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摘 要：广播式自动相关监视系统简称ADS-B，由地面接收处理设备和机载设备组成，运用网状、多点对多点等双向通信方式，实现飞行目标精准、实时展示。中国民用航空飞行学院长期使用UAT模式ADS-B，最近技术改造升级，引入1090ES模式ADS-B。本文将从ADS-B组成出发，结合拓扑结构，探究ADS-B系统运行维护心得，增强行业内从业人员对ADS-B系统的认识。
关键词：ADS-B;拓扑结构;维护
1 ADS-B简单介绍
传统监视设备是一、二次雷达监视。一次雷达监视是地面站全方位发送电磁波，通过接收飞机反射的信号进行判断目标位置，缺点是无法判断目标身份;二次雷达是地面站发送电磁波，通过飞机上应答机反馈其ID信息判断目标飞行动态资料。广播式自动相关监视系统（简称ADS-B）的工作原理有别于以传统监视设备，飞机上ADS-B机载设备实时向外发送自身参数信息（如高度，空度，方向，机号等），通常500ms更新一次位置信息，地面站解析后为指挥员实时展示飞行信息。地面服务器对数据进行处理，可提供辅助参数资料，如时间、告警、预警等服务。另外，地面站可向外发送情报信息，机载设备接收处理后为飞行员提供服务。搭载了ADS-B接收器的飞行器在实时发送飞行参数的同时，可实时获取其他飞行目标，有助于提升飞行员对空中态势的认知能力，提升飞机间协同飞行能力。一、二次雷达监视设备目前技术成熟，但是更新率低于ADS-B，同时新建或维护成本过大，使得该类导航设备仅在大型机场中常见，偏远山区或小型机场一般ADS-B更多。
根据机载设备和地面接收机之间的通信协议，如频率差异，ADS-B主要有三种，ADS-B有基于异频收发的S模式SSR收发机的1090ES数据链、UAT模式数据链（如978MHz）和模式4甚高频数据链（VDL-4）三种通信方式。VDL-4采用甚高频频段，在欧洲流行;UAT模式频率为978MHz，美国比较流行;1090ES是国际民航组织推荐，标准统一。多数飞机装备的S模式应答机，加装一GPS连接线并升级应答机软件即可实现1090ES模式的机载ADS-B。但VDL MODE 4和UAT均需要加装新的UAT设备，故目前所有航班运输飞机上均配备1090ES模式机载ADS-B。早期国内自主训练飞机较少，大多航校引进西方优秀机型，因而造成通航企业UAT模式ADS-B较多的现状。
ADS-B运用十分广泛：①空中交通管制，偏远山区或小型机场由于受经费限制，只能部署性价比较高的监视设备。ADS-B更新率快，精度高，可为管制提供高质量监视服务，缩减飞行间隔，同时ADS-B上行数据可为飞行提供情报服务;②预告警，ADS-B数据是双向自主实时通信，主动发送，机载程序或地面站程序可以轻易实现防撞冲突预警和告警;③地面监视，飞行器自动实时向外发送自身数据，1090ES模式的ADS-B数据格式即二次雷达S模式长报文格式，被机场场监雷达解析后可实现地面飞机所有全方位覆盖监视，对于运输机场而言，可实现“门到门”的交通管理。
2 ADS-B的发展
早在19世纪90年代，欧洲开展了ADS-B技术与CDTI联合演示。二十世纪初，FAA调研发现阿拉斯加通航飞行较多，但地理环境和气候条件恶劣，不利于雷达站建设。评估该地区ADS-B服务可行后，对180架飞机进行UAT设备安装，以致2年时间，阿拉斯加的飞行安全性提高了80%。紧接着FAA对多地开展ADS-B设备安装，随着澳大利亚开展高空空域项目（UAP）和欧洲CRISTAL实验的逐步展开，ADS-B技术标准逐渐成熟。
