王洪
【期刊名称】《《电讯技术》》
【年(卷),期】2019(059)012
【总页数】7页(P1488-1494)
【关键词】飞机监视应用系统; 飞机监视和分离保障处理; ADS-BIn应用; 航迹融合 【作 者】王洪
【作者单位】电子科技大学 信息与通信工程学院 成都611731
【正文语种】中 文
【中图分类】TN965.5
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1 引 言
广播式自动相关监视(Automatic Dependent Surveillance -Broadcast，ADS-B)的应用，引起了监视、导航、避撞等空中交通管理功能的深刻变化。在监视领域，可替代空管二次雷达；在导航领域，是基于性能导航的关键组成；在避撞领域，是第五代避撞伪虎鲸
系统的被动定位源。ADS-B包括发射飞机位置、速度、地址等信息的机载ADS-B Out设备，空管使用的地面ADS-B接收站，接收其他飞机ADS-B消息的机载ADS-B In设备。此外，还有转发其他数据链消息的ADS-R、发射飞机和车辆信息的地面交通信息服务广播(Traffic Information Service-Broadcast，
TIS-B)，以上消息均使用1090ES数据链。因此，ADS-In设备收到的消息来源包括他机ADS-B Out消息、ADS-R消息、TIS-B消息，上述消息将形成他机的航迹，同时本机的TCAS(Traffic Collision Avoidance System)系统也会生成他机的航迹。这样，同一目标可能出现在多种数据源中报告，使得目标的航迹冗余，这些航迹必须经过融合处理，提高质量，去处冗余信息后，才能提供给飞行驾驶员使用。
航迹融合的过程由飞机监视和分离保障处理(Airborne Surveillance and Separation Assurance Processing，ASSAP)完成，所涉及的发射子系统、接收子系统和地面子系统 合称为飞机监视应用(Aircraft Surveillance Applications,ASA)系统。ASA有多种应用，由于这些应用建立在ADS-B In接收的基础上，在美国联邦航空局(Federal Aviation Administration,FAA)的咨询公告上，称ASA应用为ADS-B In航空电子系统支持的应用，或简称ADS-B In应用[1]。
ADS-B In应用能增强飞行员的空中和场面情景意识，保持安全间隔，加快高度层变更频率，辅助防止冲突，实现冲突咨询公告等。这些应用覆盖飞行整个阶段，如跑道滑行、起飞、巡航、降落、着陆、滑行等。这些应用既能辅助飞行员对飞机的操作，也能减轻地面管制员的负荷，从而增加安全、容量和效率，这也是ASA系统的设计目的。
美国和欧洲的监视技术小组在过去十来年内提出了多种基于ADS-B In的应用。这些应用经过多年的演化，有的已经被淘汰或替代，目前主要有8种应用，并在持续的发展中。其中几种应用已由RTCA颁布了相关标准[2-5]，包括针对ASA的最低操作性能标准MOPS[2]和最低航空系统性能标准MASPS[3]。美国于2010年和2013年分别完成了机场场面情景意识和高度层变更程序的试飞验证和评估，欧洲也开展了基于ADS-B In应用[6]的研究。国际权威民航组织在该领域陆续颁布了十余部标准，霍尼韦尔、柯林斯、泰雷兹等几大航电公司已mm自拍
将部分应用引入飞行驾驶舱。国内已研制出ADS-B地面站、ADS-B Out设备和ADS-B In设备，但还没有开发出ADS-B In应用，研制的设备仅获得了中国民用航空局的许可证，要获得国际权威民航机构的适航认证和商业化应用，还有较远的距离。
陆修静
本文在消化相关标准、文献和从事科研工作研究的基础上，总结、梳理了飞机监视应用系统的相关知识，从ASA的作用、系统架构、基本组成、飞机监视和分离保障处理ASSAP的内涵、航迹融合的原理和过程以及8种应用的基本功能等诸多方面进行了介绍。
2 ASA的架构与组成
ASA系统的整体架构包括三组子系统[2]：参与ASA发射的子系统、参与ASA接收的子系统和地面的子系统，如图1所示。
图1 ASA架构概览
参与ASA发射的子系统实现ADS-B Out的功能，产生并发射ADS-B消息,是由安装了1 090 MHz ADS-B Out的飞机直接广播1090ES ADS-B消息。
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地面的子系统实现TIS-B和ADS-R消息的发射。TIS-B的消息从地面监视系统(如二次雷达)得到的信息产生，然后由TIS-B发射子系统广播。ADS-R的消息从其他数据链的消息产生(对1090ES接收机，指UAT和VDL4)，然后由ADS-R发射子系统广播。
参与ASA接收的子系统实现ADS-B In、ASSAP和CDTI等功能。CDTI(Cockpit Display of Traffic Information)指交通信息座舱显示，CDTI上显示各种ASA应用。ADS-B、TIS-B和ADS-R消息被ASA飞机的ADS-B/ADS-R/TIS-B接收子系统接收，接收子系统处理这些消息，将ADS-B、TIS-B和ADS-R交通报告输出给ASSAP，经融合处理后输出给CDTI显示。
