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隨著(zhù)技術(shù)的不斷創(chuàng )新和發(fā)展，以及軍事和民用需求的促進(jìn)，航空領(lǐng)域呈現出前所未有的發(fā)展形勢，航空需求與日俱增，國家和公眾對空域的需求與可供使用的空域資源不足的矛盾日益突出，飛行活動(dòng)出現了許多新情況和新特點(diǎn)。政府職能部門(mén)、國內外企業(yè)和個(gè)人擁有航空器和直升機數量呈逐年上升趨勢，且大部分在大中城市和機場(chǎng)密集地區飛行，使空域的飛行活動(dòng)愈來(lái)愈變得錯綜復雜。根據美國運輸部的報告，2007年美國單程飛行數達到近750萬(wàn)次[1]。中國航空工業(yè)第一集團公司預測，到2026年我國客運周轉量接近1.2萬(wàn)億人千米[2]。航空運輸市場(chǎng)的快速發(fā)展帶來(lái)機場(chǎng)和航路的擁擠。因此，如何充分、合理、科學(xué)、可靠地利用這樣一個(gè)繁忙的空域，成為極其緊迫和重要的問(wèn)題。必須建立完善的空管系統，包括先進(jìn)機載設備、配套建設的空-空數據鏈、地-空數據鏈和地面用戶(hù)設備。 自動(dòng)相關(guān)監視(ADS)技術(shù)是新航行系統[3]發(fā)展最重要的成果，是國際上解決空中交通管制[4](空管)最有效的辦法。廣播式自動(dòng)相關(guān)監視(ADS-B)是一種基于GPS全球衛星定位系統和空-空、地-空數據鏈通信的航空器運行監視技術(shù)[5]。 ADS-B系統 ADS-B主要實(shí)施空對空監視，一般情況下，只需機載電子設備(GPS接收機、數據鏈收發(fā)機及其天線(xiàn)、駕駛艙沖突信息顯示器CDTI)，不需要任何地面輔助設備即可完成相關(guān)功能，裝備了ADS-B的飛機可通過(guò)數據鏈廣播其自身的精確位置和其它數據(如速度、高度及飛機是否轉彎、爬升或下降等)。ADS-B接收機與空管系統、其它飛機的機載ADS-B結合起來(lái)，在空地都能提供精確、實(shí)時(shí)的沖突信息[6]。 ADS-B系統由多地面站和機載站構成，以網(wǎng)狀、多點(diǎn)對多點(diǎn)方式完成數據雙向通信。機載ADS-B通信設備廣播式發(fā)出來(lái)自機載信息處理單元收集到的導航信息，接收其他飛機和地面的廣播信息后經(jīng)過(guò)處理送給機艙綜合信息顯示器。機艙綜合信息顯示器根據收集的其他飛機和地面的ADS-B信息、機載雷達信息、導航信息后給飛行員提供飛機周?chē)膽B(tài)勢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技術(shù)是新航行系統中非常重要的通信和監視技術(shù)，把沖突探測、沖突避免、沖突解決、ATC監視和ATC一致性監視以及機艙綜合信息顯示有機的結合起來(lái)，為新航行系統增強和擴展了非常豐富的功能，同時(shí)也帶來(lái)了潛在的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。 ADS-B技術(shù)應用 ADS-B技術(shù)用于空中交通管制，可以在無(wú)法部署航管雷達的大陸地區為航空器提供優(yōu)于雷達間隔標準的虛擬雷達管制服務(wù);在雷達覆蓋地區，即使不增加雷達設備也能以較低代價(jià)增強雷達系統監視能力，提高航路乃至終端區的飛行容量;多點(diǎn)ADS-B地面設備聯(lián)網(wǎng)，可作為雷達監視網(wǎng)的旁路系統，并可提供不低于雷達間隔標準的空管服務(wù);利用ADS-B技術(shù)還在較大的區域內實(shí)現飛行動(dòng)態(tài)監視，以改進(jìn)飛行流量管理;利用ADS-B的上行數據廣播，還能為運行中的航空器提供各類(lèi)情報服務(wù)。