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广播式自动相关监视(ADS-B)

广播式自动相关监视(ADS-B,Automatic Dependent Surveillance-Broadcast),A-自动:不需要人工操作和地面询问;D-相关:信息全部基于机载设备;S-监视:提供位置和其它用于监视的数据;B-广播:数据不是针对某个特定的用户,而是周期性的广播给任何一个有合适装备的用户。

数据链

ADS-B的监视基于数据链的通讯应用。地空数据链是ADS-B的重要载具。由于不同国家/地区在数据链发展过程中的意图与能力不同,全球成熟的数据链多种多样,主用以下三种:

1、S模式数据链/1090ES

1090ES数据链是对现有S模式应答机功能的扩展和延伸,也是全球通用的ADS-B运行数据链。

ADS-B系统使用基于SSR的S模式长电文/扩展电文(Extended Squitter)的功能的1090ES数据链技术。由于是对现有S模式应答机的升级,易于推广。

1090ES传输的数据包括24位ICAO地址、飞机四维信息等。每0.5S更新一次要传送的位置信息,数据传输率为1Mbit/s。

2、UAT数据链

UAT数据链在美国(978MHz)应用。如果仅在美国FL180以下的空域运行,则可只安装UAT。由于是主要在低空运作,所以UAT的应用对象主要是通用航空。

美国的通用航空是非常发达的,使用UAT数据链可以在很大程度上避免对1090ES数据链的带宽占用。

UAT数据链可以双向传输信息,上行链路宽,通用航空可以进行包括ADS-R、TIS-B、FIS-B等地面广播功能的应用。

对于UAT数据链,航空器需要进行额外设备加装。由于DME工作频段为960MHZ~1215MHZ,所以UAT数据链容易收到DME的干扰。

3、模式4甚高频数据链(VDL Mode 4)

VDL Mode 4是目前唯一支持ADS-B运行的甚高频数据链,不过目前使用的很少。

VDL Mode4甚高频数据链显然易见是使用现有的VHF频率。

功能原理

航空器、机场车辆和其他物体通过数据链以广播模式根据情况自动发出和/或接收诸如识别、位置和其他数据的一种方法。

来自飞行器的 ADS-B 发射应包含位置,飞行器识别码和类型,机载设备速率和事件驱动报文, 包括紧急情况/优先信息。

ADS-B发射机可以确定飞机的身份、位置和高度,并将其显示给ATC。

信号大约每半秒从飞机上广播一次,如果飞机在ADS-B地面站的覆盖范围内,数据可以被输入到空中交通管制设施,并用于提供空中交通服务。

ADS-B航电设备操作可以传输和接收信息。从收发信息的角度,可以分为:ADS-B OUT、ADS-B IN。

ADS-B OUT:飞行器或车辆以 ADS-B IN 功能接收机接收的格式、周期性地广播由其自身机载系统产生的状态向量(位置和速度)及其他信息的功能。

ADS-B IN:接收来自 ADS-B OUT 数据源监视数据的功能。   

ADS-B OUT

具备ADS-B OUT功能的飞机,不需要进行初始的询问,S方式应答机就可自动连续地向ATC地面站和有ADS-B IN功能的飞机发送监视数据。

被自动连续发送的ADS-B OUT监视数据包括以下信息:

由GNSS提供的纬度和经度、水平完整性限制 (HIL)、气压高度和几何高度之间的差异、地速;

由ADIRS提供的气压高度;

由IR提供的航迹,垂直速度;

由FMS提供的航班号(填写在ATS电报中并在驾驶舱准备期间输入到FMS);

紧急情况指示器;

选择的高度和航向,来自FCU的气压调定值(QNH/QFE)。

当前,全球的ADS-B运行中,是对ADS-B OUT功能的要求。

ADS-B IN

飞机可配备一个驾驶舱交通信息显示器/CDTI(Cockpit Display of Traffic Information)和相关接收器,以显示附近的ADS-B OUT飞机的广播位置,也可显示TIS-B(Traffic     Information Service - Broadcast)交通信息。

机组可以通过驾驶舱的交通信息显示器/CDTI,观察到临近飞机的位置情况(与本机的相对位置、飞行意图、速度和航向等)。交通显示可以在专用显示器上或集成到现有显示器中并呈现(例如,导航显示器/ND或多功能显示器/MFD)。CDTI可以与其他系统结合,例如移动地图导航显示。

ADS-B IN可以提高机组的情境感知能力,提高飞行安全性;也能满足空中协同监视,是'自由飞行'的重要支撑技术。

当然,现阶段IFR条件下,机组可从CDTI中发现附近交通以及可能的冲突风险,但还不能基于CDTI自行偏离ATC指令自行规避。如果出现潜在冲突,机组须与ATC确认情况,并由ATC处理。在配备TCAS的飞机中,ADS-B的交通显示信息不会更改现有程序中对交通咨询(TA)和/或决断咨询(RA)。

对于在G类空域中运行的航空器,由于没有空中交通管制服务,ATC不分配间隔,机组需要自行保持飞机间安全间隔,ADS-B IN功能对于提高安全性是非常有价值的。

数据源

地基ADS-B

通过架设地面基站,接收ADS-B数据,把数据通过互联网或4G网络传输。基站建设相对容易,有科研所的也有商业运行的。

星基ADS-B

利用位于近地轨道(LEO)的通信卫星网络“从天空”提供ADS-B覆盖范围,可以在难以或不可能安装ADS-B地面站的海洋和偏远地区提供ADS-B位置报告。

LEO星座监听来自飞机的ADS-B广播消息,然后使用低延迟链路将其转发给用户。

星基的ADS-B监视每8秒钟可以更新一个飞机位置。

星基ADS-B技术可以摆脱地面基站限制,原理上可以覆盖全球,并提供无缝的监视服务。对于陆地偏远地区,远离陆地的洋区、极地等地区基于星基的ADS-B可以极大的提高运行效率。

