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ADS-B技术的应用和发展

2014-10-13 17:23| 发布者: 潜艇4809| 查看: 2329| 评论: 0|原作者: 赵欢欢|来自: 民航资源网

摘要:   9月26日芝加哥区域管制中心被人为纵火,对管制中心的通信设施造成了破坏,FAA不得不将芝加哥空域的管制权暂时交付给相邻的其他几个区域管制中心,这造成了数以千计的航班被取消和延误。

  9月26日芝加哥区域管制中心被人为纵火,对管制中心的通信设施造成了破坏,FAA不得不将芝加哥空域的管制权暂时交付给相邻的其他几个区域管制中心,这造成了数以千计的航班被取消和延误。该事件发生后,美国联邦航空局局长韦尔塔在参加9月29日举行的空中交通管制协会年度会议时表示:“芝加哥区域管制中心纵火案的发生为我们敲响了警钟——我们应该尽早建立起可靠灵活的空管系统。借助性能更好的ADS-B空管系统,未来我们在面对突发事件时可以更灵活地应对。”他同时指出,航空公司应该配合抓紧投资安装ADS-B机载设备系统。那么,1、什么是ADS-B系统?2、ADS-B“灵活”在什么地方呢?3、ADS-B技术发展的如何?带着这些问题我们进入下面的学习。

  一、ADS-B系统介绍

  在ADS-B技术应用之前,也是当前应用最广泛的技术,是机载A/C模式或S模式应答机配合地面二次雷达实施对飞机的监视。主要的工作原理是二次雷达发送一询问脉冲信号,机载应答机收到信号并确认后,再以脉冲信号的方式回复地面该架飞机的识别号、高度等信息,而飞机的方位信息,则由地面一次雷达探测。

  ADS-B是自动相关监视广播的简称,顾名思义,系统无需人工操作或者询问,可以自动地(每一秒一次)从相关机载设备获取参数向其他飞机或地面站广播飞机的位置、高度、速度、航向、识别号等信息,以供管制员对飞机状态进行监控。它衍生于ADS(自动相关监视),最初是为越洋飞行的航空器在无法进行雷达监视的情况下,希望利用卫星实施监视所提出的解决方案。

  相对于航空器的信息传递方向,ADS-B的应用分为两类:发送(OUT)和接收(IN)。其中OUT是ADS-B的基本功能,它负责将信号从飞机发送方经过视距传播发送给地面接收站或者其他飞机。ADS-B IN是指航空器接收其他航空器发送的ADS-B OUT 信息或地面服务设备发送的信息,为机组提供运行支持和情境意识,目前ADS-B IN的功能应用较少,但它是未来的ADS-B应用发展的方向。

  ADS-B系统工作主要基于的机载设备有:

  ①ATC 应答机。它是ADS-B系统的核心,负责收集和处理有关参数,由ATC天线通过数据链向地面站和其他飞机广播。

  ②MMR接收机。用来根据导航卫星计算精确地飞机位置和速度信息,传送给ATC应答机。

  ③ADIRU计算机。向应答机提供飞机的气压高度等大气数据信息。

  ④TCAS计算机。针对使用ADS-B IN 功能的飞机上,TCAS计算机用于接收1090MHZ扩展电文的数据链,将地面站或者其他OUT的信号显示在驾驶舱内。

  ⑤数据链系统。ADS-B的OUT和IN功能都是基于数据链通信技术,目前应用最广泛的也是国际民航组织推荐的是基于SSR的S模式扩展电文(ES)功能的1090MHz频率。因该频段为TCAS工作频段,因而相对拥挤,目前正在发展其他的数据链包括UAT、VDL Mode 4。

  综上所述ADS-B系统的工作流程:

  ①装备了GPS系统的飞机从导航卫星接收授时信息从而精确地确定飞机位置和速度。

  ②ADS-B发送设备从关联机载设备(如MMR、ADIRU)获取所需参数信息,通过数字式数据链,向地面的ADS-B接收机和其它飞机广播精确的位置和速度,以及飞机识别信息、航班号、空地状态等数据。

  ③ADS-B信号接收方,如综合在地面ATC系统中,或者安装在其他飞机上向使用者提供实时的空中交通状态。

  二、ADS-B的优势

  通过上面对ADS-B系统的介绍,单就最基本的OUT功能来说,ADS-B技术对空中交通管制和航空公司均有好处,主要体现在以下方面:

  对于管制中心来说,ADS-B地面站建设成本是传统二次雷达的九分之一,精度可以提高至10米量级,监视数据更新速度更快(1秒1次)。在无雷达区ADS-B作为唯一的机载监视数据源用于地面对空中交通的监视,以减小航空器的间隔标准,优化航路设置,提高空域容量,在面对诸如芝加哥管制中心失火,该区域雷达监视失效的情况时,可以相对灵活的将该区域飞机转交其他管制中心。而在雷达覆盖的区域,地面监视同时使用雷达和ADS-B OUT作为监视信息源。可以缩小雷达覆盖边缘区域内航空器的最小间隔标准,并且减少所需要的雷达数量。同时使用ADS-B OUT或者综合使用ADS-B和其他监视数据源(比如场监雷达、多点定位),为机场的地面交通监控和防止跑道侵入等提供监视信息,提高塔台人员的情景意识。