ADS-B技術(shù)在空管上的應用，預示著(zhù)傳統的空中交通監視技術(shù)即將發(fā)生重大變革。 ADS-B技術(shù)用于加強空-空協(xié)同，能提高飛行中航空器之間的相互監視能力。與應答式機載避撞系統(ACAS/TCAS)相比，ADS-B的位置報告是自發(fā)廣播式的，航空器之間無(wú)須發(fā)出問(wèn)詢(xún)即可接收和處理漸近航空器的位置報告，因此能有效提高航空器間的協(xié)同能力，增強機載避撞系統TCAS的性能，實(shí)現航空器運行中即能保持最小安全間隔又能避免和解決沖突的空-空協(xié)同目的。ADS-B系統的這一能力，使保持飛行安全間隔的責任更多地向空中轉移，這是實(shí)現“自由飛行”不可或缺的技術(shù)基礎。 ADS-B技術(shù)用于機場(chǎng)地面活動(dòng)區，可以較低成本實(shí)現航空器的場(chǎng)面活動(dòng)監視。在繁忙機場(chǎng)，即使裝置了場(chǎng)面監視雷達，也難以完全覆蓋航站樓的各向停機位，空中交通管理“登機門(mén)到登機門(mén)”的管理預期一直難以成為現實(shí)[8]。利用ADS-B技術(shù)，通過(guò)接收和處理ADS-B廣播信息，將活動(dòng)航空器的監視從空中一直延伸到機場(chǎng)登機橋，因此能輔助場(chǎng)面監視雷達，實(shí)現“門(mén)到門(mén)”的空中交通管理。甚至可以不依賴(lài)場(chǎng)面監視雷達，實(shí)現機場(chǎng)地面移動(dòng)目標的管理。 ADS-B技術(shù)能夠真正實(shí)現飛行信息共享�？罩薪煌ü芾砘顒�(dòng)中所截獲的航跡信息，不僅對于本區域實(shí)施空管是必需的，對于跨越飛行情報區(特別是不同空管體制的情報區)邊界的飛行實(shí)施“無(wú)縫隙”管制，對于提高航空公司運行管理效率，都是十分寶貴的資源。但由于傳統的雷達監視技術(shù)的遠程截獲能力差、原始信息格式紛雜、信息處理成本高，且不易實(shí)現指定航跡的篩選，難以實(shí)現信息共享。遵循“空地一體化”和“全球可互用”的指導原則發(fā)展起來(lái)的ADS-B技術(shù)，為航跡信息共享提供了現實(shí)可行性。 ADS-B技術(shù)在我國應用概況和存在的問(wèn)題 應用概況 ADS技術(shù)的應用方面，中國航空的起步并不晚。1998年，中國航空為了探索新航行系統發(fā)展之路，促進(jìn)西部地區航空運輸發(fā)展，在國際航空組織新航行系統發(fā)展規劃指導下，抓住中國西部地區開(kāi)辟歐亞新航路的戰略機遇，啟動(dòng)了第一條基于A(yíng)DS技術(shù)的新航行系統航路(L888航路)建設。L888航路裝備了FANS 1/A定義的ADS-C監視工作站，并在北京建立了網(wǎng)管數據中心。2000年，新系統完成了評估和測試并投入運行。2004年，北京、上海、廣州三大區域管制中心相繼建成。為三大區管中心配套的空管自動(dòng)化系統都具備了ADS航跡處理能力。經(jīng)驗證，新系統可以處理和顯示基于A(yíng)CARS數據的自動(dòng)相關(guān)監視航跡，也可以實(shí)施“航管員/飛行員數據鏈通信”(CPDLC)。這標志了中國航空的主要空管設施已經(jīng)具備了ADS監視能力。隨著(zhù)我國航空公司機隊規模擴大和機型的更新，近年來(lái)許多航空器都選裝了適合新航行系統的機載電子設備，具備了地空雙向數據通信能力。 中國航空在發(fā)展新航行系統和改進(jìn)空中交通監視技術(shù)方面開(kāi)展了建設性的活動(dòng)，取得了一些成果，但總體上沒(méi)有突破ADS-C的技術(shù)框架。因此，對解決空管的突出問(wèn)題，改善安全與效率，效果并不明顯。ADS-B技術(shù)的逐步成熟，將為我們尋求新的突破提供了機會(huì )。