| 标题 | 国内外星载ADS睟应用现状及展望 |
| 范文 | 孔令辉 朱俊杰 李泽健 张永昊 彭众望 摘?要：星载ADSB在陆基ADSB的基础之上发展而来，既延续了陆基ADSB系统的优点，又在可靠性、经济性、使用寿命等方面有所改善。但从投入运行的方面考虑，其仍存在诸多不足。本文通过总结、对比国内外星载ADSB的应用现状及发展趋势，探讨星载ADSB目前发展中仍可提升的方面，来为星载ADSB的进一步研究提供参考。 关键词：星载ADSB;铱星;全球星;北斗卫星 Current?situation?and?prospect?of?Spacebased?ADSB?in?domestic?and?abroad Kong?Linghui?Zhu?Junjie?Li?Zejian?Zhang?Yonghao?Peng?Zhongwang Air?Traffic?Management?College，Civil?Aviation?University?of?China?Tianjin?300300 Abstract：Spacebased?ADSB?is?developed?on?the?basis?of?landbased?ADSB，which?not?only?continues?the?advantages?of?landbased?ADSB?system，but?also?improves?reliability，economy，and?service?life.However，in?terms?of?putting?it?into?operation，there?are?still?many?shortcomings.By?summarizing?and?comparing?the?application?status?and?development?trend?of?Spacebased?ADSB?in?domestic?and?abroad，as?well?discussing?the?aspects?that?can?still?be?improved?in?the?current?development?of?it，the?paper?provides?reference?for?the?further?research?of?Spacebased?ADSB. Keywords：Spacebased?ADSB;Iridium?Satellite;Globalstar;BeiDou?Satellite 1?绪论 随着我国经济和民航业的飞速发展，航空器的数量逐年增加，空域的负担愈发严重。空管部门对所管辖区域内的航空器也缺乏有效的监控和通信手段，这一点严重影响和制约了飞行安全与运行效率。在此背景下，基于低轨道卫星搭载接收机实施监控的星载ADSB系统应时而生。 21世纪以来，使用星载ADSB来实现全球范围内航空器监视的方案也引起了世界各国的广泛关注。美国的铱星二代星载ADSB率先完成建设、试用并投入运行，2020年Aireon和EUROCONTRO签署共享星载ADSB数据的协议，此项协议的簽署将大大增强欧洲各个国家的流量管理能力。全球星公司和ADSB技术公司联合推出了基于“全球星”二代卫星的ADSB链路增强系统ALAS，目前已对部分区域实现覆盖。在中国，随着北斗系统的最后一颗全球组网卫星于2020年6月顺利发射升空，北斗三号全球卫星导航系统至此已经全面建设完成，为我国ADSB技术发展和应用提供坚实可靠的星基基础。 全球范围内星载ADSB迅速发展，但其也存在着一些可提升的方面亟待发掘和探讨。 2?星载ADSB概述 星载ADSB利用低轨道卫星搭载ADSB接收机的方式对航班实施监控，通过机载GNSS或者INS输出航空器自身的三维位置位置、飞行速度以及其他与航空器飞行相关的数据，将这些数据上传给装载有ADSB接收机的低轨道通信卫星，再通过低轨道通信卫星下传此ADSB报文到地面接收站[1]。 