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新闻资讯

ADS-B 让自由飞行不是梦
发布时间:2019-05-15

广播式自动相关监视(ADS-B)是一种基于GPS全球卫星定位系统和数据链通信的航空器运行监视技术,是ICAO在所推荐未来替代传统监视技术。ADS-B提供监视等服务信息,使得机组和管制等相关部门对空域状况进行评判,从而有效的预测和避免冲突,保证并提高飞行的安全性和空域的利用。

ADS-B 由于给飞行人员和空中交通服务都提供了新的监视能力,有力地支持自由飞行的实现。

•空中交通管制与自由飞行

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ADS-B技术的出现,为自由飞行提供了可能。

ADS-B原理

ADS系统原理是把来自机载设备的飞机位置数据通过卫星数据链或甚高频地空数据链自动向外广播,周围航空器及管制等相关部门收到飞机的广播信息。形成了由卫星系统、飞行器以及地基系统组成的告诉数据链空地一体化监视体系,供飞行人员或管制人员监视航空器运行状态,其中飞机位置信息源取自机载导航和定位系统。ADS系统除位置信息,还能提供附加服务信息,如空域交通状况、气象等信息。ADS系统空地之间的通信合同分为周期性合同和事件合同两种形式,即定期报告和发生突发情况时的紧急报告。

  广播式自动相关(AutomaticDependent Surveillance--Broadcast)

  自动(Automatic ):数据信息自动传送。

  相关(Dependent):即提供与航空器相关的信息。

  监视(Surveillance):提供航空器的相关信息(位置、高度、航速、航向、识别号等)用于监视。

  广播(Broadcast)采用广播发送数据,无需应答,任何配备相应设施的用户均可以接收。

自动相关监视ADS

•A -自动(Automatic):不需要人工的操作,不需要地面的询问。

•D -相关(Dependent):信息全部基于机载数据。

•S -监视(Surveillance):提供位置和其它用于监视的数据。

自动相关监视ADS

•分类:ADS-A/C、ADS-B。

•A/C :寻址式/契约式,通过点对点寻址至签署了数据接收合同的地面站,是端对端通信。

•B :广播式,以广播方式向全空域发送自身的位置报告。

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ADS-A/C

•ADS-A/C:

§飞机与空管单位之间点对点通信连接

§通信方式:甚高频数据链(VHF)、高频数据链(HF)、移动卫星通信等

§飞机向下报告的内容有:飞机识别号、经度、纬度、高度、航路点、航向、速度等

§CPDLC( Controller–pilot data link communications)-管制员飞行员数据链通信

§与二次雷达不同,不需要询问。

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ADS-B

•ADS-B系统由多地面站和机载站构成,以网状、多点对多点方式完成数据双向通信。机载ADS-B通信设备广播式发出来自机载信息处理单元收集到的导航信息,接收其他飞机和地面的广播信息后经过处理送给机舱综合信息显示器。机舱综合信息显示器根据收集的其他飞机和地面的ADS-B信息、机载雷达信息、导航信息后给飞行员提供飞机周围的态势信息和其他附加信息(如:冲突告警信息,避碰策略,气象信息)。

ADS-B系统是一个集通信与监视于一体的信息系统,由信息源、信息传输通道和信息处理与显示三部分组成。ADS-B的主要信息是飞机的4维位置信息(经度、纬度、高度和时间)和其它可能附加信息(冲突告警信息,飞行员输入信息,航迹角,航线拐点等信息)以及飞机的识别信息和类别信息。

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•ADS-B提高空管运行的安全性、效率和容量

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•ADS-B提供全阶段的监视

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•ADS-B与雷达的比较

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ADS-A/C与ADS-B的不同之处在于:ADS-A/C首先在航空器与管制单位建立点对点双向的通信链路,此后可按通信周期互传信息,其他航空器不能接受这些报告。通信周期一般为5分钟,紧急情况下为1分钟。可采用的链路方式包括甚高频(VHF)、卫星等空地链路。在建立链接后,A模式根据约定来传输数据,而C模式在是根据地面管制单位的询问来进行应答下传,类似雷达的询问应答。使用卫星通信,故A/C模式可用于越洋及偏远地区无法安装地面站,延迟较大。由于可能需要卫星进行通信,因此需要花费较大的费用购买通信服务。

基于ADS-B的监视构架

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•ADS-B的扩展功能

•广播式交通信息服务(TIS-B)

•将没有安装ADS-B设备的飞机的位置等相关信息通过广播式地空数据链向空中广播

•数据转换和融合

•广播式飞行情报信息服务(FIS-B)

•气象信息

•飞行情报信息

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•ADS-B机载设备

•包括GPS接收处理单元、ADS-B收发信机、监视信息处理系统、CDTI等

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ADS-B信息及信息源

•飞机识别码

•飞机4维位置信息

• 航行意图

• 飞行速度

• 气象信息

• 交通信息

•全球卫星导航系统(GNSS)

•惯性导航系统(INS)

•惯性参考系统(IRS)

•飞行管理器

•其它机载传感器

ADS-B信息传输

ADS-B的信息传输以ADS-B报文形式,通过空-空、空-地数据链广播式传播。数据链技术包括:

•Mode S 1090MHz ES (Extended Squitter)

•通用访问信机UAT(Universal Access Transceiver)

•VDL-4(VHF Data Link)

1090 ES :全球通用;UAT 和VDL-4:局部地区

•ADS-B信息处理与显示

•信息处理:飞机位置信息的估计、跟踪、报告以及其他辅助信息的获取预处理。

•信息显示:在地面站以伪雷达的画面提供给管制员,在飞机上由CDTI等提供给飞行员。

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ADS-B应用中包括ADS-B OUT 和ADS-B IN

