关于对中国民航空管ADS-B应用的考虑
作者:科研技术室      创建日期: 2016/8/29 16:44:29      来源: 科研技术室

   按照职责划定和工作任务安排,空管新技术研究作为技术中心一项长期性工作,我们先后开展了广域信息管理系统SWIM4D航迹等新技术课题的研究工作。

当前,我们积极开展ADS-BMLATA-SMGCS等新技术设备技术标准的编制和行业准入测试审定工作,对这类新技术设备的可靠性、可用性、可维护性和安全性进行严格测试,把好设备质量门槛,做到安全关口前移。

通过编制技术标准和实施测试审定工作,我们对国内外设备厂家的设备研制和使用情况,以及对国际民航组织、RTCA、美国、澳大利亚、欧洲等组织机构和国家地区的ADS-B应用政策、实施指南、技术标准进行了较为全面细致的研究分析,结合国内飞标司、适航司和空管办有关ADS-B应用的咨询通告和信息通告,对ADS-B应用有关问题提出几点考虑。

一、背景

考虑到航空运输量、空域容量、环境节能减排、航班延误等矛盾体诸因素。从基于测距测角技术的雷达过渡到基于位置数据源(GNSS)技术的ADS-B,是ICAO、航空运输协会、通用航空协会、管制员协会、飞行员协会、航空器制造商、航行服务提供者ANSP和各国各地区民航管理当局的一致认可的概念和措施。

各民航管理当局在制定和实施本地区ADS-B规划时,都会考虑到数据源安全性、与旧有系统兼容性、ADS-B OUTADS-B IN发展关系、数据链选择、频段抗干扰、与其它监视技术如多点定位系统的关系等等问题。这些问题颇为复杂,直接影响着民航管理当局制定和实施本地区ADS-B发展规划的决策。

ICAO和航空技术研究机构通过大量研究试验,已经解决和部分解决上述问题。本报告基于已证明的研究试验观点,对中国民航空管ADS-B规划建设提出建议。

二、数据链

在考虑上述复杂问题中,不能“眉毛胡子一把抓”。首先从数据链问题出发考虑,是解决系统问题的一个策略。目前,困扰中国民航决策的是1090 ES数据链和UAT数据链选择的问题。即二选一;还是都选择,同时建站;或是都选择,先后建站。

从我们对FAA已公布的众多资料中解读,美国航空界也曾面临这个问题。大多数意见是单链路系统可以减少系统运行的复杂性和安装维护费用,但是在选择1090 ES还是选择UAT上,意见出现了分歧。

支持1090 ES的认为,国际上UAT应用少,如果美国的航空器选择安装UAT模式,那么在执行国际运输任务时,就需要再加装1090 ES机载设备。

支持UAT的认为,1090 ES不支持FIS-B(提供气象和情报服务的ADS-B IN应用,对于通用航空很重要),而且存在频率拥塞干扰问题。

FAA在听取上述两种意见后,认为作为国家空域系统NAS的管理者和服务提供者,最优先的职责是满足不同NAS用户对空域的使用需求,上述两种意见分别代表了两类重要的NAS用户,即运输航空和通用航空。运输航空的航空器已经购买或安装了1090 ES机载设备,通用航空的航空器也已经购买或安装了UAT机载设备,支持任何一种意见,意味着另一种意见的支持者将需要花费更多的费用去加装另一类数据链机载设备。因此,FAA在评估双链路运行技术和经费方面的可接受情况后,选择了最能体现其职责作用的“双链路模式”。

中国的情况和美国不同,通用航空的发展还处于法律法规制定阶段,距离美国现在的通用航空市场都还有相当大的距离。FAAADS-B规划建设目标年是2020年(其800多套ADS-B地面站将于2013年部署完成,覆盖全美空域),因此可以考虑中国民航的ADS-B规划建设目标年定为2025年,那么可先不考虑通用航空的影响,优先规划建设1090 ES应用。

但是,应考虑到在此期间,通用航空的局部发展(如美国的墨西哥湾空域),中国民航当局可通过政策引导等措施促使通用航空航空器配置1090 ES机载设备。

三、ADS-B INADS-B OUT

ADS有关应用有四类,分别是ADS-BADS-RTIS-BFIS-BFAAADS-BADS-R定义为监视服务,定位是Critical Services;将TIS-BFIS-B定义为广播服务,定位是Essential Services