传统陆基ADSB系统对地面设备的依赖性较强，地面设备布置一般只沿着飞行的航路航线、机场的终端区等陆地区域，对于沙漠、海洋、高山等地形复杂的区域，由于铺设地面设备的难度较大，很难做到全面覆盖[2]。由于星载ADSB系统主要利用低轨道通信卫星上载有的ADSB接收机而不依赖于地面设备，所以可覆盖到陆基ADSB系统未能覆盖到的区域，从而形成一个能够全面覆盖全球各个区域的ADSB网络，达到对全球飞机的飞行追踪和实时监控的目的[3]。与此同时，星载ADSB在可靠性、经济型、使用寿命方面相较于陆基ADSB均有一定程度的提升，其必将在未来发挥更加重要的作用。 除此之外，由于星载ADSB本身的精度高，采用高频多模，覆盖率高，因此运行成本有所降低，系统的精度和可靠性有所提升，可以有效避免类似民航史上航班失联事件的发生[4]。 3?星载ADSB系统国外发展现状 目前，国外的一些国家如欧洲、美国都一直进行着关于星基ADSB方面的工作，且欧洲、美国ADSB技术较为成熟。这里主要介绍“铱星二代”系统和“全球星二代”系统。 3.1?铱星二代ADSB系统 铱星系统是美国于1987年提出的通信星座系统，铱星公司在1998年5月完成发射了66颗低轨道卫星，均采用L频段。IridiumNext系统是第二代铱星系统，2017年1月14日，第一批10颗铱星二代卫星成功发射，并且已完成了一系列的实验验证功能。 通过铱星二代ADSB系统，能够实现24h提供飞机位置定位和实时追踪的服务。飞机的位置高度等信息通过卫星数据链传输到地面站，随后通过专用网络传送至处理中心，处理中心的Aireon告警服务可以做到全天候提供服务，提供飞机所在空域的位置信息和航迹等。 2019年2月7日，Aireon的星载ADSB监视系统完全控制了最后六个铱星ADSB载荷。这实际上标志着传统的陆基ADSB无线电接收机已被重新设计为性能和覆盖范围极大改善的空间级接收机。 2019年10月21日，Aireon和Atech?Negocios?em?Tecnologias?S/A宣布，星基广播式自动相关监视（ADSB）数据已成功集成到Atech的空中交通管制（ATC）自动化SAGITARIO平台中，由巴西航空航天控制局（DECEA）使用。SAGITARIO将星基ADSB数据与其他监视源融合在一起，例如地面ADSB、雷达和Multilateration（MLAT）。这可以为DECEA等Atech客户提供完整的空中交通管制服务——从始发地到目的地机场的门到门的服务。 2020年2月28日，Aireon和EUROCONTROL（欧洲空中交通管制）宣布，签署了一项为期10年的协议，以提供星基自动相关监视广播（ADSB）数据。这将增强EUROCONTROL?41个欧洲成员国和两个综合协议（CA）国家之间的流量管理能力，从而有助于改善可预测性、容量、环境影响，从而支持整个欧洲地区的可持续增长。 3.2?全球星二代ADSB系统 全球星二代ADSB系统是一种基于全球星二代卫星的ADSB链路增强系统——ALAS（ADSB?Link?Augmentation?System），由全球星公司和ADSB技术公司合作研究的。该系统使用成本低且兼容性好，能够良好兼容现有的已经装备ADSB设备的航空器，不会对ADSB数据链传输产生干扰等情况。通过使用全球星二代系统的卫星网络和地面站服务站，全球星二代ADSB系统能够持续、高效、准确地为ATCS提供通信服务和星基ADSB监视服务。 截至目前为止，共有24颗全球星二代卫星成功发射，并且基于现有的ALAS系统，全球星公司也实地进行了大量的飞行试验等有关可靠性的评估，实验结果也表明ALAS系统可以通过星基链路提供航空器相关的实时监视服务。 全球星二代ADSB系统的监视范围很广、监视性能很强。例如，以其实验评估结果为例，在1600km的半径内，仅需一个全球星二代卫星就可以实现监控这一范围内至多3000架航空器。