2005年中国民用航空飞行学院率先引入ADS-B，经过多次技术升级更新，早已实现新津、广汉、绵阳、遂宁和洛阳分院本场和大部分航路覆盖。以此为基础，中国民用航空飞行学院建立了用于飞行学院实施ADS-B 类雷达管制运行标准程序，该标准包含间隔、报告方式、移交和终止等程序。该标准由中国民用航空飞行学院结合自身实际情况研究提出，仅适用于学院管制空域内飞行管控。几百万安全飞行小时验证了中国民用航空飞行学院飞行标准的合理性，也彰显了ADS-B系统稳定优异的监视能力。
鉴于国际民航组织亚太区的建议和在全球范围内的互操作性，我国在西部实施利用ADS-B技术提供类雷达监视服务时，首先考虑使用1090 ES作为ADS-B数据链。2014年民航局立项，投资建设支线ADS-B中小显系统，地区管理局负责具体实施，要求所有运输机场于2020年12月31日前均实现ADS-B监视。以西南地区为例，该次ADS-B系统投资建设共新增29套1090ES模式ADS-B系统，空管局提供技术咨询服务，支线机场负责现场管理，应急处置以及日常服务器。该项目顺利实施表明國内机场对ADS-B技术的认可。到目前为止并未出现因ADS-B原因导致某机场出现飞行事故，标志ADS-B的可行性和成熟性，同时也说明ADS-B更应该引起重视。
3 ADS-B拓扑结构解析
准确说，ADS-B系统由地面站、机载设备、卫星系统三部分组成。空中飞行器的机载ADS-B实时向外发送飞行参数，约一秒发送一次，地面站接收机接收ADS-B数据信号，解析后发送给服务器，服务器再将数据处理后分发到所有终端以展示飞机位置信息，服务器能根据飞机航向和位置等信息判断设定区域内任意飞机的间隔有无冲突的可能并加以警示。具备ADS-B IN功能的飞行器可实现地面站功能，可解析ADS-B数据并将信息展示于驾驶舱交通信息显示器（CDTI）上。
飞机上机载设备从全球卫星导航系统接收机（GNSS）、惯性导航系统（INS）、惯性参考系统（IRS）、飞行管理器和其它机载传感器等航空电子设备上获取飞行相关参数，并通过无线电的方式向外发送。地面站将接收机接收到的脉冲形式无线电信号解码为相应的报文，如常见的CAT021、DF17或明文。服务器将报文进一步解析，获取到飞机实时高度、航向、经纬度等信息，通过计算机技术将飞机目标展示于终端席位，以助于指挥员了解飞行态势。 地面站与飞行器采用无线电传输，不同模式的ADS-B收发的信号频率不同，有效传输距离均超过200海里。当飞机位置较低，或地面站与飞行器之间存在遮挡物，容易出现信号丢失。ADS-B系统拓扑结构如3-2所示，在多个地点部署接收机，接收机将信号解码为CAT021或DF17等格式报文，送入ADS-B网络。服务器将网络里的报文进一步解析，将所有接收机的信号展示于各自终端席位。多点接收机接入ADS-B网络存在着诸多优点。接收机增多，弥补单一ADS-B物理盲区问题。接收机解码后解码为标准的报文格式，可以实现多种模式数据的融合，如1090ES模式和UAT模式，增加监视软件冗余。因供电或天气等异常因素引起单一接收机异常工作时，不会导致整个ADS-B停机，设备更具可靠性。但是，接收机越多网络里的数据越多，当飞行目标多时，网络里存在大量重复的目标信息，该方案对网络硬件和带宽的有更高的要求。电子技术日益更新，目前市面流程的网络设备处理能力性能突出，运用网络技术合理布局网络以及接收机，实现效益最大化。
4 注意事项
4.1维护
参照通导设备维护周期，确保交直流电源稳定，运用计算机和网络知识定期为设备进行检查，定期为服务器和终端软件进行备份。接收机和天线各个接口松动处及时加固，接收机各个状态指示灯无告警即为正常。服务器和终端做好杀毒软件的更新，定期除尘，主备服务器定期切换，服务器程序中各个接收机通道数据实时刷新处理，终端实时在线，飞行目标实时刷新即为正常。同时，网络设备的接口运行状态需加以关注。为适应飞行任务的需要，ADS-B服务器和终端配置修改情况较多，每修改配置前备份旧版本和运行正常的新版本，并做好运行垃圾清理和监视记录的备份。
