廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）是國際民航組織（ICAO）為了未來航空運(yùn)輸發(fā)展的需要，以衛(wèi)星技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)提出的一種監(jiān)視技術(shù)，ADS-B系統(tǒng)以先進(jìn)的地空/空空數(shù)據(jù)鏈為通信手段，以GPS導(dǎo)航系統(tǒng)及其他機(jī)載設(shè)備產(chǎn)生的信息為數(shù)據(jù)源，實(shí)時(shí)地、自發(fā)地、間歇性地對(duì)外廣播自身的狀態(tài)參數(shù)（包括飛機(jī)編碼、三維位置、速度矢量、飛行意圖等），在地面用數(shù)據(jù)鏈接收設(shè)備可直接監(jiān)視空中目標(biāo)；在空中，相鄰運(yùn)行的飛機(jī)通過相互偵聽鄰近廣播（不是相互探測(cè)和問訊）就能實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍空域交通狀況全面、詳細(xì)地了解。ADS-B技術(shù)能以低成本實(shí)現(xiàn)飛行中航空器之間的相互監(jiān)視和優(yōu)于雷達(dá)間隔標(biāo)準(zhǔn)的虛擬雷達(dá)管制服務(wù)。
ADS-B依靠空中每架飛機(jī)自動(dòng)廣播自身位置報(bào)告，并接收臨近飛機(jī)位置報(bào)告，互相了解對(duì)方所處位置和行蹤，駕駛員自主地承擔(dān)維護(hù)著空中交通間隔的責(zé)任，從而不再依賴地面雷達(dá)監(jiān)視和管制。
ADS-B是飛機(jī)定期的傳送其狀態(tài)向量和其它信息的一種功能。ADS-B包含了以下幾層含義：自動(dòng)(Automatic)：全天候運(yùn)行,無需人值守；相關(guān)(Dependent)：它只需要依賴于GNSS定位數(shù)據(jù)；監(jiān)視(Surveillance)：提供類似于且優(yōu)于雷達(dá)監(jiān)視的服務(wù)，獲得飛機(jī)位置、高度、速度、航向、識(shí)別號(hào)和其它信息；廣播(Broadcast)：無需應(yīng)答機(jī)，在適當(dāng)?shù)膫鬏敺秶鷥?nèi)，飛機(jī)之間或與地面站之間采用廣播方式互相發(fā)送數(shù)據(jù)。所有裝備ADS-B設(shè)備的用戶都可以接收和處理這些數(shù)據(jù)。
ADS-B技術(shù)原理圖
根據(jù)飛機(jī)信息傳遞的方向，ADS-B技術(shù)的應(yīng)用可以劃分為發(fā)送（ADS-B OUT）和接受(ADS-B IN)兩類：
2.1、ADS-B OUT
ADS-B OUT是指飛機(jī)ADS-B發(fā)射機(jī)以一定的周期向其它飛機(jī)或地面空中管制員發(fā)送飛機(jī)的位置信息和其它附加信息，包括飛機(jī)識(shí)別信息、位置、高度、速度、方向和爬升率。OUT是機(jī)載ADS-B設(shè)備的基本功能。地面站通過接收飛機(jī)機(jī)載ADS-B設(shè)備發(fā)送的OUT信息，監(jiān)視空中交通狀況信息，起到類似于雷達(dá)監(jiān)視且優(yōu)于雷達(dá)監(jiān)視的功能。
2.2、ADS-B IN
ADS-B IN是指飛機(jī)ADS-B接收機(jī)接受來自其它飛機(jī)ADS-B OUT信息或ADS-B地面站設(shè)備發(fā)送的信息，其功能原理如圖所示：
ADS-B IN 功能原理圖
ADS-B IN可使飛行員在CDTI（駕駛艙交通信息顯示器）上“看到”其它飛機(jī)的運(yùn)行狀況，有利于實(shí)施見到后避讓的原則，從而有效提高機(jī)組的空中交通情景意識(shí)，使飛行更加安全和高效率。
