涨姿势：ADS-B到底是什么东东？真那么灵吗？

传感器技术 今天

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雨飞工作室
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2021年3月29日，纵横股份正式对外发布了全新一代CW-15大鹏无人机，一款智能长航时电动小型无人机平台，重新定义了工业级无人机的安全可靠。全新一代CW-15大鹏无人机，是能避障的垂直起降固定翼无人机，采用了飞行全程主动安全技术，主要包括：①前置、下置毫米波避障雷达：搭配避障和路径规划算法，起飞、飞行、降落各阶段全程实时感知障碍物，感知距离240米；②下视双目智能避障：降落阶段地形智能感知，自动进行降落点智能筛选，当发现屋顶、悬崖、电杆、车辆、人员等危险降落地，实时规避，确保飞机安全降落；③ADS-B态势感知：飞行过程中，实时监测160公里范围内的飞行器，实现威胁预警和自动规避，从容应对空中交通管制；④地形匹配飞行技术：基于高精度数字三维地图，利用快速全局路径搜索、路径规划和碰撞检测算法，实现点对点智能地形匹配飞行。

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据英媒2017年2月27日报道，在全球移动通信大会(MWC)上，大疆(DJI)在其M200系列无人机中首次使用ADS-B(广播式自动相关监视系统)，侦测其附近的飞机或直升机，并将该信息反馈给操作者，以降低无人机干扰飞机的风险。ADS-B系统通过安装在无人机上的接收器探测其周围飞机的位置、飞行高度和速度等信息，继而传给无人机操作者，方便其在必要的情况下规避飞机。

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大疆新款消费级无人机将内置ADS-B系统
最值得一提的是，除了保留360度避障系统，Mavic 2 Enterprise 无人机还首次配备ADS-B In接收系统，协助飞手判断周围有无ADS-B飞行器，从而避免空中“撞车”。由此，外媒将其称作迄今为止最安全的大疆无人机。

ADS-B到底是什么呢？

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ADS-B（automatic dependent surveillance-broadcast）是自动相关监视广播的简称，是一种基于全球卫星定位系统和利用空地、空空数据链实现交通监控和信息传递的空管监视新技术。系统无需人工操作或者询问，可以自动地从相关机载设备获取参数向其他飞机或地面站广播飞机的位置、高度、速度、航向、识别号等信息，以供管制员对飞机状态进行监控。相对于航空器的信息传递方向。ADS-B系统不需要飞行员干预以及地面询问，航空器自动广播由机载星基导航和定位系统生成的精确定位信息，地面设备和其他航空器通过航空数据链接收此信息，卫星系统、飞机、车辆以及地基系统通过高速数据链进行空天地一体化协同监视。

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ADS-B系统是一个集通信与监视于一体的信息系统，由信息源、信息传输通道和信息处理与显示三部分组成。ADS-B的主要信息是飞机的4维位置信息（经度、纬度、高度和时间）和其他可能附加信息（冲突告警信息，飞行员输入信息，航迹角，航线拐点等信息）以及飞机的识别信息和类别信息。此外，还可能包括一些别的附加信息，如航向、空速、风速、风向和飞机外界温度等等。
ADS-B的应用分为两类：发送（OUT）和接收（IN）。其中OUT是ADS-B的基本功能，它负责将信号从飞机发送方经过视距传播发送给地面接收站或者其他飞机。ADS-B IN是指航空器接收其他航空器发送的ADS-B OUT信息或地面服务设备发送的信息，为机组提供运行支持和情境意识。ADS-B IN不具有强制性，是选择性装备。装备ADS-B IN接收装置和显示器以及ADS-B OUT发送装置的航空器驾驶员，将会通过空中接收信息或接收地面中继转播的信息看到附近装备ADS-B OUT的航空器的具体位置。此外，当驾驶舱接收到地面中继信息时，ADS-B IN可以显示地面雷达监视到的配备应答机的航空器的位置，因此可以提供附近未配备ADS-B OUT装置的航空器的位置信息。


