ADS-B技术在飞行训练管理中的运用现状和前景探讨

    

    摘 要：我国通用航空产业近几年发展迅速，通航飞行活动旺盛，飞机飞行时间飞速增长。从2010年开始，国家陆续发布了《关于深化我国低空空域管理改革的意见》等多项规章。随着飞行总量的快速提升，受限于空域紧张，通航领域需要更新一代的导航技术，在控制成本的前提下进一步提升飞行管理的效率和准确性。基于全球卫星定位系统的ADS-B导航，可以在全球范围为民航飞机提供监视服务。它向地面监控台站提供航空器的位置、高度以及身份信息，从而实现地面控制台对航空器在全球范围实施监控。这是深化通航导航技术产业升级的重要手段，将在未来通航快速发展中起到重要作用。

    关键词：星基增强;北斗导航;数字技术;通用航空

    在国家想干政策扶持下，近几年我国通航产业规模有所增长。但是我们应当认识到，我国的通用航空产业在世界范围内仍然处于初级阶段，与发达国家相比我们发展的基础薄弱，硬件配套不足。在产业基础薄弱和飞行量迅速增长的双重压力下，我们需要开拓思路，采用更先进的技术。目前，中国民航部门正在推进ADS-B技术的广泛应用。但ADS-B技术在我国存在的局限性，由于GPS的限制，我国不能使用其星基增强功能（SBAS），导致我国所安装的ADS-B不能用于飞机的进近和着陆。随着我国北斗卫星的组网完成，通航产业应当将目光更多地投向北斗卫星系统在通航领域的运用，改变通航产业投资大，回报率低的现状。

    1 ADS-B系统介绍

    ADS-B系统是由美国主导开发的基于GPS卫星定位系统的导航定位系统，主要包括UAT、1090ES、VDL4这三种互相竞争的数据链。VDL4主要在北欧应用，主要用于机场监视，其实际应用较少。目前UAT与1090ES在世界范围内使用较为广泛。1090ES系统由于与机载应答机同频率，可以与应答机扩展报文进行良好兼容，主要应用于商业运输航空领域。UAT数据链主要应用于通用航空领域，目前在澳大利亚和亚洲部分地区有较好的运用。

    1090ES对机载设备改装要求不高，可以升级装机应答机实现ADS-B OUT/IN功能，得到了航空公司和运输飞机制造商的支持，目前大多数国家都采用了该系统。与UAT系统相比较，1090ES系统具有更加强大的信息传输能力，其扩展报文能除了传输飞行定位、机号、高度等信息外，还能传输飞机运行状态信息，更能满足航空公司运行的要求。

    UAT系统的特点是载设备简单，改装成本低。但受影响于1090ES的高市场占有率，原来的UAT设备生产商GARMIN公司，缩减了UAT设备生产，设备维护成本逐渐升高。由于UAT和1090ES系统采用了不同频率，不能简单进行连接，装配了一个数据链的飞机，不能直接接收另一个系统的飞机数据。为了提高ADS-B系统的定位精度，多个国家研发了自己的星基增强系统。采用星基增强系统以后，可以提供更好的定位精度通航飞机完全可以使用该系统进行进近和着陆，由此节省了大量机场地面台站建设费用。

    2 星基增强系统介绍（SBAS）

    星基增强系统（SBAS）是基于GPS的增强系统，它是由已知经纬度位置的地面站对GPS卫星定位信号进行监测，进而获得卫星发布的相位信息、原始伪距等卫星定位数据。地面差分基站将这些卫星数据传送至中央处理基站。中央处理基站通过一系列计算，获得定位修正信息，然后将这些修正后的数据通过上行发给地球静止轨道卫星，然后在播发给广大用户。

    目前，全球已经建立起了多个星基增强系统，如美国的WAAS、欧洲的EGNOS、日本的MSAS、加拿大的CWAAS、俄罗斯的SDCM等。美国和加拿大一起研发广域差分GPS系统（WAAS）于2003年开始投入运行，之后在阿拉斯加、墨西哥以等地区增设了多个地面差分参考点，有效地提高了GPS的定位精度，大幅度地提高了该系统的可用性、连续性以及完好性。目前该系统主要为美洲地区提供卫星定位导航服务。截止2020年9月，北美地区具备星基增强能力的飞机场已经达1700多个。

    从1999年开始，以德法为主导的欧盟开始研发静地星导航重叠服务（EGNOS系统）。该项目投资约2千亿欧元。EGNOS系统大幅提高了欧洲地区的GPS导航精度，在欧洲中心地区，垂直和水平方向的服务定位精度均可达1米。2009年10月EGNOS系统开始提供服务。欧洲已建成具备EGNOS运行能力的飞机场数量超过了130个，以法国（11个）和德国（62个）为主。这其中102个机场颁布了LPV的飞行程序，另外有33个机场颁布了APVⅡ飞行程序。