ADS-B地面站也可以向飛機(jī)發(fā)送相關(guān)的信息,可以分為兩類信息：空中交通信息服務(wù)廣播(TIS-B：Traffic Information Service Broadcas)信息和飛行信息服務(wù)廣播（FIS-B：Flight Information Service Broadcat）信息。
ADS-B監(jiān)視系統(tǒng)的機(jī)載系統(tǒng)一般包括3部分：GNSS接收系統(tǒng)，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)ADS-B IN功能所需要的駕駛艙交通信息顯示器
3.1GNSS系統(tǒng)
ADS-B系統(tǒng)采用的航空器位置信息理論上可以來自飛行管理系統(tǒng)（FMS）、慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)（INS/IRS）和GNSS（全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)），但目前成熟的產(chǎn)品和技術(shù)規(guī)范都將GNSS作為唯一的位置信息來源。所以GNSS是ADS-B機(jī)載設(shè)備的一個(gè)重要組成部分。GNSS直接關(guān)系著ADS-B定位準(zhǔn)確性和可信性。如果GNSS失效，ADS-B將無法提供航空器位置。目前基本使用美國的GPS系統(tǒng)。ADS-B對(duì)GNSS的完好性提出了明確要求，所有接收機(jī)都要求具有接收機(jī)自出完好監(jiān)視功能，在新的技術(shù)規(guī)范中要求在電文報(bào)告中包含GNSS完好性參數(shù)。
3.2數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)
地—空之間傳遞數(shù)據(jù)的載體——地—空數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)茿DS-B技術(shù)重要的組成部分。它很大程度上影響著相關(guān)機(jī)載和地面設(shè)備的所需通信性能。當(dāng)前的地—空數(shù)據(jù)鏈類型主要有以下三種：
甚高頻數(shù)據(jù)鏈模式（VDL 4 Mode）
通用訪問收發(fā)機(jī)數(shù)據(jù)鏈（UAT）
1090MHz S模式擴(kuò)展電文數(shù)據(jù)鏈（1090ES）
這三種數(shù)據(jù)鏈都能滿足當(dāng)前ADS-B應(yīng)用的基本要求，但在具體細(xì)節(jié)上都不甚完美。由于歐洲和美國兩大商用飛機(jī)制造基地的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不同，在選用地—空數(shù)據(jù)鏈時(shí)，由于兼容現(xiàn)有機(jī)載設(shè)備、兼顧終極發(fā)展目標(biāo)的考慮、政策取向也各有側(cè)重。UAT方式的ADS-B技術(shù)，機(jī)載設(shè)備加裝簡(jiǎn)單，成本低、重量輕，工作頻率在DME設(shè)備的邊界頻率978MHz，避免了1090ES方式下與二次雷達(dá)都使用1090MHz會(huì)造成鏈路的堵塞。2006年中國民航總局制定了關(guān)于ADS-B的技術(shù)政策，計(jì)劃指出考慮到我國未來空管系統(tǒng)與國際國際接軌問題及在全球范圍內(nèi)的相互操作性，在我國實(shí)施ADS-B項(xiàng)目計(jì)劃時(shí)優(yōu)先考慮使用1090ES作為數(shù)據(jù)鏈路技術(shù)。
3.3駕駛艙交通信息顯示器（CDTI）
ADS-B信息的處理和應(yīng)用過程，是一種采用先進(jìn)的處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)算法，使ADS-B信息得到充分的利用，從而為用戶提供更良好的服務(wù)。ADS-B的信息處理主要包括位置信息和其它附加信息處理及有效算法，并且形成清晰、直觀的背景地圖和航跡、交通態(tài)勢(shì)分布、參數(shù)窗口以及報(bào)文窗口等，最后以偽雷達(dá)畫面實(shí)時(shí)地提供給用戶。
