象和航行情报等信息。以上这种双数据链构型既满足了运输航空1090ES利用现有设备实现ADS-B功能时设备改动的最小化,同时又满足了通用航空通过UAT实现ADS-B功能时成本的最低化。这是未来ADS-B技术的发展趋势。(下转第10页)5双数据链型钢网络uat目前一些大型航空公司表