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广播式自动相关监视（ADS-B）
2024.11
广播式自动相关监视 （ADS-B, Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）是航空领域一项革命性的技术，用于提升飞行器的监视能力和飞行安全。
这项技术结合了现代卫星导航与数字通信技术，是传统雷达监视系统的强有力补充甚至在未来可能成为替代方案。
本文从ADS-B技术的系统组成、工作原理、功能实现和应用场景四个方面对其进行简单介绍，结合以前的一些推文内容，供朋友参考阅读。
一、ADS-B系统组成
机载设备：
ADS-B Out：
航空器上安装的广播设备，将自身飞行数据（包括位置、速度、高度等其他数据）以无线信号的形式周期性广播。
这些数据由航空器的机载航电系统（如GPS）提供。比如航空器高度通过ADS（大气数据系统）获得，位置信息通过GPS获得等。
ADS-B In（可选）：
接收其他航空器或地面站的广播数据，为飞行员提供周围航空器的态势感知。通常我们也称为广播式自动相关空——空监视。
有关机载设备所产生的数据，可以参考这些推文了解其过程：
地面站设备：
ADS-B地面接收站：接收并处理航空器的广播信号，传输到空中交通管制（ATC）系统。
ATC终端系统：利用ADS-B数据生成空域态势图，为管制员提供精准的监视信息。
数据通信网络：
数据链路：ADS-B主要使用1090 MHz频段（模式S扩展应答）或978 MHz频段（UAT，主要用于通用航空），完成机载设备与地面设备之间的信息传递。
网络传输：通过专用航空数据网络传递到航空管制中心及相关用户。
辅助设备：
显示终端：飞行员和管制员使用的显示屏，用于呈现实时态势。
ADS-B监视软件：用于分析、存储和调度ADS-B数据。
二、ADS-B的工作原理
数据生成：
航空器通过机载GNSS设备以及其他机载设备获取自身的实时位置、高度、速度和航向等数据。
飞行管理系统（FMS）生成飞行动态参数，包括意图轨迹（未来5分钟路径预测）。
信号编码与广播：
机载ADS-B设备通过天线将位置、速度等数据进行编码，并以广播形式通过1090 MHz或978 MHz频段发射出去。
广播信号可以被地面接收站、其他航空器或航管终端接收。
数据接收与处理：
地面端：地面站接收信号后，将其解码为飞机的位置和飞行状态数据，并传输到空管系统。
空中端：其他装备ADS-B IN的航空器可以实时接收到该信息，实现空空态势感知。
信息融合与呈现： 在空管中心，ADS-B数据可以与雷达数据、飞行计划数据融合，为空管员提供更清晰、完整的空域监视图。
飞行员可以通过驾驶舱显示屏实时了解周围的空中交通动态。
三、功能实现
空中交通监视：
ADS-B可以直接提供高精度的飞机三维位置（水平和垂直位置）以及飞行速度、航向。
精确度优于传统一次雷达和二次雷达，更新频率高（约每秒一次或者0.5秒一次）。
空——空态势感知：
装备ADS-B IN的飞机可以实时感知周围空域内其他飞机的动态，增强飞行员的态势认知能力。
在视觉气象条件差的情况下（例如夜晚或云层中），ADS-B提供额外的安全保障。
空中交通流量管理（ATFM）：
ADS-B数据可以支持管制员优化空中交通流量，减少空中等待时间和燃油消耗。
比如，澳大利亚已经实现澳洲大陆地区20,000 英尺（含）以上高空空域 5 海里间隔空中交通管理服务。
机场场面监视：
在地面运行中，ADS-B信号可以帮助监控飞机滑行，避免地面碰撞。
结合地面车辆的ADS-B设备，可以实现全面的场面管理。
区域管制扩展：
ADS-B适合在偏远或海洋区域应用，弥补传统雷达无法覆盖的盲区。
借助卫星ADS-B（例如Aireon系统），可以实现全球范围内的无缝覆盖。
四、应用场景
ADS-B技术的应用已经覆盖全球多个领域，并成为航空安全和运营效率的关键工具。
与以上“功能实现”对应，以下是“典型应用场景”：
商业航空
高密度空域监视：如欧美主要航路点和机场，ADS-B为高密度空域提供高精度监视能力。
偏远地区监控：在没有雷达覆盖的区域（如非洲部分地区、南太平洋海域），ADS-B大幅提升了飞行安全性。
次要机场支持：在缺乏传统雷达的机场，ADS-B为低成本管制提供了解决方案。
通用航空
空空感知增强：私人飞机、直升机等低空飞行器通过ADS-B接收空域动态，提升飞行安全。
低成本导航设备：设备相对便宜，适合通航运营需求。
无人机管理
ADS-B可作为无人机与有人机共用空域时的关键技术，帮助避免空中碰撞。
与传统雷达相比，ADS-B技术非常亲民而且应用广泛，在我国低空经济蓬勃发展的情况下，在城市空中交通（UAM）领域，ADS-B技术已经成为关键监视技术之一。
海上与极地区域
卫星ADS-B：在传统雷达盲区，通过卫星实现飞机的远程监视，适用于跨洋航线和极地航线。
军用航空
ADS-B在非作战环境下用于监控军事运输和训练飞行，减少与民航冲突。
雷达敏感地区，ADS-B成为替代监视技术。
机场地面运营
场面态势感知：地面车辆安装ADS-B设备后，可显著减少地面滑行冲突。
机场运行效率优化：结合ADS-B数据，机场管理系统可以优化停机位调度和滑行路线。
写在最后
2024.11
ADS-B作为航空业发展的重要技术，已经在全球范围内得到了广泛应用。成为现代空中交通全新的且较为成熟的监视手段。
ADS-B技术具有覆盖范围广、精度高、误差小、成本低、数据多样性等优势，同时也面对诸多挑战，比如容易容易受恶意干扰或欺骗攻击（如伪造信号）；同时在高流量空域，地面系统需要处理庞大的ADS-B数据流。
在实际部署中，各国空管单位在频段划分和技术标准上的协同需要进一步完善，需要结合当地的技术条件、空域特点以及法规要求来完善其使用。
未来，ADS-B将随着卫星通信技术的进步和无人机等新型航空器的普及，发挥更大的作用，为全球航空安全和效率保驾护航。
下一篇文章，继续讲述ADS-B技术的历史沿革和我国的发展时间轴。