機(jī)載顯示時(shí)常用的為CDTI，可以為飛行員提供臨近交通狀況。CDTI最小系統(tǒng)可以僅僅只提供臨近ADS-B系統(tǒng)參與者的相對(duì)位置和速度矢量。高級(jí)CDTI可以為飛行員提供比如飛行曲線、早期報(bào)警等信息、它可以：1）提供目標(biāo)識(shí)別輔助，為飛行員常用的“看得見的避讓”操作提供必要信息；2）增強(qiáng)交通態(tài)勢(shì)告警，當(dāng)所有臨近飛機(jī)都裝備ADS-B發(fā)射機(jī)時(shí)候，CDTI可以作為一種全局態(tài)勢(shì)告警工具，同時(shí)也是將來所謂自由飛行的一個(gè)關(guān)鍵。
3.4機(jī)載設(shè)備配置
如果只要求具有ADS-B OUT功能,則需要兩個(gè)主要電子設(shè)備：
(1)GNSS接收機(jī)（機(jī)載的GPS接收機(jī)）；
(2)S模式1090ES應(yīng)答機(jī)（對(duì)現(xiàn)有的ATC應(yīng)答機(jī)升級(jí)軟件/硬件）。
具備ADS-B OUT和IN功能的綜合ADS-B收發(fā)系統(tǒng)需要4個(gè)主要電子設(shè)備：
GNSS接收機(jī)；
S模式1090ES應(yīng)答機(jī)；
1090ES接收機(jī)。目前,用來接收并解碼1090MHz信息的電子設(shè)備安裝在TCAS接收機(jī)上。未來,根據(jù)性能要求,ADS-B IN接收機(jī)也可能安裝在飛機(jī)其它組件上；
CDTI：根據(jù)飛機(jī)設(shè)備認(rèn)證要求，CDTI可以是駕駛艙的一個(gè)固定或組合部分，也可以是便攜式設(shè)備。
4.1原理
1090ES數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)能夠提供高達(dá)1MBits/s的數(shù)據(jù)傳輸帶寬，且在原S模式應(yīng)答機(jī)基礎(chǔ)上，只需做少量改動(dòng)（升級(jí)應(yīng)答機(jī)軟件以及加裝GPS與應(yīng)答機(jī)之間連線）就能升級(jí)為ADS-B系統(tǒng)，是ICAO唯一推薦的標(biāo)準(zhǔn)。
1090ES是基于S模式應(yīng)答機(jī)的一種技術(shù)。其下行頻率是1090MHz。1090ES傳送不同的信息，包括24bit碼，高度，代碼等。由于消息格式簡(jiǎn)單，信息承載能力較弱，所以在一個(gè)編碼中只能傳輸一個(gè)特定類型的信息。而這些信息的更新率也有所不同，位置信息和速度信息每0.4~0.6秒更新一次，標(biāo)示信息和類型信息每4.8~5.2秒更新一次，趨勢(shì)改變信息每1.6~1.8秒更新一次。
1090ES信息接收單元收到來自空中單元的位置、速度、識(shí)別等信息，通過報(bào)告匯總生成單元形成標(biāo)準(zhǔn)的ADS-B報(bào)告（包括位置報(bào)告、識(shí)別報(bào)告和速度報(bào)告），并以脈沖位置編碼的數(shù)據(jù)格式發(fā)送至ADS-B數(shù)據(jù)用戶。
1090ES ADS—B系統(tǒng)主要由外部的輸入數(shù)據(jù)源、1090ES ADS-B OUT數(shù)據(jù)發(fā)射子系統(tǒng)、1090ES ADS-B OUT數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)以及輸出數(shù)據(jù)客戶應(yīng)用4部分組成。數(shù)據(jù)發(fā)射子系統(tǒng)可將本機(jī)的位置、速度、高度、代碼等信息自動(dòng)廣播出去，數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)可接受并在綜合綜合監(jiān)控上顯示來自其它飛機(jī)的位置、速度、高度、代碼等信息，從而對(duì)周邊空域的交通狀況有全面、詳細(xì)的了解，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)間的空—空監(jiān)視。