    3 国内ADS-B系统运行情况

    2005年在民航局的支持下，中国民用航空飞行学院成为ADS-B运行的试点单位。最初引入978MHz ADS-B系统（UAT），陆续完成了完成了200多架飞机的机载设备加装，完成5个地面基站的建设以及基站间的网络连接工作。UAT系统已在飞行学院五个分院安全运行15年。通过UAT系统对本场训练飞机进行实时、准确的跟踪监控，飞机之间也可以互相了解对方的位置和高度，部分替代了应答機系统和TCAS系统功能，提高了飞行训练的安全性，为UAT系统在我国通用航空的使用进行了有意义的探索。

    2017年民航局颁发《中国民用航空ADS-B实施计划》，2020年前将实现1090ES ADS-B（OUT）的全面运行。国内各大机场已初步完成1090ES ADS-B台站建设，民航飞机也在逐步完成ADS-B加装工作。

    2019年开始，飞行学院开始对现有飞机安装1090ES ADS-B系统。目前已完成初中教飞机改装以及台站建设工作。由于两套ADS-B系统（1090ES和UAT）同时安装并运行，学院正在对两套系统进行融合。机载设备的兼容和与地面系统的匹配将是对双传输媒介系统共存的稳定性的一次重要考验。

    ADS-B系统在我国大规模运用的同时也存在一些局限性。由于GPS对中国地区的限制，我国没有开发SBAS系统，尽管很多飞机安装了WAAS功能，但在国内无法使用。由于无法提高定位精度，国内的ADS-B系统不能用于进近和着陆，其直接影响是新修小型通用飞机机场也必须安装着陆仪表系统台站，大大增加了机场建设费用和后期维护费用。

    4 北斗报文数据的ADS-B编码

    由于ADS-B导航定位精度以及信号强度的问题，同时随着我国北斗卫星导航系统的组网完成，国内学者将目光更多投向北斗系统。目前我国北斗卫星导航系统已能向全球提供服务，承诺导航精度5—10米，亚太地区实测导航精度1—2米。且北斗系统采用更具特色的技术，如星间链路和短报文。其中星间链路技术提高了定位的精度和可靠性，而短报文技术则有更广泛的应用，如一种基于ADS-B报文的北斗终端。

    ADS-B報文北斗终端主要目的是使用北斗系统对ADS-B系统的定位精度和稳定性进行改善。在ADS-B信号覆盖较差的区域提高信号的稳定性，同时提高ADS-B系统的定位精度，其作用类似于SBAS系统。地面便携终端获取飞机北斗卫星的定位信息，发送给ADS-B监视平台，用于修正ADS-B定位信息。由于该便携终端设计采用了ADS-B报文格式来传输北斗卫星的时空状态信息，因此获取的北斗报文需要按照ADS-B报文格式进行重新编码。预制的编码协议可以将获取的时空状态信息，按照ADS-B的报文格式编码，然后在ADS-B监视平台进行数据的解码及显示。相关研究已经对基于ADS-B报文编码的北斗卫星便携式终端，结合ADS-B网络监视平台进行了多项测试。测试结果表明，该设备可将北斗卫星定位数据正确编制为ADS-B报文编码并传输至地面ADS-B监控台站，并在地面监视中心进行准确的译码和显示。这项研究的成功，将为ADS-B在国内进一步运用提供很好的研究基础。

    5 结论

    当前，世界范围内都在积极推进ADS-B建设，为整个航空运输系统提供导航服务。为顺应国际航空业的发展，我国业完成ADS-B系统的建设。但缺乏星基增强的ADS-B系统其功能大打折扣。在这种情况下，利用北斗卫星定位系统对ADS-B系统进行修正将是我国航空导航发展的一个重要趋势。这将大大减少我国通航机场的建设费用，为我国由民航大国走向强国奠定坚实的基础。

    导航技术是我国通用航空领域健康稳定发展的重要技术途径，新技术的稳定高速是确保通航能够及时调度和准确指挥的坚实基础，对民航安全飞行有着重要意义。随着北斗卫星的建设，我国通航领域还需要在各方面加大技术研发的投入。由于我国通航领域导航与国际先进水平之间存在一定差距，需要我们民航人学习国外的先进的体系以及技术，促使航空领域新技术的应用深度，以满足同步卫星准确定位技术与电子信息技术的发展需求，促进通航事业在我国的快速高效发展。

    参考文献：

    [1]王尔申，宋远上，徐嵩，庞涛.基于“北斗”的低空空域通航飞机导航监视技术研究[J].南京航空航天大学学报，2019，10：586-591.

    [2]王焱滨.通用飞机航空电子系统架构研究综述[J].电讯技术，2020，4：477-482.

    作者简介：孟鑫（1985— ），女，汉族，四川广汉人，本科，助理研究员，现任中国民航飞行学院广汉分院计量管理员，研究方向：飞机适航与维护以及计量管理。