ADS-B的工作原理是什么？

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飞机上安装的ADS-B设备使用GPS确定其位置，再通过一台发射机以快速的时间间隔向外发射自己的位置、身份、高度、速度等数据。专门的ADS-B地面站，能够接收到发射的数据并转发给空中交通管制员以准确跟踪该飞机。

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ADS-B系统包括地面站和机载设备两部分，其应用分为两类：发送（OUT）和接收（IN）。其中OUT是ADS-B的基本功能，它负责将信号从飞机发送方经过视距传播发送给地面接收站或者其他飞机。机载发射机以一定周期发送航空器的各种信息，包括:航空器识别码、位置、高度、速度、方向和爬升率等。OUT是机载ADS-B设备的基本功能，只要相关机载电子设备正常运行，ADS-B OUT系统一般无需飞行机组干预即可自动工作。

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ADS-B IN是指航空器接收其他航空器发送的ADS-B OUT信息或地面服务设备发送的信息，为机组提供运行支持和情境意识。ADS-B IN的一个典型应用是机组通过驾驶舱交通信息显示设备(CDTI)获知其他航空器的运行状况，从而提高机组的空中交通情景意识。装备ADS-B IN接收装置和显示器以及ADS-B OUT发送装置的航空器驾驶员，将会通过空中接收信息或接收地面中继转播的信息看到附近装备ADS-B OUT的航空器的具体位置。

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ADS-B发送的飞行参数

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飞行识别信息（航班号或呼号）
ICAO 24位飞机地址（全球唯一的机体代码）
位置（经纬度）
位置的完整性和精确性（GPS水平间隔限制）
气压高度及几何高度
垂直方向改变速率（爬升/下降率）
航迹角和地速
紧急情况指示（当选择了紧急代码后）
专门的位置识别信息（当选择了IDENT功能后）


ADS-B技术特点

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自动：数据传送无需机组干预；
相关：数据发送依赖于机载或车载系统；
监视：提供飞机位置、高度、识别号、速度、航向等；
广播：使用广播方式发送数据，所有用户都可接受数据。
ADS-B技术有下列优点：
数据更新率快、信息更丰富；
目标位置精度高；
维护费用低、使用寿命长；
成本不到航管二次雷达的十分之一。


ADS-B技术有什么优势？

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ADS-B技术对空中交通管制和航空公司均有好处，主要体现在以下方面：
对于管制中心来说，ADS-B地面站建设成本大约是传统二次雷达的九分之一，精度可以提高至10米量级，监视数据更新速度更快。并且维护成本低，使用寿命长。
ADS-B可提供比二次监视雷达更多的目标信息，可实现空-地监视、空-空监视和地-地监视，定位精度更高，更新率更快，地面站建设简便灵活且不受地形限制，各地面站可独立运行。由于ADS-B定位精度高，因而对减小航空器的间隔标准，优化航路设置，提高空域容量等都具有积极作用。在雷达覆盖的区域，地面监视可以同时使用二次雷达和ADS-B作为监视信息源。ADS-B使用可以缩小雷达覆盖边缘区域内航空器的最小间隔标准，并且减少所需要的雷达数量。同时使用ADS-B OUT或者综合使用ADS-B和其他监视数据源（比如场监雷达、多点定位），为机场的地面交通监控和防止跑道侵入等提供监视信息，提高塔台人员的情景意识。

