Ｊａｎ．２０ｌ４ Ｖ０１．２５Ｎ０．１ 中国民航飞行学院学报 Ｊｏｕｎａｌｒ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｆｌｉｇｈｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ＡＤＳ．Ｂ在机场场面监视中的应用研究 李敏 王帮峰 丁 萌 ‘ （南京航空航天大学民航学院江苏南京２１１１０６） 摘 要：本文对现有机场场面监视技术做了分析比较，给出了基于ＡＤＳ．Ｂ技术的场 面监视系统框架，对ＡＤＳ．Ｂ的报文传输协议做了解析。研究和分析结果可以为ＡＤＳ．Ｂ在场面 监视中的应用提供参考。 关’ 键词：Ａ．ＳＭＧＣＳ 场面监视 ＡＤＳ．Ｂ 报文解析 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ０ｆ ＡＤＳ－Ｂ ｆ０ｒ Ａｉｒｐｏｒｔ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ Ｌｉ Ｍｉｎ ＷａｎｇＢａｎｇｆｅｎｇ Ｄｉｎｇ Ｍｅｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＣｉｖｉｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ｎｄＡｓｔａｒｏｎａｕｔｉｃｓ Ｎａｎｊｉｎｇ ２ｌ ｌ １０６ Ｊｉａｎｇｓｕ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｆｉｒｓｔｌｙ ｍａｋｅｓ ａ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｅＣｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ ａｉｒｐｏｒｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｕｒｖｅｉｌｌｎｃｅ，ｔａｈｅｎ ｅｘｐｌｏｒｅｓ ｔｈｅ ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ￣ａｍｅｗｏｒｋ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＤＳ Ｂ，ｆｉｎａｌｌｙ ａｎａｌｙｓｅｓ ｈｏｗ ｔｏ ｄｅｃｏｄｅ ｔｈｅ ＡＤＳ－Ｂ ｒｅｐｏｒｔ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｎａｌａｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ａｐｐｌｉｃａ， ｔｉｏｎ ｏｆ ＡＤＳ－Ｂ ｉｎ ａｉｐｏｒｔｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ａ・ＳＭＧＣＳ Ｓｕｒｆａｃｅ ｓｕｒｖｅｉｌｌｎｃｅ ａＡＤＳ．Ｂ Ｒｅｐｏｒｔ ｎａｌａｙｓｉｓ １引言 视的需要。车辆和飞机驾驶员希望在自己的车辆 或飞机上看到自身所处的位置以及周围的交通状 随着民用航空运输业的高速发展，机场的飞 机和车辆数量迅速增加，场面的运行环境更加复 杂，安全问题日益突出。在日常运行中不可避免 地存在飞机与飞机、飞机与车辆以及车辆之间的 碰撞冲突，跑道入侵事件也经常发生。在大雾、 夜视等低能见度气象条件下这种情况更为严重。 由此导致了机场容量紧张、航班延误，严重降低 了运行效率和安全水平。 传统的机场场面监视是依靠塔台管制员目视 况，并希望及时得到报警信息。为此，国际民航 组织（ＩＣＡＯ）建议机场使用先进场面活动目标引导 和控制系统（Ａ．ＳＭＧＣＳ，Ａｄｖａｎｃｅｄ ＳＭＧＣＳ）为各活 动目标配备显示终端，以提供视觉和程序辅助， 同时提供安全告警，并于２００４年发布了Ｄｏｃ．９８３０ 文件《Ａ．ＳＭＧＣＳ Ｍａｎｕａ１））作为提高机场运行效率 的指导文件。