第二代铱星(Iridium NEXT)

搭载 ADS-B载荷的铱星系统接收到飞机位置信息后,通过铱星地面关口站传输至ADS-B处理中心。

ADS-B盲区

理论上评估某个区域,很难去分析和评估是否存在ADS-B的盲区,不同于地面导航台那个是每个国家公布出来,对于ADS-B的覆盖范围,一般从统计分析上来粗略的估计。

应用领域

场面监视

运行监控

ADS-B VS SSR

运行区域

2013年12月12日 澳大利亚:FL290以上必须具备。

2014年12月11日 中国香港:FL290以上必须具备。

2018年01月01日 印度尼西亚:FL290以上必须具备。

2018年05月24日 新加坡:部分航路/区域L290以上必须具备。

2019年10月10日 中国:乌鲁木齐FIR部分扇区必需具备。

2019年01月01日 法属波利尼西亚/塔希提:FL195以上须具备。

2020年01月01日 中国台湾:FL290以上必须具备。

2020年01月01日 越南:必须具备。

2020年01月01日 印度:FL290以上PBN航路和某些主干航路必须。

2020年01月01日 阿联酋:必须具备。

2020年01月01日 美国:必须具备。

2020年01月01日 墨西哥:10000ft以上实施ADS-B运行。

2020年03月26日 斐济:国内扇区强制实施。

2020年06月06日 澳大利亚:全高度强制实施ADS-B运行。

2020年06月07日 塞舌尔:塞舌尔飞行情报区强制实施。

2020年10月08日 朝鲜:强制实施ADS-B运行

2020年12月07日 欧控区域:强制要求ADS-B能力

2020年12月31日 中国大陆地区:强制要求ADS-B能力

2020年12月31日 加拿大:海洋和偏远地区 星基ADS-B运行

2021年12月4日   蒙古:6150米以上空域,强制要求

2022年01月01日 法属波利尼西亚:NTTT飞行情报区强制要求。

2022年01月01日 墨西哥:强制

2022年01月27日 新加坡飞行情报区:东北区域FL290及以上必须具备。

2022年03月25日 马来西亚:所有空域必须具备。

2022年06月01日 尼泊尔:航空器必须具备服务的ADS-B设备。

2022年12月31日 新西兰:NZZC所有管制空域强制要求

2023年01月01日 沙特阿拉伯:A、B、C、D、E类空域必须

2023年01月26日 新加坡:全部空域强制要求(除个别航路外)。

2023年08月10日 加拿大:国内空域(CDA)A类空域,强制要求。

2024年05月16日 加拿大:国内空域(CDA)B类空域,强制要求。


放行注意事项

1、当前主用ADS-B Ver2版本,

2、 具备1090ES数据链能力ADS-B航空器需要在ATS电报编组10b中填报Bx,

B1   ADS-B with dedicated 1090MHz ADS-B “out” capability

B2  ADS-B with dedicated 1090MHz ADS-B “out” and “in” capability

编组18 “SUR/”注明ADSB监视用途能力“260B”;

3、ADS-B广播的航空器位置源于GNSS位置,所以GNSS信号可靠性直接决定了ADS-B位置的可靠性和准确性。例如:美线运行,需增加美国区域内ADS-B可用性校验,详见:https://sapt.faa.gov/form.php。

国外(美国)拓展功能

1、AUTO DEPENDENT SURVEILLANCE REBROADCAST(自动相关监视-重播)

在美国,由于ADS-B系统在两个单独的频率(1090MHz和978 MHz)上运行,因此需要对每个频率的广播信息进行转换、重新格式化和重新广播,从而使得在单一频率上的飞机能够处理和使用另一个频率中飞机广播的信息,此过程称为ADS-R。

ADS-R发生在ADS-B地面站内。输出ADS-B且接受ADS-R服务的航空器或车辆称为ADS-R客户。在ADS-R客户的相对链路上配备了ADS-B的飞机或车辆,其消息由地面系统转换和传输,被称为ADS-R目标。

注意:在同一ADS-B频率上运行的飞机直接交换信息,不需要ADS-R转换。在UAT和1090ES上均具有ADS-B     IN功能的飞机不需要ADS-R服务。

2、TFC INFO SERVICE BCST(交通信息服务广播)

TIS-B是从ATC监视系统获得的源自于C模式或S模式应答器的交通信息广播。在并非所有飞机都配备ADS-B的情况下,TIS-B可以为配备ADS-B IN的飞机提供更全面的周围交通情况。

ADS-B输出且正在接收TIS-B服务的航空器或车辆称为TIS-B客户。在TIS-B报告中传送其位置的未配备ADS-B的飞机或车辆被称为TIS-B目标

3、FLT INFO SERVICE BCST(飞行信息服务广播)

FIS-B是ADS-B技术的组成部分,该技术提供免费的图形化(美国)国家气象服务产品,临时飞行限制(TFR)和特殊用途的空域信息,使飞行员能够提高飞行安全水平。

FIS-B仅在UAT上运行,并为配备ADS-B IN能力的飞机提供一套仅提供航空天气和航行情报信息咨询,以增强用户的态势感知能力。

FIS-B不能替代标准气象服务中的飞行前天气通报,也不会替代空中来自FSS或ATC的更新内容。机组可使用FIS-B信息进行飞行;但这些信息不应成为唯一的天气或航行情报来源。

ADS-R、TIS-B、FIS-B服务高度为中低空和终端区。

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