ALAS系统可兼容两种数据链模式的航空设备源，一种是978MHz的UAT?ADSB模式，另一种是1090MHZ的1090ES?ADSB模式。ALAS系统支持双向气象情报和陆空通信数据以及飞行数据记录器FDR信息的实时返回，支持飞行情报服务/航站情报服务信息的传递等功能。 4?星载ADSB系统国内发展现状 中国计划在2025年前全面实现地面及基于卫星的全国ADSB系统建设。为了实现在2020—2025年建成国内独立自主的ADSB系统的卫星星座，更好地为国内各相关民航部门提供星载ADSB系统服务，从2015年开始，基于卫星的ADSB系统研制工作已经在国内多家民航科研机构以及民航科研院校进行推进开展。国内星载ADSB偵收系统首次实现了业务运行的标志是，我国在2015年9月底发射了其主星“吕梁一号”搭载了ADSB接收机的“天拓三号”纳米卫星，其能力为在全球范围内平均每天接收40多万条ADSB报文数据。根据在2017年8月，中国民用航空局发布的《中国民航航空器追踪监控体系建设实施路线图》，我国提出在2025年底前建成以自主知识产权为主的航空器全球追踪系统，其主要包括自主卫星通信系统、自主星基ADSB系统、“北斗”系统以及自主知识产权机载设备的制造、测试与适航审定等，并形成相关标准。 我国早在2017年12月26日就对大型公共运输航空器加改装ADSB机载设备提出了明确的规定。根据中国民用航空局下发的明传电报《关于ADSB机载设备加改装相关工作要求的通知》，文件中要求，安装满足RTCA?DO260B标准并已经通过相关适航批准的S模式的应答机;安装通过星载增强系统增强GNSS信号功能，或安装具备SAAWARE并得到相关适航批准的卫星接收设备或定位信号，并于2022年12月31日前完成加改装。预计未来两年，我国国内民用航空器将陆续迎来ADSB改装的高潮。 2019年3月“民用航空器北斗追踪监视项目”正式实施，该示范项目的立项实施，标志着我国民用航空器北斗追踪监视项目进入了正式的实施阶段。该项目由中国国际航空公司、中国民航大学联合承担实施，项目的整体内容和整体目标为在2019年完成2架飞机加改装，在2020年完成18架飞机加改装，在2023年实现全部机队共约3000架飞机加改装。 通过利用北斗的全球和区域短报文、定位功能，我国民用航空运输业能更好地实现基于北斗的ADSB数据传输。解决当前民航自主产权发展的关键性问题是能够取得相关适航认证，如果北斗卫星在民航适航等方面取得突破，就可以替代GPS，为民航提供自主优质的定位数据服务。中国已于2020年6月23日成功发射北斗三号最后一颗全球组网卫星，标志着我国北斗三号全球卫星导航系统星座部署完成了全面建设。由此，可以对未来我国民用航空器追踪监视和北斗卫星相结合的体系作出预见性和建设性的期想和构思。 我国将通过结合ACARS、二次雷达等监控方式，来构建“空—天—地”一体化的民航追踪监视体系，不断提高民航监控体系的服务质量和水平，同时由区域服务向全球服务扩展，实现在全球范围内的空中交通服务和空域追踪监视。北斗在我国民航的应用进入实施阶段的标志是，中国民用航空局发布的基于北斗二号系统的机载设备CTSOA技术标准及组织开展的飞机加改装工作。[5] 5?星载ADSB国内外发展对比 星载ADSB的概念的正式提出是在2008年，由于星载ADSB技术的优越性及应用可行性，世界各国的政府、相关商业公司以及科研机构均争先恐后开展相关研究。研究范围主要涉及星载ADSB系统性能的评估、星载ADSB系统可行性技术验证以及星载ADSB系统方案。 美国的“铱星”系统方案是建设方案方面最为成熟的，通过发射大量低轨道卫星，并对这些低轨道卫星在组网方式方面开展研究，从而使得卫星覆盖的范围扩展到全球，成为全球范围内全覆盖的监视系统。 德国对于星载ADSB系统的可行性技术验证方面走在技术前列。