廣播式自動相關(guān)視聽系統(tǒng)在通用航空領(lǐng)域的應(yīng)用

廣播式自動相關(guān)視聽系統(tǒng)在通用航空領(lǐng)域的應(yīng)用

1面空及地面設(shè)備as-b是利用空間數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)完成交通監(jiān)測和信息傳輸?shù)男孪到y(tǒng)。國際民航組織(ICAO)確定將其作為未來監(jiān)視技術(shù)發(fā)展的主要方向,國際航空界正在積極推進(jìn)該項技術(shù)的應(yīng)用,一些航空發(fā)達(dá)國家已將其投入使用。與地面雷達(dá)系統(tǒng)相比,ADS-B能提供更加實時和準(zhǔn)確的航空器位置監(jiān)視信息,并且維護(hù)費用低,使用壽命長,而建設(shè)成本只有前者的十分之一左右。使用ADS-B可以增加無雷達(dá)覆蓋區(qū)域的空域容量,減少有雷達(dá)區(qū)域?qū)走_(dá)多重覆蓋的需求,大大降低空中管制系統(tǒng)的運行費用。ADS-B還可為航空器提供各種交通信息,傳送天氣、地形、空域限制等飛行信息,使機(jī)組更加清晰地了解周邊的交通情況,提高機(jī)組的情景意識,并可用于航空公司的運行監(jiān)控和管理,為高效、安全的飛行奠定基礎(chǔ)。ADS-B技術(shù)在國際上的研發(fā)已進(jìn)行了多年,美國、歐盟和俄羅斯在不同模式方面的應(yīng)用研究都取得了實際成果,近幾年在美國、澳大利亞等國逐漸進(jìn)入了實際應(yīng)用階段。在我國,中國民航飛行學(xué)院在民航局的支持下,從2005年開始使用UAT系統(tǒng)。目前學(xué)院已完成了七種機(jī)型近200架飛機(jī)的機(jī)載設(shè)備加裝,在學(xué)院所屬的新津、廣漢、洛陽、綿陽分院及遂寧航站完成5個地面基站的建設(shè)以及基站間的網(wǎng)絡(luò)連接工作。目前已經(jīng)能完成對本場訓(xùn)練的初、中級以及高級教練機(jī)進(jìn)行實時、準(zhǔn)確的跟蹤監(jiān)控,飛機(jī)之間也可以互相了解對方的位置和高度,提高了飛行訓(xùn)練的安全性,為UAT系統(tǒng)在我國通用航空的使用進(jìn)行了有意義的探索。民航局空管局計劃在雙流機(jī)場、九寨機(jī)場各安裝一套ADS-B地面設(shè)備。這兩套系統(tǒng)目前已經(jīng)完工,成都至九寨航路上將實現(xiàn)全程ADS-B監(jiān)視。該航路采用1090ES,雷達(dá)覆蓋區(qū)域和ADS-B覆蓋區(qū)域大部分重疊,以便進(jìn)行雷達(dá)與ADS-B監(jiān)控的對比。民航空管局還計劃在西部一些航路實施ADS-B監(jiān)視。隨著我國民航事業(yè)的快速發(fā)展,ADS-B將是保障飛行安全、提高運行效率、增大空中交通流量、減少建設(shè)投資的重要技術(shù)手段,也是我國由民航大國向民航技術(shù)強(qiáng)國邁進(jìn)的重要標(biāo)志。2基本數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)褂肁DS-B共有3種數(shù)據(jù)鏈路:1)978MHz通用訪問的UAT收發(fā)機(jī);2)1090MHz的S模式應(yīng)答機(jī)擴(kuò)展電文數(shù)據(jù)鏈(1090ES);3)模式4的甚高頻數(shù)據(jù)鏈(VDL-4)。由于ADS-B系統(tǒng)目前處于系統(tǒng)發(fā)展的初期,還存在著1090ES、UAT、VDL4這三種數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的互相競爭。VDL4主要應(yīng)用于北歐一些國家的場面監(jiān)視方面,實際應(yīng)用較少。目前主要使用的系統(tǒng)只有UAT與1090ES兩種系統(tǒng)。一般認(rèn)為:1090ES將應(yīng)用于商業(yè)運輸航空領(lǐng)域,UAT數(shù)據(jù)鏈主要應(yīng)用于通用航空領(lǐng)域。1090ES對機(jī)載設(shè)備改裝要求不高,可以利用現(xiàn)有的S模式應(yīng)答機(jī),因此得到了運輸飛機(jī)制造商的支持,目前大多數(shù)進(jìn)行ADS-B運行和試驗的國家采用的都是該系統(tǒng)。相比于UAT系統(tǒng),1090ES具有強(qiáng)大的信息傳輸能力,對于未來發(fā)展ADS-B功能具有較大的優(yōu)勢。UAT系統(tǒng)則以其機(jī)載設(shè)備簡單,靈活度高和成本低而在通用航空領(lǐng)域占有一席之地。