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在某些雷达信号无法覆盖的区域，ADS-B可以作为可靠手段加强地面对空中飞行器的监视能力。在面对管制中心系统崩溃、该区域雷达监视失效的情况时，可以相对灵活的将该区域飞机转交其他管制中心。一些沿海地区空管技术部门在雷雨季节到来之际，为避免雷达遭受雷击，都会申请关闭雷达，一旦雷达被雷击，维修成本是非常高的，ADS-B则不存在这些问题。
对于航空公司来说，ADS-B的优点表现在安全、效益和容量三个方面。首先，ADS-B可以保持或改善航空工业现有的安全标准。其次效益方面，ADS-B极大地提高了ATC系统监视数据的精度，这会帮助ATC了解飞机间的实际间隔，使管制员避免效率低下的引导指令来保持间距。在尾随程序中，帮助飞机机动到最佳运行高度，允许飞行员向ATC请求并接收改变到更高，燃油效率更佳的巡航高度。或许你会考虑到系统改装的成本，实际上飞机厂家以及设备制造商早已取证和制定标准，新交付的飞机大多数可以满足运行要求，对于老旧飞机仅需要部分线路预留改装以及机载设备的升级即可。最后容量方面，因为ADS-B的高精度和报告频率的增加可以大幅消减飞机的间隔要求，提高空中交通管制系统的容量。
随着ADS-B技术的发展，飞机逐渐应用ADS-B IN的功能，这样一来飞行员可以在驾驶舱显示器中实时的掌握外界的情况，包含在地面机场跑道的状况（相当于更加详细更远距离的TCAS功能）极大地增强了飞行人员的情境意识，提升安全水平，提高运行效率。


ADS-B真的那么灵吗？

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ADS-B的局限：

1、ADS-B数据通过1090兆赫的数字信息链以每半秒一次的频率发射，但同雷达类似，它受“视线”的限制。地面站接收信号的性能取决于高度、离地面站的距离和阻隔信号的地形情况，其监视范围取决于地面站的数量以及分布情况。

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2、在选择紧急应答机编码，系统将会自动在ADS-B信息中产生一个紧急指示信号，但很多应答机只能发送普通的ADS-B紧急指示信号。因此在特殊类型的紧急情况，例如通讯失效，对于某些型号机载设备就不能在ADS-B情况下传送给管制员。而管制员就只能接收到普通的紧急指示信号，不管选择怎样的应答机编码。

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出现下列之一或者更多情况时，则系统性ADS-B运行失效：
1）GNSS系统由于外界原因中断或者不连续；
2）管制员人机界面出现故障，不能提供及时和准确的ADS-B飞行轨迹；
3）地空VHF/HF 双向通信部分或者全部中断，不能建立双向联系。
4）导航系统故障、ADS-B收发单元故障（包括机载设备和地面站）
ADS-B功能强大，未来有广阔的应用前景。特别是ADS-B IN，对于空域紧张的大型繁忙机场应用潜力巨大。

ADS-B与飞行相关知识要点

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1、飞机是否装备了ADS-B
大家都知道，并不是每架飞机都装备了ADS-B，因此签派员和飞行员清楚知道飞机是否装备有并且已被批准执行ADS-B运行就显得很重要。
在飞行计划报（ATS飞行计划）编组10中确认是否具备ADS-B能力。编组10中B1(B2)指飞机已装备并被批准了近些年的ADS-B运行，且飞行机组成员已经接受了必要的训练。
任何装备了ADS-B的飞机，如果不是上述情况，在编组10中省去B1（B2）。

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2、飞机航班号输入格式要求
空中交通管制系统通过飞机设备发出的飞行识别信息（航班号）信号来把ADS-B位置与ATS飞行计划系统中已有的信息相配对。因此，输入机载设备里的飞行识别信息或航班号必须严格地与ATS飞行计划报里的飞机识别信息相符合，这点尤为重要。
对于航空公司的飞行来说，通常是使用国际民航组织（ICAO）的三字航空公司代码再加上航班号。

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常见的输入错误航班号：
使用IATA二字航空公司代码，而不是正确的ICAO三字代码，如CZ123而不是CSN123
输入错误的航班号（例如上一航段的航班号）如CSN122而不是正确的CSN123
输入前缀0，如CSN0123而不是正确的CSN123
输入空格，如CSN123而不是正确的CSN123
3、ADS-B和应答机
如今对于大多数的设备来说，发送ADS-B信号是飞机应答机的功能之一。只有装有合适的软件、并且与GPS接收机（和FMS，如装备）相连的应答机，才能传送ADS-B数据。
当应答机打开时，ADS-B传送自动开始工作。选择应答机IDENT功能时，ADS-B信息里也同时发送识别信号。选择STANDBY方式会同时抑制ADS-B和二次监视雷达信号的发送。