Ａ．ＳＭＧＣＳ系统实现四大基本功能： 监视、路径规划、引导和控制，其中监视功能是 指挥，安全性不高，且容量受限。机场场面引导 和控制系统（ＳＭＧＣＳ，Ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｇｕｉｄａｎｃｅ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ）依靠场面监视雷达，能够在一定 核心【２】ｏ 广播式自动相关监视（ＡＤＳ．Ｂ），作为空管领域 的一项性技术，在Ａ．ＳＭＧＣＳ系统中显示出 优势。它以地空／空空数据链为通信手段，使用全 球导航卫星系统及其他机载设备产生的信息作为 程度上解决这些问题，但成本较高，存在覆盖盲 区，并且在天气恶劣条件下，雷达信号严重衰 减，制约了其可用性，无法实现有效监视…。目前 我国只有少数几个枢纽机场配备了场面监视雷 达，出于系统成本和维护费用考虑并未大量采 用，因此我国很大一部分机场还在采用目视方法 数据源，通过向外界发送自身的状态参数，同时 接收其他飞机的广播信息，达到飞机车辆间的相 互感知，实现对周围交通状况的详细了解， 从而 可以使场面上活动的飞机车辆之间保持安全间 隔，起到场面监视作用【３】。一改过去以塔台管制员 为中心的集中指挥，实现管制分担。与雷达监视 对场面进行监视。单独依靠管制员在塔台目视指 挥或是利用场面监视雷达都不能满足未来场面监 ・国家自然科学基金资助项目（６１２０３１７０）：中国民航科技项目（ＭＨＲＤ２０１１２４） Ｊａｎ．２０ｌ４ ＶＯ１．２５Ｎｏ．１ 中国民航飞行学院学报 ‘型 ！ ｉｖｉｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ．Ｆｌｉｇｈｔ・Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ １ ３ 息、速度信息、识别信息等。位置、速度等矢量 信息主要从全球导航卫星系统（ＧＮＳＳ，Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｓｙｓｔｅｍ）获得。ＧＮＳＳ系统包括 ＧＰＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、Ｇｌｏｎａｓｓ、中国的北斗二代以及各 种地基和星基增强系统。目前速度、位置信息从 全球定位系统（ＧＰＳ，Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ 获 得。该系统民用定位精度（１ｏ．－ｌ００米）不能满足 场面监视的要求。根据美国航空航天局在亚特兰 大Ｈａｒｔｓｆｉｅｌｄ机场对基于１０９０ＥＳ ＡＤＳ．Ｂ场面监视 经过了３３次修改并最终确立了发布版本【１丌。作为 有关监视数据传输标准协议之一，它主要叙述了 ＡＤＳ．Ｂ报文的结构和传输的数据类型，同时也指 出了与其他文件（如ＩＣＡＯ Ａｎｎｅｘ １０ Ｖｏｌｕｍｅ ＩＶ， Ｉ ＣＡＤＯ．２６０／２６０Ｂ）的引用和参考关系。 ３．１协议的基本组成 ＡＤＳ．Ｂ在监视中的应用是一个不断发展的过 程，它会对现有的监视技术产生深刻影响，各种 标准和执行意见也经历了一步步的制定。因此， Ａｓｔｅｒｉｘ Ｃａｔｅｇｏｒｙ ０２１协议经过多次修改后才确立最 终的发布版本，但在具体的工程应用中并非直接 采用其最终版本，例如在欧洲的ＣＡＳＣＡＤＥ项目 中采用的就是版本０．２３，‘并且在亚太地区的ＡＤＳ． Ｂ监视应用中也采用的是０．２３版本，故本文以该 系统的测试来看【６】，当采用区域差分ＧＰＳ作为位 置信息来源时，定位精度可以满足场面监视的要 求。同时为了实现场面完全覆盖和满足更新率的 要求，ＡＤＳ．Ｂ地面站要在机场范围内优化布局， 数据传输速率不低于每秒２次。关于ＡＤＳ．Ｂ在场 面监视中的应用的其他问题，如在拥有监视雷达 版本的协议为例进行阐述。 ＡＤＳ．