由于1090ES和UAT系統(tǒng)不能簡單進(jìn)行連接,裝備了一個數(shù)據(jù)鏈的飛機(jī)不能直接接收裝有另一個數(shù)據(jù)鏈的飛機(jī)的信息,機(jī)載設(shè)備的兼容和與地面系統(tǒng)的匹配將是對雙傳輸媒介系統(tǒng)(UAT和1090ES)共存的一大挑戰(zhàn)。31090es和eat系統(tǒng)的特點和附加功能3.11次雷達(dá)及應(yīng)答機(jī)1090ES是基于二次監(jiān)視雷達(dá)(SSR)的S模式擴(kuò)展電文報告(ES)的功能。A/C模式的二次雷達(dá)使用比較廣泛,但這兩種模式的數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)容非常有限,因此國際民航組織(ICAO)把發(fā)展S模式二次雷達(dá)作為一種非常重要的監(jiān)視方案進(jìn)行推廣。1090ES的頻率為1090MHz,1090ES傳送的數(shù)據(jù)包括24比特飛機(jī)識別碼,位置,高度,呼號等。以前出廠裝機(jī)的S模式應(yīng)答機(jī),不能滿足ADS-B對機(jī)載系統(tǒng)性能的需求,需要對應(yīng)答機(jī)的軟硬件進(jìn)行升級。但目前商業(yè)生產(chǎn)的S模式二次雷達(dá)應(yīng)答機(jī),已經(jīng)能夠滿足ADS-B的需求。3.2工作在+x射線UAT是美國聯(lián)邦航空局提出的一種數(shù)據(jù)鏈路格式,工作在978MHz,雙向傳輸。UAT模式的機(jī)載收發(fā)機(jī)為專用的通用訪問收發(fā)機(jī)(UAT),機(jī)載和地面收發(fā)機(jī)采用978MHz的收發(fā)頻率。3.3自動監(jiān)視和顯示TIS-B:ADS-B地面站接收航空器發(fā)送的ADS-B位置報文,將這些數(shù)據(jù)傳遞給監(jiān)視截獲器,同時它也接受雷達(dá)和其它監(jiān)視設(shè)備接收到的數(shù)據(jù)。監(jiān)視截獲器將這些數(shù)據(jù)融合為統(tǒng)一的目標(biāo)位置信息,并發(fā)送至TIS-B服務(wù)器。TIS-B服務(wù)器將信息集成和過濾后,完成空中交通監(jiān)視全景信息,再通過ADS-B地面站發(fā)送給航空器。這樣機(jī)組就可以獲得全面而清晰的空中交通信息。TIS-B的應(yīng)用可以讓使用ADS-B不同數(shù)據(jù)鏈類型的用戶都可以通過對應(yīng)的ADS-B機(jī)載設(shè)備獲得周邊的空域運行情況,從而做到了間接互相可見。(2)飛行信息服務(wù)廣播FIS-B(FlightInformationService-Broadcast)FIS-B:ADS-B地面站向航空器傳輸氣象、航行情報等信息。這些信息可以是文本數(shù)據(jù),也可以是圖像數(shù)據(jù)。文本格式的氣象信息包括實況報(METAR)、特選報(SPECI)和機(jī)場天氣預(yù)報(TAF)等。圖像格式的信息包括雷達(dá)混合圖像、臨時禁飛區(qū)域和其它航行通告信息等(NOTAM)。FIS-B使機(jī)組可以獲得更多的運行相關(guān)信息,及時了解航路氣象狀況和空域限制條件,為更加靈活而安全的飛行提供保障。410雙數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)dual-專業(yè)1090ES目前在TCAS、SSR等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,技術(shù)比較成熟,但是現(xiàn)有的S模式地面設(shè)備基本不具備上行數(shù)據(jù)傳送能力?？紤]到1090ES要支持TCAS防撞系統(tǒng)、MDL多點定位系統(tǒng)、SSR二次雷達(dá)等多項業(yè)務(wù),1090ES鏈路自然比較擁擠,另外,目前飛機(jī)上已使用的S模式應(yīng)答機(jī)還不具備ADS-B功能,需要升級應(yīng)答機(jī)的軟件和硬件,升級費用也不低。通用航空飛行在全球相對運輸航空來講也是比較繁忙的,例如在美國通用航空占了全美總飛行流量的1/3,非常需要動態(tài)、實時的信息服務(wù),而這些飛機(jī)一般安裝的是A/C模式的應(yīng)答機(jī),無法使用1090ES系統(tǒng),即使有些新出廠的飛機(jī)安裝了S模式應(yīng)答機(jī),由于設(shè)備簡單,升級為滿足1090ES的ADS-B也很困難。這樣,通航飛機(jī)只得選裝UAT系統(tǒng)。UAT系統(tǒng)的機(jī)載部分簡單,設(shè)備費用低廉。美國通用航空飛行選擇了UAT數(shù)據(jù)鏈。