1090ES ADS-B系統(tǒng)功能框圖
4.2 消息格式
1090ES信號(hào)格式
1090ES信號(hào)格式與S模式應(yīng)答機(jī)發(fā)射信號(hào)格式雷同，其脈沖調(diào)制信號(hào)由前同步脈沖和數(shù)據(jù)脈沖組成。前同步脈沖由起始的8μs內(nèi)兩組0.5μs寬的脈沖對(duì)組成。數(shù)據(jù)脈沖是脈位調(diào)制的，其脈沖位置隨調(diào)制信息的二進(jìn)制數(shù)而變化，所有脈沖幅度和寬度不變。每位1μs間隔的前半周0.5μs內(nèi)有脈沖時(shí)，邏輯電平為1；每位的后半周0.5μs內(nèi)有脈沖時(shí)，邏輯電平為0。
1090ES DF17格式任務(wù)字段及位分配
DF17格式的擴(kuò)展斷續(xù)震蕩信號(hào)為地面和機(jī)載監(jiān)視系統(tǒng)提供相關(guān)的飛機(jī)信息，如飛機(jī)的位置、速度、高度、航向、飛機(jī)代碼、飛機(jī)狀態(tài)信息以及24比特S模式地址碼等。S模式應(yīng)答機(jī)接受來自GPS接收機(jī)的導(dǎo)航信息，組合成適于S模式應(yīng)答機(jī)傳輸?shù)膱?bào)文格式，并以特定的速率通過ATC天線將DF17格式的擴(kuò)展斷續(xù)震蕩信號(hào)自動(dòng)地廣播出去，以使地面和其它飛機(jī)都能夠偵聽到這些信息，并對(duì)其進(jìn)行譯碼、糾錯(cuò)、報(bào)文相關(guān)等處理，從而可以獲取這架飛機(jī)的飛行軌跡和飛行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)完整的空地—地空監(jiān)視功能。
與應(yīng)答機(jī)應(yīng)答二次雷達(dá)的詢問一樣，DF17格式的擴(kuò)展斷續(xù)信號(hào)用一個(gè)1090MHz的載波頻率進(jìn)行調(diào)制并以1Mbps數(shù)據(jù)速率廣播脈沖，擴(kuò)展斷續(xù)震蕩脈沖的長(zhǎng)度為112bit。
DF17格式的112bit擴(kuò)展斷續(xù)震蕩信號(hào)共有5個(gè)任務(wù)字段。其中DF格式的長(zhǎng)度為5 bit，主要用于識(shí)別擴(kuò)展斷續(xù)震蕩的內(nèi)容，此字段設(shè)置為固定值17（二進(jìn)制數(shù)表示）。下一個(gè)字段是3 bit的應(yīng)答機(jī)能力（CA）字段，它描述了飛機(jī)的S模式數(shù)據(jù)鏈能力。廣播地址(AA)字段用于識(shí)別每個(gè)飛機(jī)獨(dú)一無二的24 bit的S模式地址。56 bit的擴(kuò)展型斷續(xù)震蕩報(bào)文（ME）字段主要用于傳輸ADS—B信息，它為飛機(jī)提供參數(shù)如GPS位置和速度提供報(bào)文有效信息。最后，24bit的奇偶性（PI）字段為擴(kuò)展信斷續(xù)震蕩信號(hào)提供奇偶以及CRC校驗(yàn)信息，用于實(shí)現(xiàn)CRC糾錯(cuò)。在DF17格式的擴(kuò)展斷續(xù)震蕩信號(hào)中，PI字段通常設(shè)置為全0。
東航根據(jù)指令EOTK-2014-A320-34-015-R0（使用TR220測(cè)試設(shè)備）針對(duì)安裝ADS-B的飛機(jī)驗(yàn)證導(dǎo)航 - ATC S模式應(yīng)答機(jī) - 驗(yàn)證基于1090MHZ擴(kuò)展電文的ADS-B OUT 功能。
參考手冊(cè)：AMM34-52-00-720-801 TR220操作手冊(cè)
相應(yīng)的設(shè)置：
機(jī)載系統(tǒng)設(shè)置：
（1）確認(rèn)ATC應(yīng)答機(jī)件號(hào)；
