您好,欢迎来到爱问旅游网。
搜索
您的当前位置:首页ADS-B在机场场面监视中的应用研究

ADS-B在机场场面监视中的应用研究

来源:爱问旅游网
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 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Copyright © 2019- awee.cn 版权所有 湘ICP备2023022495号-5

违法及侵权请联系:TEL:199 1889 7713 E-MAIL:2724546146@qq.com

本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务