4.2 故障分析
ADS-B出现接近30年，技术标准、硬件能力趋于成熟，很少出现因CPU处理能力不足、散热不佳、拓扑缺陷等引起的异常，设备自身运行情况可通过状态指示灯和运行软件获取。正常运行维护的ADS-B系统，比较常见的原因是防雷模块受损，天馈线异常如接口松动，网络传输异常如光纤受损。天线和馈线正常是接收机稳定运行的前提，接收机正常才能确保服务器正常处理数据，只有服务器正常工作终端方能展示飞行态势。注意，主备服务器时间不一致容易引起异常现象。
4.3 干扰
ADS-B机载设备包含两根天线，一根和地面站进行通信，另外一根则负责接收GPS信号，当GPS信号收到干扰，会导致机载设备工作异常，地面站将丢失该目标信号。电子技术日新月异，ADS-B所用的频段早已众所周知，以致GPS干扰器愈发常见，地面站出现某区域所有目标丢失且该区域内飞机上也不能搜索到GPS信号时，可以断定该区域受到干扰。出现此类情况时，可向当地无线电委员会反馈，用专用设备搜寻干扰源进行排查。
5 总结
ADS-B在机场运用愈发广泛，所有涉及人員都应对ADS-B系统有充分的认识。熟悉所有操作，对异常现象保持敏感性。使用者和维护人员都应未雨绸缪，如定期开展针对ADS-B部分或整体失效等情况如何处理的会议，定期进行技术研讨，跟进设备月、季、年维护。国内ADS-B系统主要包含UAT模式和1090ES模式，系统涉及Windows、Linux，硬件层面涉及计算机、网络、通信等专业基础知识。多观察，多学习、多操作、多思考、多总结，做到异常早发现、早排查、早恢复。
参考文献：
[1] 呼延帅斌.ADS-B技术分析和应用[J].数字技术与应用，2019，（第4期）.
[2] 刘宗福.广播式自动相关监控ADS-B系统的探究①[J].科技资讯，2020，（第30期）.
关键词：ADS-B;拓扑结构;维护
1 ADS-B简单介绍
传统监视设备是一、二次雷达监视。一次雷达监视是地面站全方位发送电磁波，通过接收飞机反射的信号进行判断目标位置，缺点是无法判断目标身份;二次雷达是地面站发送电磁波，通过飞机上应答机反馈其ID信息判断目标飞行动态资料。广播式自动相关监视系统（简称ADS-B）的工作原理有别于以传统监视设备，飞机上ADS-B机载设备实时向外发送自身参数信息（如高度，空度，方向，机号等），通常500ms更新一次位置信息，地面站解析后为指挥员实时展示飞行信息。地面服务器对数据进行处理，可提供辅助参数资料，如时间、告警、预警等服务。另外，地面站可向外发送情报信息，机载设备接收处理后为飞行员提供服务。搭载了ADS-B接收器的飞行器在实时发送飞行参数的同时，可实时获取其他飞行目标，有助于提升飞行员对空中态势的认知能力，提升飞机间协同飞行能力。一、二次雷达监视设备目前技术成熟，但是更新率低于ADS-B，同时新建或维护成本过大，使得该类导航设备仅在大型机场中常见，偏远山区或小型机场一般ADS-B更多。
根据机载设备和地面接收机之间的通信协议，如频率差异，ADS-B主要有三种，ADS-B有基于异频收发的S模式SSR收发机的1090ES数据链、UAT模式数据链（如978MHz）和模式4甚高频数据链（VDL-4）三种通信方式。VDL-4采用甚高频频段，在欧洲流行;UAT模式频率为978MHz，美国比较流行;1090ES是国际民航组织推荐，标准统一。多数飞机装备的S模式应答机，加装一GPS连接线并升级应答机软件即可实现1090ES模式的机载ADS-B。但VDL MODE 4和UAT均需要加装新的UAT设备，故目前所有航班运输飞机上均配备1090ES模式机载ADS-B。早期国内自主训练飞机较少，大多航校引进西方优秀机型，因而造成通航企业UAT模式ADS-B较多的现状。