應(yīng)答機(jī)如果PN是822-1338-021或066-01127-1402，則證明該應(yīng)答機(jī)系統(tǒng)具備ADS-B OUT 功能（已完成相應(yīng)的軟件/硬件改裝），可以執(zhí)行后續(xù)的ADS-B OUT驗(yàn)證功能。
（2）完成慣導(dǎo)校準(zhǔn)；
（3）設(shè)置飛機(jī)代碼，啟動(dòng)ATC 1號(hào)（2號(hào)系統(tǒng)）系統(tǒng)；
（4）根據(jù)需要模擬空中/地面構(gòu)型（AMM Task 32-69-00-860-001），通過MCDU進(jìn)入LGCIU1頁面按壓NOSE+LH+RH FLIGHT指示旁的行選鍵。
地面測(cè)試設(shè)備設(shè)置:
地面測(cè)試設(shè)備（TR220）需要完成相應(yīng)的天線連接，同時(shí)設(shè)置UUT FUNCTION功能開關(guān)在ADS-B TX位置，如下圖所示：
設(shè)備電源啟動(dòng)后，測(cè)試設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的自檢，如果自檢通過設(shè)備顯示如下畫面：
如果沒有接受到ADS-B信號(hào)，顯示下圖左側(cè)畫面；若有相應(yīng)的DF-17格式的信號(hào)被接收，則進(jìn)行相應(yīng)的解碼，顯示下圖右側(cè)畫面。
工作指令中要求空中構(gòu)型狀態(tài)下完成BDS0.5空中位置報(bào)告、BDS0.9空中速度報(bào)告以及BDS 0.8飛機(jī)識(shí)別報(bào)告，地面構(gòu)型狀態(tài)下完成BDS 0.6場(chǎng)面位置報(bào)告、BDS 0.8飛機(jī)識(shí)別報(bào)告。設(shè)備正常啟動(dòng)后，通過撥動(dòng)Auto/Manual按鈕來獲取不同的ADS-B測(cè)試報(bào)告。
(1)設(shè)置測(cè)試儀器測(cè)試BDS 0.5空中位置報(bào)告：
顯示如上圖所示：參數(shù)包括震蕩類型（Air）、飛機(jī)高度、飛機(jī)高度源（氣壓高度/GPS）、飛機(jī)經(jīng)緯度信息、更新周期（0.8~1.2秒之間）。
(2)設(shè)置測(cè)試儀器測(cè)試BDS 0.6場(chǎng)面位置報(bào)告：
測(cè)試設(shè)備的場(chǎng)面位置經(jīng)緯度信息可以自動(dòng)或人工輸入測(cè)試設(shè)備中（參考TR220的使用手冊(cè)）。
顯示如上圖所示：參數(shù)包括震蕩類型(Gnd），地速、航跡、場(chǎng)面位置信息、更新周期（4.8~5.2秒之間）。
(3)設(shè)置測(cè)試儀器測(cè)試BDS 0.8飛機(jī)識(shí)別報(bào)告：
顯示如上圖所示：參數(shù)包括飛機(jī)類型、盲降等級(jí)、更新周期、航班號(hào)。
(4)設(shè)置測(cè)試儀器測(cè)試BDS 0.9空中速率報(bào)告
顯示如上圖所示：參數(shù)包括垂直速率、東西方向/南北方向速率、高度差（feet）、高度速率差（feet/min）。
本文簡(jiǎn)要闡述了ADS-B系統(tǒng)及其使用的1090ES數(shù)據(jù)鏈原理，同時(shí)對(duì)相關(guān)的ADS-B OUT驗(yàn)證功能進(jìn)行相應(yīng)的描述。希望通過本文能使機(jī)務(wù)工作者對(duì)ADS-B原理及維護(hù)工作有相應(yīng)的了解，從而提高自身的維護(hù)技能。文中的不足之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
參考文獻(xiàn)：
成都電子科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文《ADS-B監(jiān)視功能的性能研究和仿真》（作者：姚姣）
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