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一、概述
近年来航空业发展迅速，飞行流量持续快速增长使得民航空域资源严重短缺，给航迹跟踪、流量控制、航空安全、事故搜救等带来了巨大挑战。为了实现对大流量空中交通的无缝连续监视，需要建设复杂的雷达网络和数据处理系统；另一方面，受自然环境限制，全世界大部分地区没有得到航空监控，尤其在海洋、极地、山区、沙漠和不发达地区安装地面监视设备在技术和经济上无法实现。在这一背景下，广播式自动相关监视 (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，ADS-B）技术应运而生。
ADS-B技术采用全向广播方式自动播发机型、航空代码、位置、速度、高度和航线等，将卫星导航、通信技术、机载设备以及地面设备等先进技术相结合，提供了更加安全、高效的空中交通监视手段，能有效提高管制员和飞行员的运行态势感知能力，扩大监视覆盖范围，提高空中交通安全水平、空域容量与运行效率。ADS-B工作原理如图1所示。
图1 ADS-B工作原理
国际民航组织于第十一届航行大会确定ADS-B技术为全球新航行技术的主要发展方向。欧洲要求从2015年起重量大于5700kg或者速度大于250节的飞机强制装配ADS-B播发设备，对于已经投入使用的飞机截止到2017年完成改装。美国、加拿大等国家也采取了类似的举措。预计到2020年，ADS-B将会在世界范围内实际投入运行。
中国民航高度重视新航行技术的应用与实施，不断加强ADS-B 技术研究与应用，在技术政策与规章标准制定、机载设备加改装、地面设备研制生产、技术验证与试验运行等方面开展了大量工作，为ADS-B 地空监视（ADS-B OUT）的实施奠定了基础。目前，国内70%的民航飞机已装备ADS-B设备，在2020年后所有高性能飞行器将强制安装ADS-B设备。
当前，基于ADS-B飞行器跟踪技术的空中管理还主要依靠陆基雷达，但国内外已经尝试将高灵敏度ADS-B接收机安装到低轨卫星上，通过星载ADS-B对航空飞机进行跟踪，广域侦收信号，卫星位于境内时实时转发侦收的信号，位于境外时先存储后转发。在星载ADS-B飞行器跟踪技术应用以前，依靠陆基雷达实现全球空管的范围只有10%，而星载ADS-B飞行器跟踪技术应用之后将会将范围扩大到100%。
二、国内外发展现状
(1)国外发展现状
ADS-B从1991年首次在瑞典首都的Bromma机场成功演示以来，在国际民航组织新航行系统发展规划的指导下，欧洲、北美和澳大利亚等地区的航空组织进行了卓有成效的研究和实验，一些具有代表性的进展有：1994年初，美国联邦航空局在Boston Logan机场对ADS-B监视功能的性能开展了地对地通讯的实验；2008年，欧空局率先开始研究1090ES模式的ADS-B信号能否被低地轨道卫星接收到，研究和仿真促使了“星载ADS-B”(ADS-B Over Satellite，AOS)的诞生；2010年11月，加拿大对飞临哈德森湾上空的航空器强制要求装备ADS-B发射系统；2011年，GlobalStar和ADS-B Technology开发出了ALAS (ADS-B Link Augmentation System)，通过该系统，能够将载有ALAS系统的飞机的ADS-B数据通过GlobalStar L/S数据链与卫星进行数据交换；2013年，德国航空中心研制发射了国际首颗星载ADS-B的实验卫星Proba-V；2015年，铱星二代卫星开始陆续发射，计划于2017年完全替代目前网络，预计其将成为第一个完成星座组网的ADS-B系统；2015年11月，国际电信联盟（International Telecommunications Union，ITU）将用于飞机和人造卫星的通信频率确定为1087.7~1092.3MHz，ADS-B的频谱利用资源得到有效保障。虽然从星载ADS-B概念提出到目前不到十年时间，但其已经取得了较大的发展，目前，德国、丹麦、加拿大、美国、中国等相继开展了星载ADS-B系统的研制，并发射了自己的ADS-B小卫星。
欧美由于率先完成了地基ADS-B系统的建设，因此也都率先将目光投向了星载ADS-B技术。欧洲由欧盟和欧洲航空安全组织发起了SESAR(Single European Sky ATM Resarch)，其中星载ADS-B技术也被列为未来空中交通管理的飞行跟踪手段之一，同时ESA也发出了项目邀请，推进星载ADS-B载荷研制和ADS-B卫星在轨演示验证。美国由于通航发展迅速，因此也是全球最早开始部署地基ADS-B并将目光率先瞄向天基ADS-B系统的国家。
2011年，GlobalStar和ADS-B Technology开发出了ALAS (ADS-B Link Augmentation System)，通过该系统，能够将载有ALAS系统的飞机的ADS-B数据通过GlobalStar L/S数据链与卫星进行数据交换。2015年7月21-28日，GlobalStar在美国进行了约36小时的飞行试验来对星载ADS-B信号的接收进行验证，飞行期间，GlobalStar共收到了129300条报文中的125795条，接收成功率达到97%；8月12日，GlobalStar与ADS-B Technology宣布NASA Langley选择了ALAS系统作为NASA双向通信需求的研究工作。
欧洲航天局（The European Space Agency，ESA）2013年发射了由德国航空中心（DLR）研制的PROVE-V卫星搭载了ADS-B接收机，验证了星载ADS-B飞行器跟踪技术。在首次进行试验时2小时内接收到了12000余条ADS-B报文。它的成功验证了从太空进行空管的可能性。
图2 PROVE-V卫星在英国空域侦收到的ADS-B信号
图3 PROVE-V卫星在澳大利亚空域侦收到的ADS-B信号
图4 PROVE-V卫星ADS-B侦收幅宽示意图（单轨约500km）
该卫星验证了从太空持续跟踪航空器的可能性。在不到的两年时间里，对地覆盖范围相对较小（约1200L×500W (km)）的ADS-B载荷已接收了来自15000多架飞机的2500万个位置信号。该接收机接收的数据通过与澳大利亚的地基ADS-B网络数据比对，吻合结果非常好，验证了DLR研制的天基ADS-B接收机的接收性能......
(2) 国内发展现状
国防科技大学微纳卫星工程中心2015年9月发射了“天拓三号”（TT3）。这是我国首次进行星载航空目标自动识别信号接收试验。TT3星载ADS-B接收系统平均每天可接收全球范围40多万条ADS－B报文数据，幅宽超过2000公里，成功实现对全球范围航空目标的准实时目标监控、空中流量测量，接收的报文数据可为航空安全、航线优化、航空管制和提升航空效率提供信息服务。如图5、图6所示......
图5 TT3星载ADS-B单轨幅宽示意图（2015-09-22日数据）
图6 TT3星载ADS-B 8小时侦收数据示意图（2015-09-22日）
三、结束语
星载ADS-B具有位置高远、广域覆盖的优势，其侦收信息在军事上可用于监视全球航空目标，配合重要目标详查；在国民经济建设中可用于掌握全球航空动态、维护航行安全、分析全球经济态势等，在智能大交通、空管、物流等各领域应用广泛。总的来说星载ADS-B具有巨大的军民两用价值。
2015年国内星载ADS-B系统的首次飞行验证圆满完成，改进型星载ADS-B载荷、低信噪比解调和多信号冲突信号分选算法等研究进展顺利，微、纳卫星平台的研制和验证日渐完善，各应用单位在星载ADS-B数据处理和显示、数据库的建设方面日渐成熟。综合以上几个有利因素，可以看出我国建设实用化的星载ADS-B侦收系统已经具有良好的基础和条件。
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