ADS-B运用十分广泛：①空中交通管制，偏远山区或小型机场由于受经费限制，只能部署性价比较高的监视设备。ADS-B更新率快，精度高，可为管制提供高质量监视服务，缩减飞行间隔，同时ADS-B上行数据可为飞行提供情报服务;②预告警，ADS-B数据是双向自主实时通信，主动发送，机载程序或地面站程序可以轻易实现防撞冲突预警和告警;③地面监视，飞行器自动实时向外发送自身数据，1090ES模式的ADS-B数据格式即二次雷达S模式长报文格式，被机场场监雷达解析后可实现地面飞机所有全方位覆盖监视，对于运输机场而言，可实现“门到门”的交通管理。
2 ADS-B的发展
早在19世纪90年代，欧洲开展了ADS-B技术与CDTI联合演示。二十世纪初，FAA调研发现阿拉斯加通航飞行较多，但地理环境和气候条件恶劣，不利于雷达站建设。评估该地区ADS-B服务可行后，对180架飞机进行UAT设备安装，以致2年时间，阿拉斯加的飞行安全性提高了80%。紧接着FAA对多地开展ADS-B设备安装，随着澳大利亚开展高空空域项目（UAP）和欧洲CRISTAL实验的逐步展开，ADS-B技术标准逐渐成熟。
2005年中国民用航空飞行学院率先引入ADS-B，经过多次技术升级更新，早已实现新津、广汉、绵阳、遂宁和洛阳分院本场和大部分航路覆盖。以此为基础，中国民用航空飞行学院建立了用于飞行学院实施ADS-B 类雷达管制运行标准程序，该标准包含间隔、报告方式、移交和终止等程序。该标准由中国民用航空飞行学院结合自身实际情况研究提出，仅适用于学院管制空域内飞行管控。几百万安全飞行小时验证了中国民用航空飞行学院飞行标准的合理性，也彰显了ADS-B系统稳定优异的监视能力。
鉴于国际民航组织亚太区的建议和在全球范围内的互操作性，我国在西部实施利用ADS-B技术提供类雷达监视服务时，首先考虑使用1090 ES作为ADS-B数据链。2014年民航局立项，投资建设支线ADS-B中小显系统，地区管理局负责具体实施，要求所有运输机场于2020年12月31日前均实现ADS-B监视。以西南地区为例，该次ADS-B系统投资建设共新增29套1090ES模式ADS-B系统，空管局提供技术咨询服务，支线机场负责现场管理，应急处置以及日常服务器。该项目顺利实施表明國内机场对ADS-B技术的认可。到目前为止并未出现因ADS-B原因导致某机场出现飞行事故，标志ADS-B的可行性和成熟性，同时也说明ADS-B更应该引起重视。
3 ADS-B拓扑结构解析
准确说，ADS-B系统由地面站、机载设备、卫星系统三部分组成。空中飞行器的机载ADS-B实时向外发送飞行参数，约一秒发送一次，地面站接收机接收ADS-B数据信号，解析后发送给服务器，服务器再将数据处理后分发到所有终端以展示飞机位置信息，服务器能根据飞机航向和位置等信息判断设定区域内任意飞机的间隔有无冲突的可能并加以警示。具备ADS-B IN功能的飞行器可实现地面站功能，可解析ADS-B数据并将信息展示于驾驶舱交通信息显示器（CDTI）上。