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将来一些ADS-B设备可能不会与二次雷达应答机共用控制面板，这意味着需要对两个系统进行独立的操作。


ADS-B与其他技术综合对比

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1、ADS-B和一、二次雷达的比较
一次雷达是独立的、非合作式监视系统，在一次雷达可自主获取目标的监视信息，而被监视目标不需要安装任何相关的设备。尽管一次雷达获取的信息对ATS应用具有局限性，但从某种意义上说一次雷达监视系统更加稳定可靠。

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二次雷达是独立的、合作式监视系统（气压高度表除外）。二次雷达通过地面询问系统根据询问和机载设备的应答计算目标的距离和方位角。S模式二次雷达增强了飞机寻址和双向数据链路功能。与一次雷达相比，二次雷达能够提供更详细的信息，但二次雷达无法监视没有安装应答机或应答机失效的飞机。

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ADS-B是相关的、合作式监视系统。与二次雷达类似，此系统也需要航空器安装相应的机载设备。除位置信息外，ADS-B还提供速度和航向等信息。与雷达系统不同的是ADS-B的信息直接从机载设备中得到。
2、ADS-B和ADS-C的比较
ADS-C的工作方式与ADS-B有本质上的不同，ADS-C基于点对点模式的航空电信网（ATN)数据链通道，需要数据收发双方约定通信协议，如使用ACARS（Aircraft Communication Addressing and Reporting System)。ADS-B采用广播式方案，收发双方不需要另行约定通信协议。

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正常情况下，ADS-C监控一般由地面站发起，空中交通服务部门（ATS)通过ATN通信网络，一般是卫星通信（SATCOM)或VHF，向航空器发送监控报文。机载设备接收报文后，通过ATN数据链按照ATS和航空器约定的通信协议将航空器的位置信息发送给ATS。ATS接收航空器回复的信息，将其显示在监视设备上，从而达到对空中交通进行监视的目的。
ADS-C一般应用在海洋和内陆边远等没有监视的区域，或者应用在航空交通流量较小的空域，一般情况下，ADS-C采取卫星通讯，通讯周期为5分钟，紧急情况下通信周期为1分钟。

全球范围内ADS-B技术应用有哪些大事件？

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1991年，ADS-B首次在瑞典首都斯德哥尔摩-布鲁玛机场成功演示。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，美国联邦航空局在波士顿洛根机场对ADS-B监视功能的性能开展了地对地通讯的实验。
2000年，美国FAA在阿拉斯加进行了ADS-B技术试验和评估，首先在阿拉斯加无雷达覆盖区的通用航空飞机上推广应用ADS-B技术，使飞行事故率降低了约80%。FAA在下一代空管系统（NextGen）中，准备建立ADS-B网络，来进一步提高航空运输的安全性。至2013年2月，FAA已安装了超过500个广播站；到2014年，FAA又增加290个。FAA已经确定2020年1月1日为最后期限，所有在管制空域飞行的飞机必须加装ADS-B Out设备。随着ADS-B Out设备的增加，FAA希望在营运人自愿的基础上装备ADS-B In功能。FAA计划在2020年之前用ADS-B取代雷达成为主要的飞机追踪手段。
2002年，澳大利亚航空安全局在首次成功完成ADS-B空地协同运行实验以后，制定了澳洲大陆ADS-B实施计划。根据这个计划，2005年 大部分商用喷气客机装备了ADS-B机载设备;2006年，澳洲大陆西部雷达盲区高空空域实施了以ADS-B监视为主的5海里间隔空管服务，而东部雷达覆盖区则建立了完全由ADS-B航迹信息支持的管制应急备份系统。此外，航空服务当局还制定了利用ADS-B技术改进机场地面监视、改进流量管理、增强空-空协同、支持监视数据多方共享的长远发展规划。事实上，该计划使澳大利亚成为ADS-B技术最早受益的国家。澳大利亚在2013年12月开始强制实施ADS-B运行。澳大利亚由于地广人稀，雷达覆盖区域不到全国空域的1/3，以往空中交通管制只能采用程序管制，管制效率非常低下。在这样的条件下，由于引入了ADS-B IN技术，成功地把全国航路管制间隔缩小到5海里，证明了ADS-B IN技术的优势。
2003年9月，澳大利亚放弃以航管雷达覆盖澳洲大陆的计划，决定在中西部地区建设ADS-B监视系统，与航管雷达组成一个覆盖澳洲全境的空中交通服务监视系统。
2008年，欧洲航空安全局率先开始研究1090ES模式的ADS-B信号能否被低地轨道卫星接收到，“星载ADS-B”(ADS-B Over Satellite，AOS)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，在那里尾随间隔将从80海里缩小到5海里，这也是目前已知最早的ADS-B强制要求。
2011年，GlobalStar和ADS-B Technology开发出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。
2013年，欧盟出台管控区域内航空器安装ADS-B OUT设备的规定，2014年又做出修改。根据规定，欧盟要求自2016年6月8日起所有新飞机必须全部安装ADS-B OUT运行设备，而已经投入使用的飞机必须在2020年6月7日之前完成ADS-B OUT相关设备改造和更新。欧美等航空发达国家早已制定本国本地区ADS-B实施规划，建立相关的规章和标准，开展验证与应用，并且已经取得成效。
2015年3月，新加坡民航局要求，新加坡航企的所有飞机必须安装ADS-B信号发射器。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。