从ASA的架构可见，ASA应用是建立在ADS-B基础上的，ADS-B Out已经广泛使用，地面TIS-B和ADS-R系统补偿没有ADS-B Out的飞机，实现不同ADS-B数据链的转换。ADS-B有三种数据链，1090ES发射和接收子系统在DO-260中定义，UAT和VDL4则分别在DO-282和ED-108中定义。
ASA应用安装在参与ASA接收的系统内，参与ASA接收的有两个标准子系统，监视数据处理子系统ASSAP和显示和控制子系统CDTI。消息来自ADS-B In接收机、本机TCAS和本机其他传感器。
ADS-B In接收的三类消息分别来自不同的目标：直接ADS-B目标，由1090MHz ADS-B Out设备发射；间接ADS-B目标，由 ADS-R转发的其他数据链的消息；非ADS-B目标，指没有安装任何格式ADS-B设备的目标，如仅有应答机，其消息由ATC雷达获取后，由TIS-B发射。本机的ADS-B In接收三类消息后，产生相应报告，送给ASSAP，同时接收本机其他传感器和TCAS系统的信息，经监视处理后，发送给CDTI显示，CDTI也反馈机组人员的输入给ASSAP。
3 ASA的功能与作用
ASA的应用基于CDTI，具备多种飞机监视和分离保障能力，这些能力可直接给飞行员提供监视信息，或基于监视的引导和告警。监视信息包含他机的位置和其他的状态数据，在机场上空或接近机场场面时，包含场面上的车辆或障碍物信息。
ASA应用的目的是增强空中交通系统的安全，增加容量和效率。在地面和空中状态，提供改善的飞机位置情景意识，辅助冲突预防、冲突检测和四维冲突解脱。通过给飞行员授权间隔和分离任务，可提高容量和效率。例如[3]：
(1)相对于目前的监视和操作程序，允许飞机更加安全地相互接近(如跟随进近)；
(2)在仪器气象条件下，使用新的CDTI工具，提高跑道吞吐率；
(3)相对于当前空中交通管制的授权，适应更多的飞行路线。
在参与ASA接收的两个子系统中，ASSAP实现了航迹的融合，下文将详细介绍。CDTI子系统包括实际的显示器和必要的飞行员控制接口，CDTI包括支持各应用的所有显示和控制。控制可以是独立的CDTI控制面板，也可与其他控制集成在一起，如多功能控制显示单元(Multi-Function Control and Display，MCDU)、电子飞行包(Electronic Flight Bag,EFB)等。同样，CDTI显示可以是独立的显示器，也可集成到现有的显示器中，如多功能显示器或电子飞行包。CDTI的最低要求是包括一个图形化的俯视图交通显示器、显示和应用要求的控制。ASSAP输出的航迹，经过应用处理，输出到CDTI上，就构成了ASA应用或ADS-B In应用。
FAA的AC 20-172B咨询公告中给出了ADS-B In系统和应用的适航要求。下文中提及的交通和本机分别定义如下：
交通——指飞机和地面车辆，也称A/V(Aircraft/Vehicle)，是ADS-B In接收三类消息的目标。
本机——装载了ADS-B In设备的飞机，接收三类消息的载机。
4 飞机监视和分离保障处理
飞机监视和分离保障处理子系统为ASA系统提供必要的监视和应用处理，维护与CDTI显示和控制面板之间的接口。通过接收子系统，ASSAP从一个或多个源中接收数据，包括ADS-B报告、TIS-B报告、ADS-R报告和TCAS航迹。ASSAP对这些数据相关，产生航迹，执行特定应用的处理。ASSAP为CDTI导出交通监视和特定应用的信息，ASSAP到CDTI的输出包括监视报告、航迹以及特定应用的告警或引导[1]。
ASSAP的功能主要就是航迹融合，梳理输入和输出数据，检查并接收合法、完整的数据，按要求输出完整的应用数据，对多条航迹融合后输出唯一的最优航迹。因此，ASSAP的处理由输入处理、监视处理、应用处理和输出处理四部分构成。应用处理执行特定应用有关的处理。
ASSAP监视处理包括航迹的初始化、更新、删除、外推和预测；航迹融合与分离；跨源相关(TIS-B和ADS-B/ADS-R，TCAS和其他源，TIS-B和本机)；数据源的最佳选择等。ASSA
P功能可以在独立设备上实现，也可与ADS-B/ADS-R/TIS-B接收设备集成，或与其他设备集成。
综上所述，ASSAP就是对机载监视数据的融合，对输入信息检查后提起所需数据，将同一交通的多条航迹融合后输出一条航迹，通过航迹外推补偿延迟带来的场景滞后，对不同应用按要求输出所需数据，维护CDTI的显示，接收控制面板的输入。教学植物园
4.1 ASSAP处理
4.1.1 输入处理
输入处理部分的功能主要有报告有效性检查、速度验证、从数据源中提取符合要求的信息、去除不满足要求的信息。输入的MOPS(Minimum Operation Performance Standard)要求包括：交通状态向量报告的输入要求；交通ID/状态数据报告的输入要求；TIS-B/ADS-R服务状态的输入要求；TCAS输入要求；本机位置源输入要求；CDTI到ASSAP的输入要求，包括控制面板的输入。
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