Ｂ传输的信息种类丰富，有位置、速 的机场，新系统与原有系统之间的数据融合问题 以及卫星定位完好性问题，限于篇幅，本文在此 不做讨论。 度、高度、目标识别信息等，这些信息被分类成 为一个个数据项（Ｄａｔａ Ｉｔｅｍ），作为报文传输的 ３ ＡＤＳ．Ｂ报文传输协议解析 当地面站接收到ＡＤＳ．Ｂ消息后，进行汇总生 成ＡＤＳ．Ｂ报告，该报告可以被其他系统如空管自 基本单位。例如位置数据项就是参考在ＷＧＳ．８４ 坐标系下，协议中经度纬度各占三个字节，以二 进制补码的形式表示。关于其他数据项可参考具 体协议。表ｌ列举了常见的数据项。 ＡＤＳ．Ｂ报文以数据块的形式传送，布局如表２。 表１常见的数据项 数据项参考号 １０２ｌ／０１Ｏ １０２ １／０３０ １０２１／０８０ １０２１／１３０ １０２１／１４０ １０２１／１７０ 描述 数据源标识 时间 目标地址 位置（ＷＧＳ－８４） 几何高度 目标识别号 分辨率 不可用 １／１２８ｓ 不可用 ｌ８０／２ ６．２５ｆｔ 不可用 动化系统、机场场面监视和管理系统使用。ＡＤＳ． Ｂ报告是于具体的应用和数据链技术以及特定 的消息格式和网络协议，这样可以使不同的ＡＤＳ． Ｂ数据链技术的运用具有互操作能力。为了在不同 的系统之间传输ＡＤＳ．Ｂ报文有一个统一的解析标 准，欧洲航空安全组织ＥＵＲＯＣＯＮＴＲＯＬ制定并 发布了Ａｓｔｅｒｉｘ Ｃａｔｅｇｏｒｙ ０２１协议，成为有关ＡＤＳ． Ｂ报文和监视数据交换的标准协议。从１９９９年１２ 月至２０１１年５月，Ａｓｔｅｒｉｘ Ｃａｔｅｇｏｒｙ ０２１协议总共 表２ ＡＤＳ．Ｂ报文结构 Ｉ！ ！三 ！Ｉ 兰 ｌ！！！兰！ｌ ！！竺！！！！ ！ ！兰！！！！ 其中报文头由ｃＡＴ和ＬＥＮ两个字段构成，一 共有３个字节的长度。ＣＡＴ字段占１个字节的长 度，是报文标志位，当该字段的值为０２１，则表示 该数据块包含了标准的ＡＤＳ．Ｂ信息报文。ＬＥＮ字 段是Ｌｅｎｇｔｈ的简写，该字段占２个字节的长度， ＦＳＰＥＣ ｌ Ｉｔｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｓｔ ｒｅｃｏｒｄ 记录（Ｒｅｃｏｒｄ）是由１个ＦＳＰＥＣ和相关数据项 组成，一架飞机的信息就由一条记录保存，一个 数据块可以同时包含多条记录。ＦＳＰＥＣ是Ｆｉｅｌｄ Ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎ即字段标志位，为１．４个字节，每个 字节前７个二进制位指示了记录中某条数据项是 否存在（１：存在，０：不存在），最后一个二进 制位是ＦＸ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）位即字段扩展位，指 表示该电文数据块的长度（同时包含了ＣＡＴ和 ＬＥＮ的长度）。 中国民航飞行学院学报 １４ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｆｌｉｇｈｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｊａｎ．２０１４ ＶＯ１．２５Ｎｏ．１ 示字段标志位是否存在下一个字节（１：存在， ０：不存在）。所有的数据项都根据协议中的用户 进制补码中北纬东经为正）。关于目标识别，它 被分配了６个字节共４８位，表示８个字符，每个 字符用６个二进制位表示，字符有２６个英文大写 字母和１０个阿拉伯数字加一个空格位，如字母ｃ’ 对应００００１ １。具体对应关系参见国际民航组织附 件ｌ ｃｉ第４卷。 ４结束语 应用程序框架（ＵＡＰ，Ｕｓｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｆｉｌｅ）被分 配了唯一的字段参考号（ＦＲＮ，Ｆｉｅｌｄ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｎｕｍｂｅｒ）。部分数据项的字段参考号如表３所示。 