ADS-B技术应用在中国有哪些进展？

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民航局一直以来都高度重视监视新技术在民航业的应用，近年来已在运输航空领域基本形成了以雷达、ADS-B为核心的民航监视网络。
2016年9月6日，中国民航局发布《航空承运人航空器追踪监控实施指南》。指南要求航空承运人按以15分钟或更短的时间间隔，通过ADS-B等技术手段针对每架飞行中的航空器在地面记录并更新航空器4D位置信息（经度、纬度、高度、时刻信息）的过程；空中交通服务单位（ATSU）能以15分钟或更短周期获取配备相应机载设备的航空器4D位置信息。要求承运人在12月1日之前全面落实。
2016年11月8日，中国民航局空管局副局长李其国在会上表示，中国民航积极响应国际民航组织在ADS-B方面的倡导，积极开展ADS-B技术研究和工程试验工作。2016年，中国全面启动ADS-B建设工程，在全国部署308个ADS-B地面站设备及多级的ADS-B数据处理中心，预计2018年年底完成全部工程的建设工作，开始初试运行。
2016年12月13日，民航局在京召开航空器追踪监控体系建设领导小组第一次会议，研究进一步加快航空器追踪监控体系建设工作思路，部署下一步工作任务。会议明确了要大力推进ADS-B、航空公司卫星通信能力建设。
2017年4月28日上午，中国民航首次ADS-B IN演示验证飞行在虹桥机场获得圆满成功，是ADS-B技术在中国应用过程中的一次大事件，具有重要意义。民航局提出，中国民航在2019 年7 月1日实现ADS-B 系统全面运行。2017年内，将完成308个ADS-B地面站建设，实现在6600米以上空域全覆盖，2018年将完成所有数据中心建设并于2019年投入运行。
作为一个幅员辽阔、人口众多的大国，为了提高空中交通管理监视能力，改善航空器的协同避撞性能，中国必须充分利用ADS-B IN技术的优势，尽早实现ADS-B IN技术的应用。随着技术的进步，作为ADS-B重要组成部分的ADS-B IN技术将很快在中国显示出强大的生命力，尤其是在飞机防撞系统、辅助进近、交通态势感知以及小型航天器的应用等方面有着广阔的应用前景。主要表现在：1)增强飞机防撞系统的可靠性，提高飞行安全；2)辅助飞机进近，减小跑道间距，节约机场空间；3)用于交通态势感知，促进空域资源和机场资源的优化；4)应用于小型通用飞机，提高小型飞机的安全性和可控性，扩大小型飞机的应用范围。 
 

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