最早提出了目前被广泛采用的将ADSB的接收机装载于低轨道卫星上实现监视的方法，即利用低轨道通信卫星代替陆基的ADSB地面站，接收ADSB的信号，再通过数据传输的方式将其传给地面站。 我国在星载ADSB方面的研究相比于其他西方发达国家起步较晚，但是从未停歇。工信部和科技部等相关部委已通过科研课题项目等方式对星载ADSB系统开展深入的研究。并且各高校和科研机构已在此领域取得诸多进展。随着我国北斗全球卫星导航系统的全面建设完成，星载ADSB系统的相关研究必将迈上一个新的台阶。 6?我國星载ADSB目前可提升的方面 6.1?我国ADSB技术对北斗卫星依赖较少 星载ADSB系统只有基于全球卫星导航系统才能够实现对航空器的位置进行采集，因此全球卫星国导航系统的准确性决定了航空器位置采集的准确性。但由于ADSB自身无法实现对信息准确性的验证，因此一旦全球卫星导航系统定位的精度出现问题，地面站将接收到错误的位置信息，提供给空中交通管制员的信息也因此发生错误，这将会引起一连串后续问题的发生。随着我国北斗卫星导航系统全面部署完成，全球大多数区域内定位精度都可以得到保证，我国星载ADSB技术的发展和应用也有了坚实可靠的星基基础。并且目前能够同时利用GPS系统与北斗全球卫星系统的双模导航信息接收产品的数量也在逐渐增多。相信在不远的将来，北斗系统在民航领域的应用范围也将逐步扩大。 如果北斗卫星导航系统能与ADSB技术相结合，那么我国空管技术的发展将产生质的飞跃。同时，推动关于星载ADSB组网技术的研究必将加快我国ADSB系统走向星载的进程。 6.2?星载ADSB接收机的高灵敏度问题 飞机的ADSB报文数据在经过发送至星载ADSB接收器再下传到地面的过程中，虽然接收信号的覆盖面积范围扩大，但考虑到远距离传输以及环境等因素的影响，对星载ADSB接收机的灵敏度和稳定性要求要更高，因此深入开展星载ADSB数据处理方面的研究具有重要意义。 6.3?ADSB?OUT和ADSB?IN的应用 ADSB?OUT可使空中飞机间自主保持间隔，从而进一步缩短管制的间隔，提高航路容量和运行效率，更好地利用有限的空域资源。空中飞机间可以利用ADSB?IN传输气象、航路等信息，提升飞机间数据共享的能力，从而提高飞行安全性。在应用方面，ADSB?OUT和ADSB?IN在提高运行效率和提升飞行安全性方面具有重要作用，我们需要对其开展部分预见性研究，只有不断进行技术突破并加快其应用进程，才能发挥出它们巨大的应用潜力。 7?结语 目前我国航空业正处在跨越式发展的重要阶段，通过技术更新来提升管制部门的指挥效率、减小空域负担已成为我国空管部门的主要选择。关于星载ADSB数据处理及北斗依赖性方面的研究将会加快星载ADSB的应用进程。在未来飞行平台不断增加、空域日益拥挤的情况下，此类研究对于优化空域使用显然具有重大意义。 星载ADSB技术在我国具有广大的发展空间，利用星载ADSB技术对航空器实施准确监控将会成为未来全球空中交通监视的主要方式。 参考文献： [1]刘慧.星基ADSB多重交叠信号分离算法研究[D].中国民航大学，2019. [2]王运帷.陆基与星基ADSB系统数据质量研究[D].中国民航大学，2018. [3]王洪全，刘天华，欧阳承曦，姚待艳.基于星基的ADSB系统现状及发展建议[J].通信技术，2017，50（11）：24832489. [4]王润东，潘卫军.基于星载ADSB的航空器跟踪监视发展概况及趋势[J].现代制造技术与装备，2018（01）：1517. [5]任奇，陶志平，孟斌，周中华，何大海，张承皓.基于北斗的民航追踪监视体系应用发展综述[J].国防科技工业，2020（08）：6265. 基金项目：中国民航大学大学生创新创业训练计划项目（202010059088）。项目名称：“星载ADSB数据处理及组网技术研究”（市级） 作者简介：孔令辉（2001—?），男，汉族，河南鹿邑人，本科生。 |
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