飞机上机载设备从全球卫星导航系统接收机（GNSS）、惯性导航系统（INS）、惯性参考系统（IRS）、飞行管理器和其它机载传感器等航空电子设备上获取飞行相关参数，并通过无线电的方式向外发送。地面站将接收机接收到的脉冲形式无线电信号解码为相应的报文，如常见的CAT021、DF17或明文。服务器将报文进一步解析，获取到飞机实时高度、航向、经纬度等信息，通过计算机技术将飞机目标展示于终端席位，以助于指挥员了解飞行态势。 地面站与飞行器采用无线电传输，不同模式的ADS-B收发的信号频率不同，有效传输距离均超过200海里。当飞机位置较低，或地面站与飞行器之间存在遮挡物，容易出现信号丢失。ADS-B系统拓扑结构如3-2所示，在多个地点部署接收机，接收机将信号解码为CAT021或DF17等格式报文，送入ADS-B网络。服务器将网络里的报文进一步解析，将所有接收机的信号展示于各自终端席位。多点接收机接入ADS-B网络存在着诸多优点。接收机增多，弥补单一ADS-B物理盲区问题。接收机解码后解码为标准的报文格式，可以实现多种模式数据的融合，如1090ES模式和UAT模式，增加监视软件冗余。因供电或天气等异常因素引起单一接收机异常工作时，不会导致整个ADS-B停机，设备更具可靠性。但是，接收机越多网络里的数据越多，当飞行目标多时，网络里存在大量重复的目标信息，该方案对网络硬件和带宽的有更高的要求。电子技术日益更新，目前市面流程的网络设备处理能力性能突出，运用网络技术合理布局网络以及接收机，实现效益最大化。
4 注意事项
4.1维护
参照通导设备维护周期，确保交直流电源稳定，运用计算机和网络知识定期为设备进行检查，定期为服务器和终端软件进行备份。接收机和天线各个接口松动处及时加固，接收机各个状态指示灯无告警即为正常。服务器和终端做好杀毒软件的更新，定期除尘，主备服务器定期切换，服务器程序中各个接收机通道数据实时刷新处理，终端实时在线，飞行目标实时刷新即为正常。同时，网络设备的接口运行状态需加以关注。为适应飞行任务的需要，ADS-B服务器和终端配置修改情况较多，每修改配置前备份旧版本和运行正常的新版本，并做好运行垃圾清理和监视记录的备份。
4.2 故障分析
ADS-B出现接近30年，技术标准、硬件能力趋于成熟，很少出现因CPU处理能力不足、散热不佳、拓扑缺陷等引起的异常，设备自身运行情况可通过状态指示灯和运行软件获取。正常运行维护的ADS-B系统，比较常见的原因是防雷模块受损，天馈线异常如接口松动，网络传输异常如光纤受损。天线和馈线正常是接收机稳定运行的前提，接收机正常才能确保服务器正常处理数据，只有服务器正常工作终端方能展示飞行态势。注意，主备服务器时间不一致容易引起异常现象。
4.3 干扰
ADS-B机载设备包含两根天线，一根和地面站进行通信，另外一根则负责接收GPS信号，当GPS信号收到干扰，会导致机载设备工作异常，地面站将丢失该目标信号。电子技术日新月异，ADS-B所用的频段早已众所周知，以致GPS干扰器愈发常见，地面站出现某区域所有目标丢失且该区域内飞机上也不能搜索到GPS信号时，可以断定该区域受到干扰。出现此类情况时，可向当地无线电委员会反馈，用专用设备搜寻干扰源进行排查。
5 总结
ADS-B在机场运用愈发广泛，所有涉及人員都应对ADS-B系统有充分的认识。熟悉所有操作，对异常现象保持敏感性。使用者和维护人员都应未雨绸缪，如定期开展针对ADS-B部分或整体失效等情况如何处理的会议，定期进行技术研讨，跟进设备月、季、年维护。国内ADS-B系统主要包含UAT模式和1090ES模式，系统涉及Windows、Linux，硬件层面涉及计算机、网络、通信等专业基础知识。多观察，多学习、多操作、多思考、多总结，做到异常早发现、早排查、早恢复。
参考文献：
[1] 呼延帅斌.ADS-B技术分析和应用[J].数字技术与应用，2019，（第4期）.
[2] 刘宗福.广播式自动相关监控ADS-B系统的探究①[J].科技资讯，2020，（第30期）.