當今ADS-B技術(shù)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段，而我國仍在A(yíng)DS的概念階段徘徊不前。當別人尋求以成本更低、效率更高、用途更廣的新航行監視技術(shù)取代雷達技術(shù)時(shí)，我們還在加緊部署雷達網(wǎng)絡(luò )。過(guò)去十年，航空空管在發(fā)展主義的旗幟下實(shí)現了規模的擴張，但是，發(fā)展質(zhì)量不容樂(lè )觀(guān)。一個(gè)重要的事實(shí)是極具說(shuō)服力的：澳大利亞全境部署的雷達數量大致與上海飛行情報區可用的雷達資源相當。澳大利亞同行的優(yōu)勢，很大程度上得益于A(yíng)DS-B技術(shù)的超前規劃和大膽應用。相比之下，我們在A(yíng)DS-B的實(shí)用技術(shù)研究、機載設備配備、地面系統建設、飛行和管制人員的操作技能培訓等多方面，都還缺乏現實(shí)可行的規劃安排。 可喜的是相關(guān)當局開(kāi)始考察該技術(shù)的運行狀況，并表示進(jìn)一步開(kāi)發(fā)、利用這項新技術(shù)，對推動(dòng)我國航空活動(dòng)發(fā)展提供了現實(shí)可行性。 技術(shù)體制問(wèn)題 在A(yíng)DS-C的技術(shù)體制內，ADS的航跡報告是有條件選擇發(fā)送的[9]。ADS-B與ADS-C之間除合約和通信協(xié)議的管理控制方式不同外，目標下傳的位置、姿態(tài)和航行信息的內容基本一致。機載ADS報告系統對報告信息的要素選項、重復報告周期、發(fā)送選址都是可以預設的。飛機在收到地面發(fā)送的上行申請電文后發(fā)送ADS下行電文，將用戶(hù)約定的報告內容通過(guò)空/地數據鏈和地面傳輸網(wǎng)絡(luò )送達用戶(hù)端。因此，ADS信息的使用是契約制的。也就是說(shuō)，空管或航空公司簽派等地面用戶(hù)要想獲得所需的ADS報告，必須逐架飛機、逐條航路(或航段)約定報告信息，同時(shí)還必須與經(jīng)營(yíng)空-地、地-地數據鏈傳輸業(yè)務(wù)的運營(yíng)商定制信息傳輸服務(wù)。用戶(hù)約定的飛行航跡越多、信息要素越多、重復報告周期越短，支付的信息服務(wù)費就越高，而且按照SITA格式電報計量的通信費用特別昂貴。在這樣的技術(shù)體制下(附加了“第三方服務(wù)”成本)，雖然在低密度航路上，基于A(yíng)DS監視技術(shù)的空中交通服務(wù)和航空公司運行管理都能夠實(shí)現，但高額的運行成本卻讓空管和航空公司等用戶(hù)望而卻步，航空器已配置的先進(jìn)機載設備、配套建設的空-空數據鏈、地-空數據鏈和地面用戶(hù)設備也只能束之高閣。 技術(shù)兼容問(wèn)題 首先是雙向通信制式的差異。ADS-B的通信制式是廣播式雙向通信，而我國用來(lái)進(jìn)行航跡跟蹤和管制數據通信的地空數據鏈，采用美國ARINC公司的AEEC618/AEEC622協(xié)議方式，屬應答式雙向通信。此通信制式的數據刷新率受應答協(xié)議制約，其同步性和實(shí)時(shí)性都不能滿(mǎn)足高密度飛行管制服務(wù)需求，無(wú)法與ADS-B技術(shù)兼容。 其次是數據鏈容量的差異。ADS-B所使用的數據鏈應能滿(mǎn)足高密度飛行監視的要求，因此對數據長(cháng)度和通信速率都有很高的要求。國際航空組織推薦的全球可互用的ADS-B的廣播數據鏈-1090MHzS模式擴展電文數據鏈(1090ES)，最大下行數據長(cháng)度達到112位，最大數據率達到1兆比特/秒。而我國現用的RGS地-空數據鏈，最大下行數據長(cháng)度為32位，最大數據率僅2400比特/秒，顯然不能與ADS-B廣播電文兼容。 再則是傳輸技術(shù)上的差距。ADS-B廣播電文是面向比特的數據串，下行數據到達地面后，必須透明地傳輸至航空管制或航空運行簽派等地面用戶(hù)端。