既然中国民航选择单链路1090 ES模式,那么与UAT有关的ADS-RFIS-B也就不需要考虑了。

TIS-B应用只需要考虑如何提供将雷达数据或多点定位数据转化成1090 ES数据对空广播。这个应用需要航空器机载设备具备ADS-IN的能力。从我们对RTCAICAOFAA公开资料解读来看,首先这类应用的定位是广播服务,而不是监视服务,且距离ASAS(机载自主间隔)这些应用还有相当长的距离,机载设备应用程序也不成熟。中国民航在制定2025年规划建设时也可以先不考虑该类应用。

因此,1090 ES ADS-B OUT是我们规划建设唯一应纳入考虑的应用。即在运行上,空管系统在2025年前仅配置符合RCAT 260/260A/260B要求的1090 ES ADS-B OUT 接收机。

四、ADS-B系统安全和备份

ADS-B系统安全和备份指考虑ADS-B位置数据源(GNSS)失效后,如何持续提供符合管制间隔要求的监视服务。澳大利亚在建设之初,并非没有考虑到数据源失效问题,其通过与美国运输部Volpe中心合作,增强其GPS的可用性。美国由于几乎全境的雷达覆盖,几乎不用考虑数据源失效问题,近日,FAA决定在其某些山区无雷达覆盖区,补充WMLAT作为ADS-B的备份手段。

考虑到我国现有监视设备覆盖情况,应分为非雷达覆盖区(NRA)和雷达覆盖区(RA)区来考虑。

对于非雷达覆盖区,除配置1090 ES ADS-B OUT 接收机之外,务必配置广域多点定位系统WMLAT,由于WMLAT接收机会共用1090 ES ADS-B OUT 接收机,因此地面站的配置应考虑到这一点。同时1090 ES ADS-B OUT 接收机也应主备配置,做到设备备份。在运行上,ADS-B主用,WMLAT备份。即为ADS-X模式。

对于雷达覆盖区,考虑到未来要过渡到ADS-B模式,因此也要及早配置ADS-B。在运行上,雷达主用,ADS-B备份。位置数据源GNSS目前符合运行性能指标的只有美国的GPS,且美国在持续投入研究经费,其研究成果不断影响RTCA的标准,逐步在提高运行性能指标。因此,中国的北斗只有满足这些运行性能指标后,才能作为这一类数据源。当位置数据源风险问题解决后,再过渡到ADS-B主用,雷达备份。

五、地面台站和传输

马丁、雷神和ITT都曾参与了FAA ADS-B建设总包方的竞标,最终ITT中标。从FAA公开披露的文件解决,主要原因为ITT的方案充分利用现有电信运行商AT&T的手机基站和地面传输线路。

建议我们在规划建设时,充分利用现有VHF台站和公共传输线路。ICAO已着手制定航空业务公网传输的SARPs

六、空域划分

美国规定在FL180(含)以上1090 ES运行;在FL180以下,UAT1090 ES运行。这种划分方式基于其空域分类模式。

澳大利亚最初规定在FL290以上1090ES运行。

对中国民航来讲,在非雷达覆盖区,不具备1090 ES能力的航空器将会被WMLAT系统监视;在雷达覆盖区,不具备1090 ES能力的航空器将会被雷达系统监视。因此在雷达管制间隔下,非雷达覆盖区应视WMLAT覆盖范围划分适当的1090 ES运行高度层。

七、ADS-B数据应用

按照上述建议部署ADS-B系统后,我们将会有雷达数据、ADS-B数据和WMLAT数据用于监视服务。作为直接对空指挥的管制自动化系统,面临着如何选择和使用这三类监视数据的问题。

澳大利亚管制自动化系统中,ADS-B处理系统作为一个独立的子系统,在雷达处理自动化故障时,可提供有效备份设备。

建议对非雷达覆盖区的管制自动化系统,ADS-B数据和WMLAT融合处理,独立配置WMLAT处理子系统。

建议对雷达覆盖区的管制自动化系统,雷达数据处理系统独立运行,单独增配ADS-B数据处理子系统。这考虑了同是EUROCAT系列自动化系统和雷达覆盖区雷达A/C模式的影响。待安全过渡到ADS-B后,ADS-B数据处理子系统增配为ADS-B和雷达数据融合处理,雷达处理系统独立配置。

八、下一步工作(2011-2015

按照上述思路分析解决中国民航的ADS-B问题,到2025年的规划建设问题可以得到明确解决。但是在规划建设之外,需要我们长期跟踪研究ADS-B有关标准的发展和技术应用,并进行同步试验,以为下一个目标年的ADS-B规划建设做好储备。由于在下一个目标年,中国、美国、澳大利亚和欧洲将可能采取不同的过渡路线,因此情况可能更为复杂,我们的问题将不再是普遍问题,而需要我们自主找到解决问题的办法。

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