表３数据项宇段参考号（部分） ＦＲＮ ＤａｔａＩｔｅｍ ＦＲＮ Ｄａｔａ Ｉｔｅｍ ｌ ２ １０２ｌ，０ｌ０ １０２１／０４０ ８ ９ １０２１／２ｌ０ １０２１／２３０ 本文从现有的场面监视技术出发，阐述了基 于ＡＤＳ．Ｂ的场面监视系统组成，对它的应用协议 做了说明，内容仅在监视方面，没有对后续 ３ ４ ５ ６ ７ ＦＸ １０２１／０３０ ｌ０ １０２ｌ，０ｌ３０ ｌｌ １０２１／０８０ １０２１／１４０ １０２１／０９０ １０２１／１４５ １０２１／１５０ １０２ｌ／１５ｌ １０２１／１５２ １０２１／１５５ １２ ｌ３ １４ ＦＸ 的机场路径规划、引导和控制作讨论。作为一种 新的监视手段，ＡＤＳ．Ｂ的推广使用是大势所趋， 它应用于机场场面监视可以得到更高的监视精 例如：字段标志位（ＦＳＰＥＣ）为二进制１１１１ １００１ １０００ ００００表示这条记录包含字段参考号为 度，同时又降低了建设成本，将会明显提高机场 的运行效率和安全水平。 １、２、３、４、５、８的数据项，且长度只有两个字 节（第二个字节的最后一位为０）。在字段标志位 后是各个数据项按照字段标志位的指示依次排列。 ３．２协议的应用 参考文献 【１】刘伟，朱衍波，张军，林熙．高级机场场面监 控系统［Ａ】．２００８第四届中国智能交通年会论文集 【Ｃ】．２００８：２４７－２５ １ 【２】ＩＣＡＯ．Ａｄｖａｎｃｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｎｄ ａｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ｍａｎｕａ１．ＩＣＡＯ－９８３０，２００４ 用户在具体应用该协议时除需要按照协议的 编码规则和框架外，还要确定在数据传输时需要 传送哪些数据项。在所有可传输的数据项中，有 的数据项是必须传送的，如：数据源标识，目标 【３】张睿，孔金凤．机场场面监视技术的比较及发 地址。有的是可选的，如：速度精度、几何高 度。用户在使用协议前要确定好自己的记录中需 要传输哪些数据项。关于每个数据项具体的编解 码规则可以参照协议的具体内容。本文列举两个 例子，在Ａｓｔｅｒｉｘ Ｃａｔｅｇｏｒｙ ０２ｌ协议的０．２３版本 展【Ｊ】．中国西部科技，２０１０（１）：３４－３５ 【４】Ｍｉｎｉｍｕｍ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｓｕｒｖｅｉｌｌｎｃｅ Ｂｒａｏａｄｃａｓｔ （ＡＤＳ－Ｂ）【Ｓ】．ＲＴＣＡ ＤＯ－２４２Ａ．２００２ 【５】时宏伟．ＡＤＳ．Ｂ数据链应用技术的综合评述 （一）【Ｊ】．空中交通管理，２００７（６）：１３－１６ ［６】Ｄａｎｉｅｌ Ｓｔｏｒｍ Ｈｉｃｏｋ，Ｄｅｒｒｉｃｋ Ｌｅｅ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ● ● 中，目标在ＷＧＳ．８４坐标系下的经纬度编码占６ 个字节（纬度在前，经度在后，各占３个字 节），编码精度是１８０／２玎度。如接收到１６ Ｃ７ ９６ ５４ ７Ｄ ｌ１（十六进制表示）后，前三个字节是纬 度，转化为十进制数后为１４９２８８６，乘以分辨率 １８０／２ 后得到３２．０３３８５８，即北纬３２度２分２ 秒。同理可得经度为东经１ｌ８度４８分４３秒（二 ＡＤＳ・Ｂ ｆｏｒ ａｉｒｐｏｒｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｕｒｖｅｉｌｌｎｃｅ ａ［Ｊ】．ＩＥＥＥ．１９９８：３４１－３４８ 【７】Ｅｕｒｏｃｏｎｔｒｏ１．Ｅｕｒｏｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ Ｄａｔａ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｐａｒｔｌ ２： Ｃａｔｅｇｏｒｙ ０２１【ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｕｒｏｃｏｎｔｒｏ１．ｉｎｔ．２０１２