而現有系統中，通過(guò)RGS或衛星截獲的下行數據，須轉換為面向字符的SITA報文格式，經(jīng)低速的自動(dòng)轉報網(wǎng)傳輸到用戶(hù)端。這種信息傳輸方式的低效率以及傳輸時(shí)延不確定性，不能適應高密度飛行監視。 解決現有系統與ADS-B技術(shù)兼容問(wèn)題，關(guān)鍵是選擇新的空-空、地-空數據鏈系統。數據鏈是ADS-B技術(shù)重要的組成部分，當前，許多國家和組織出于不同的開(kāi)發(fā)意圖，開(kāi)發(fā)出了多種多樣的數據鏈，從中選擇適合我國實(shí)際的數據鏈類(lèi)型，是確定機載設備性能和發(fā)展地面設施的前提。各國對ADS-B數據鏈的選擇各持己見(jiàn)，但主流意見(jiàn)基本傾向于以下三種[10]：(1)甚高頻數據鏈模式4(VDLMode4)--歐洲較流行;其核心技術(shù)為SOTDMA協(xié)議，不足是現在VHF頻段資源緊張。(2)萬(wàn)能電臺數據鏈(UAT)--美國較流行，多用于通用航空飛機;采用二進(jìn)制連續相移鍵控CP-FSK，不足是和DME地面設備的互相干擾嚴重。(3)1090MHzS模式擴展電文數據鏈(1090ES)--國際民航組織推薦;采用選擇性詢(xún)問(wèn)、雙向數據通信，不足是已出現頻譜過(guò)度使用的危機。這三種數據鏈技術(shù)概貌見(jiàn)表1。 國際航空組織一直在努力倡導使各成員國能夠執行一個(gè)統一的數據鏈標準，從而提高數據鏈設備在全球范圍的通用性。如果空中的每架飛機都執行同一個(gè)數據鏈標準，通過(guò) ADS-B系統，每個(gè)飛行員都能看到其周?chē)欢ǚ秶鷥人泻娇掌鞯奈恢煤蛣?dòng)態(tài)。這將顯著(zhù)提高飛行員對其周?chē)w行態(tài)勢的感知度，從而可以在保證飛行安全的前提下，進(jìn)一步縮小飛機間的安全間隔，優(yōu)化飛行路線(xiàn)，提高空域資源的利用率。 發(fā)展方向 當前，處于成長(cháng)期的中國航空運輸業(yè)，空域范圍在擴充，機隊規模在擴大，機型在更新，空管設施面臨進(jìn)一步改造和完善。當局將面臨選擇：是全面引進(jìn)國外ADS-B空管技術(shù)，還是在現有體制上改造，還是自主研發(fā)ADS-B技術(shù)。無(wú)論采用何種方式，都涉及到全面更新機載設備、調整空管地面設施的結構、研發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)產(chǎn)品等，必須協(xié)調各方，整體推進(jìn)，還需要航空宏觀(guān)政策的政策支持。出于兼容現有機載設備、兼顧終極發(fā)展目標的考慮，政策取向也會(huì )有所側重。近期待實(shí)現和完善的目標有： ·ADS-B技術(shù)實(shí)驗計劃的安排; ·機載設備全面更新; ·實(shí)驗基礎上制定ADS-B應用規則和服務(wù)程序; ·制定陸地區域ADS-B地面系統的技術(shù)規范; ·西部地區ADS-B監視為主、雷達監視為輔的管制策略(限制雷達布局)[11]; ·雷達管制地區建立基于A(yíng)DS-B航跡處理的應急備份系統; ·積極推進(jìn)空中交通管制一體化建設[12]。 結語(yǔ) ADS-B系統對空中交通管制的發(fā)展具有十分重要的意義。根據沖突檢測和交通態(tài)勢圖顯示，實(shí)現飛行器相互監視和指揮能力，增加了航行的安全性。通過(guò)有效減小飛行器在空域內的最小間隔增大空域容量，提高了空域資源的利用率。ADS-B良好的通信功能和監視手段能更準時(shí)、及時(shí)、連續的掌握飛行器動(dòng)態(tài)，有效實(shí)施管制。我國航空事業(yè)起步較晚，技術(shù)力量薄弱，因地制宜，大力科學(xué)推進(jìn)ADS-B系統的實(shí)施有望迅速帶來(lái)顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和軍事效益。 |