目前國際上一些廠商為了解決數(shù)據(jù)鏈不兼容的問題推出了雙數(shù)據(jù)鏈結(jié)構(gòu)的接收設(shè)備,這些設(shè)備一般工作在UAT數(shù)據(jù)格式下,當(dāng)接收到1090ES數(shù)據(jù)時,其內(nèi)部電路將1090ES數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為UAT數(shù)據(jù)格式。這種設(shè)備雖然做到了全面兼容1090ES數(shù)據(jù)鏈和UAT數(shù)據(jù)鏈,但是其造價也相應(yīng)增加,這些價格上的增長使這種雙頻接收機(jī)在通用航空領(lǐng)域的應(yīng)用受到了一些影響。為同時滿足空管監(jiān)控運輸航空和通用航空的需要,可采用雙數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)構(gòu)型(Dual-LinkSystem)(含1090ES和UAT)。從空域的高度劃分來講,在18000ft以上,運輸飛機(jī)使用1090ES,18000ft以下,通航飛機(jī)使用UAT系統(tǒng)。從圖1可見,有三路獲得飛機(jī)的位置信息:1)通過UAT數(shù)據(jù)鏈基站獲得安裝有UAT系統(tǒng)飛機(jī)的位置信息;2)通過1090ES數(shù)據(jù)鏈基站獲得安裝有1090ES系統(tǒng)飛機(jī)的位置信息;3)通過地面的二次雷達(dá),獲得空域的飛機(jī)位置信息。所有這些信息匯總到監(jiān)視截獲器后,融合為統(tǒng)一的目標(biāo)位置信息,送到空管機(jī)構(gòu)實時監(jiān)控飛機(jī),該數(shù)據(jù)為空域的所有飛機(jī)位置信息。UAT飛機(jī)獲得的信息:首先通過廣播獲得周圍空域安裝UAT飛機(jī)的位置信息,其次1090ES系統(tǒng)的飛機(jī)位置信息和二次雷達(dá)獲得的飛機(jī)信息,到監(jiān)視截獲器后,經(jīng)過TIS-B服務(wù)器,到UAT數(shù)據(jù)鏈基站,同時通過FIS-B,把氣象和航行情報等信息,也傳送到UAT數(shù)據(jù)鏈基站,通過基站向外廣播,安裝有UAT系統(tǒng)的飛機(jī)接收這些信息。這樣,安裝有UAT系統(tǒng)的飛機(jī),一方面通過廣播,獲得周圍空域安裝有UAT系統(tǒng)的飛機(jī)位置信息,另一方面通過TIS-B獲得安裝有1090ES的飛機(jī)位置信息(如運輸航空器)和通過二次雷達(dá)獲得沒有安裝ADS-B系統(tǒng)的飛機(jī)信息(僅安裝有A/C模式應(yīng)答機(jī)的航空器),通過FIS-B獲得氣象和航行情報等信息。1090ES飛機(jī)獲得的信息:首先獲得周圍空域安裝有1090ES飛機(jī)的位置信息。同樣,利用TIS-B獲得的UAT飛機(jī)的位置信息、二次雷達(dá)獲得的飛機(jī)信息以及利用FIS-B獲得的氣象等信息,通過1090ES數(shù)據(jù)鏈基站上傳到安裝有1090ES飛機(jī)(注:現(xiàn)有的基站還不具有數(shù)據(jù)上傳功能,今后設(shè)備升級后可實現(xiàn))。因此它也可以得到與安裝有UAT一樣的數(shù)據(jù)。綜上所述,不論飛機(jī)上安裝的是UAT或1090ES系統(tǒng),通過雙數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)均能獲得周圍空域飛機(jī)的位置信息和氣象飛行情報等信息。如果沒有安裝ADS-B系統(tǒng),僅安裝有A/C模式應(yīng)答機(jī)的飛機(jī),則不能獲得周圍空域飛機(jī)的位置信息。另外,UAT數(shù)據(jù)鏈基站和1090ES數(shù)據(jù)鏈基站通過多路數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)關(guān),雙向進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。從圖2可見,在高高度(18000ft以上),安裝有1090ES系統(tǒng)的飛機(jī)通過TCAS獲得周圍空域飛機(jī)的位置信息。在低高度(18000ft以下),安裝有UAT系統(tǒng)的飛機(jī),直接獲得安裝有UAT系統(tǒng)飛機(jī)的位置信息。另外,通過TIS-B獲得沒有安裝UAT或1090ES系統(tǒng)飛機(jī)的位置信息,最后通過FIS-B飛機(jī)獲得氣象和航行情報等信息。以上這種雙數(shù)據(jù)鏈構(gòu)型既滿足了運輸航空1090ES利用現(xiàn)有設(shè)備實現(xiàn)ADS-B功能時設(shè)備改動的最小化,同時又滿足了通用航空通過UAT實現(xiàn)ADS-B功能時成本的最低化。這是未來ADS-B技術(shù)的發(fā)展趨勢。(下轉(zhuǎn)第10頁)5雙數(shù)據(jù)鏈型鋼網(wǎng)絡(luò)uat目前一些大型航空公司表