ADS-B OUT 应用是指航空器以一定的周期发送其位置、高度、速度等飞行动态信息给其他航空器和地面设备,由地面站传送给管制等相关部门,起到类似于雷达监视的功能,是机载ADS-B设备的基本功能。

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nADS-BNRA :用于无雷达覆盖区域

•盲区填补

nADS-BRAD : 用于雷达覆盖空域

•作为雷达的补充或潜在替代手段

nADS-BAPP : ADS-B用于机场地面活动区交通监视

•先进地面移动引导和控制系统的信息源

•小型机场也能具有基本机场监视,并为跑道入侵报警提供支持

ADS-B IN 应用指航空器ADS-B接收机接收其他航空器或地面服务设备发送的空中交通和飞行服务信息,可通过CDTI或PDA获取相关信息(包括附加服务:如TIS-B/FIS-B数据)。实验证明其观察范围比TCAS远,更有利于飞行员实施有效避让。

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ADS-B 则是采用单向数据链,通过广播式服务来进行通信,故可分为空空、空地、地地和地空链路,广播间隔一般为1S。ADS-B系统分为机载和地面设备。机载设备通过GNSS卫星获得航空器的位置信息,通过气压高度表获得气压高度信息,再通过机载收发机将各种信息进行广播,地面设备和空中其他航空器可接收信息并显示,用于地面监视和航空器之间的互相监视。

  其中地―空数据链是 ADS-B 技术重要的组成部分,当前,ADS-B主要有三种数据链模式:1090ES模式、UAT(通用访问电台)模式和VDL4(甚高频数据链路)模式。

  (1)1090ES模式是利用S模式应答机进行广播工作。目前S模式用于二次雷达的应答信号和TCAS防撞系统。利用S模式应答机在二次雷达应答信号和TCAS的空余时间,将相关数据对外进行广播。使用的是1090MHZ频段,带宽有限,数据率为1Mbps,调制方式为PPM。由于与二次雷达的应答信号同频,故可能造成链路的堵塞,S模式可支持中短程空空数据通信。

  (2)UAT(Universal AccessTransceiver)模式是美国研制的低空数据链通信。工作于单一宽带信道,不支持空对空双向通信。机载设备加装简单,成本低,使用978MHZ频段,避免1090ES可能产生的堵塞情况,数据率为1Mbps,调制方式为FSK。

  (3)VDL-4(VHF/UHF DIGITALLINK-MODE 4 )是瑞典研制的通信方式,技术复杂,但其在设计初期,就将TIS-B和FIS-B考虑在内,算是一种监视和通信的系统。工作VHF(108~136.975MHZ)。由于甚高频的传播特性,此模式在场面监视性能更优异。

  美国目前将1090ES数据链用于商用航空,UAT数据链路用于通用航空。我国初步确定商用航空采用1090ES,通用航空采用1090ES和UAT并存。而VDL-4在欧洲较为流行。

附加应用包括TIS-B和FIS-B等

  (1)TIS-B (TrafficInformation Service――Broadcast)作为ADS-B IN 的应用,通过1090ES 和UAT两种数据链对航空器广播空中交通信息(信息源为二次雷达监视的数据),即将无加装ADS-B设备的航空器的位置信息通过 ADS-B 广播给空域内加装ADS-B的航空器,显示在CDTI上,以提高飞行员对航空器周围交通状况的认知,提高情景意识。 

存在的问题

  应当认识到任何新系统在完善之前都存在问题,目前ADS-B还存在许多问题或风险:

  (1)目前机载ADS-B设备定位的信息数据源来自全球导航卫星系统(GNSS),那么必然需要考虑GNSS的可靠性和可用性,所以中国目前加速发展中的北斗卫星可提供很好的补充。

  (2)航空器上的安装ADS-B设备:不同的机型、不同的服务类型、不同的要求导致所需安装ADS-B设备的不同,需做一个加装规划。

  (3)干扰问题:信号在传递时,易受地形、天气影响,且当前电磁环境下,无线电干扰时常发生,数据传送的过程中不可避免的会加入误差和干扰,从而引起错报和丢报(同样雷达也存在同样问题,由于干扰导致ATC系统产生丢点或偏移)。ADS-B还存在一种所谓的“欺骗干扰”(多点定位系统和雷达的探测功能不存在“欺骗干扰”),即对系统注入虚假信号,使地面管制员“看到”不存在的飞机。ADS-B系统的此类漏洞与许多其他设施相同,由于数据链使用的是明文,缺少对数据的加密和认证。作为监视服务的ADS-B系统,如果欺骗成功,将影响管制员和飞行员的判断,降低运行系统性能,甚至引发事故。

  (4)飞行信息的保密性:由于数据链使用的是明文,在接收范围内的空域或地面设备都可接收到ADS-B设备广播的位置和识别信息。但某些航空器的飞行需要保密,例如军用、重要人员专用运输等等,因此还需要考虑加密模式开发。

  (5)目前针对ADS-B所制定程序、间隔标准、空域设计、机组与管制员之间的责任划分和培训缺乏。故管制员、机组及其他可能使用 ADS-B的人员需要接受适当的培训,制定应急程序。

  因此,关于 ADS-B 系统尚有相当多的问题有待于进一步研究。

结语

  在 ADS-B 应用中,需要考虑未来可能的服务需求,如发展ADS-C、TIS-B,FIS-B等。发展ADS系统的同时,还需同步发展通信系统和导航系统。

  随着国内通用航空的发展及低空开放,ADS-B的应用可提供可靠的硬件支持。传统的监视技术未来必将被ADS-B技术取代,不仅是因为传统雷达投资大、维护成本高,更重要的是由于雷达技术已无法胜任下一代空管系统的监视需求,而ADS-B可以提高空管的工作效率和航空器的安全性。

 




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