  对于航空公司来说,ADS-B的优点表现在安全、效益和容量三个方面。首先, ADS-B可以保持或改善航空工业现有的安全标准;其次效益方面,ADS-B极大地提高了ATC系统监视数据的精度,这会帮助ATC了解飞机间的实际间隔,使管制员避免效率低下的引导指令来保持间距。在尾随程序中,帮助飞机机动到最佳运行高度,允许飞行员向ATC请求并接收改变到更高,燃油效率更佳的巡航高度。或许你会考虑到系统改装的成本,实际上飞机厂家以及设备制造商早已取证和制定标准,新交付的飞机大多数可以满足运行要求,对于老旧飞机仅需要部分线路预留改装以及机载设备的升级即可。最后容量方面,因为ADS-B的高精度和报告频率的增加可以大幅消减飞机的间隔要求,提高空中交通管制系统的容量。

  随着ADS-B技术的发展,将在飞机逐渐应用ADS-B IN的功能,这样一来飞行员可以在驾驶舱显示器中实时的掌握外界的情况,包含在地面机场跑道的状况(相当于更加详细更远距离的TCAS功能)极大地增强了飞行人员的情境意识,提升安全水平,提高运行效率。

  三、ADS-B的发展

  鉴于ADS-B 种种优势,世界范围内都在积极推进ADS-B 系统的建设,目前来说已知最早的ADS-B强制要求是在2010年11月的加拿大哈德森湾,在那里尾随间隔将从80海里缩小到5海里。另外澳大利亚在2013年12月开始强制实施ADS-B运行。由于澳大利亚西部大部分空域没有被雷达系统覆盖,所以他们选择了ADS-B监视,以避免昂贵的雷达系统建设费用和维护费用。欧洲计划2015年对进入欧洲空域的飞机强制实施ADS-B OUT,且自2013年起对生产线上飞机强制要求满足ADS-B OUT运行。美国计划到2020年1月对所有飞机,包括商用飞机和通用航空,强制要求ADS-B Out。从现在开始到2020年,随着ADS-B Out设备的增加,FAA希望在营运人自愿的基础上装备ADS-B In功能,以便为用户提供更多的经营效益。中国正在探索在非雷达覆盖区域NRA的ADS-B Out功能的运行。中国民航已经在成都至九寨的航路上实施全程ADS-B监视,并逐步在我国非雷达覆盖区域的航路上实施ADS-B监视的运行。成都-拉萨航线监视工程于2009年6月获得民航局批准,2011年7月8日,该航线开始实施 ADS-B监视条件下缩小间隔。

  对于航空公司来说,为满足航路上对ADS-B的运行要求,航空营运人也在积极推进ADS-B的适航性改装工作。东航因上海飞纽约航线需要经过加拿大Hudson湾,为满足当局的要求,东航5架A340-600飞机已于2010年11月初完成全部ADS-B OUT运行的改装工作,包含以下项目:

  ① 飞机上的线路已全部符合要求。(即为增强型检测功能EHS进行线路预设,在2005年之前因欧洲的强制要求,东航宽体机已全部完成改装)

  ②机载MMR(P/N:822-1152-131)具备ADS-B OUT能力。

  ③机载ATC应答机具备ADS-B OUT能力。(ATC P/N 7517800-10005都已改装升级至P/N 7517800-10005 SOFTWARE MOD A)

  ④完成飞机上的验证工作,验证ADS-B发送(ADS-B OUT)功能。完成后还需修订相关飞行手册,相关人员的培训等。

  2011年4月东航在浦东飞纽约的航线上成功进行了ADS-B的适航性验证飞行,是国内首家获得民航局ADS-B正式批准的航空承运人。2013年12月12日,因香港情报区、台湾情报区、越南情报区实施高高度ADS-B运行,东航在之前已经完成执飞320和737机型的ADS-B改装工作,截至目前东航的ADS-B机载设备改装工作已经覆盖绝大部分空客波音飞机。

  四、总结

  综上所示ADS-B技术拥有成本低、精度误差小、监视能力强的特点,适用于高密度飞行区域的空中交通服务,有效的解决和避免了传统监视方式的种种弊端,其优越性不言而喻,未来必将成为空管监视的主要手段。然而当前该技术在中国还处于应用的初期阶段,仅仅在西部的几个航路上实施该项监视技术。对于成长期的中国航空运输业,空域范围的限制,机队规模在扩大,空管设施面临进一步改造和完善,是加速ADS-B技术发展的重要时期。同时,ADS-B技术的推广应用,涉及航空公司方面更新和改装机载设备、空管方面调整地面设施的结构,民航局方面的标准制定和运行认证,因而需要各方有力配合,整体推进,才能早日实现ADS-B的全面应用,为实现建设民航强国奠定基础。


  作者简介:

  赵欢欢,目前供职于东航工程技术公司浦东维修基地,担任空客电子技术支援工程师一职,主要负责空客320、330机型电子技术支援与培训工作,曾牵头排除多起电子系统疑难故障,对空客系列飞机的航电系统以及航电新技术应用较为熟悉。


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