机载监视系统课件:6广播式自动相关监视(30).ppt
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1、2022-1-24中国民航大学中国民航大学电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院广播式自动相关监视广播式自动相关监视(ADS-B)电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)2内容提要内容提要ADS-B系统介绍系统介绍 国外国外ADS-B的发展和应用情况的发展和应用情况我国我国ADS-B政策及规划政策及规划我国我国ADS-B的应用情况的应用情况ADS-B的应用的应用电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)3内容提要内容提要ADS-B系统介绍系统介绍 国外国外ADS-B的发展和应用情况的发展和应用情况我国我国ADS-B政策及规划政策及规划我国我国ADS-B的应用情况的应用情
2、况ADS-B的应用的应用电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)4ADS-B系统介绍系统介绍v 引言引言v 自动相关监视自动相关监视v ADS-Bv ADS-B组成组成v ADS-B数据链技术数据链技术电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)5引言引言v空中交通管制与自由飞行空中交通管制与自由飞行ATM(中心控制)(中心控制)自由飞行自由飞行vADS-B技术的出现,为自由飞行提供了可能。技术的出现,为自由飞行提供了可能。电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)6自动相关监视自动相关监视自动相关监视自动相关监视ADSvA 自动自动(Automatic):不需要
3、人工的操作,不需要:不需要人工的操作,不需要地面的询问。地面的询问。vD 相关相关(Dependent):信息全部基于机载数据。:信息全部基于机载数据。vS 监视监视(Surveillance):提供位置和其它用于监视:提供位置和其它用于监视的数据。的数据。电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)7自动相关监视自动相关监视自动相关监视自动相关监视ADSv分类:分类:ADS-A/C、ADS-B。vA/C :寻址式:寻址式/契约式,通过点对点寻址至签署了契约式,通过点对点寻址至签署了数据接收合同的地面站,是端对端通信。数据接收合同的地面站,是端对端通信。vB :广播式,以广播方式向全空
4、域发送自身的位置:广播式,以广播方式向全空域发送自身的位置报告。报告。电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)8自动相关监视自动相关监视vADS-A/C:电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)9自动相关监视自动相关监视vADS-A/C: 飞机与空管单位之间飞机与空管单位之间点对点通信连接点对点通信连接 通信方式:甚高频数据链(通信方式:甚高频数据链(VHF)、高频数据链)、高频数据链(HF)、移动卫星通信等)、移动卫星通信等 飞机向下报告的内容有:飞机向下报告的内容有:飞机识别号、经度、纬度飞机识别号、经度、纬度、高度、航路点、航向、速度等、高度、航路点、航向、速度等
5、 CPDLC ( Controllerpilot data link communications)-管制员飞行员数据链通信管制员飞行员数据链通信 与二次雷达不同,与二次雷达不同,不需要询问不需要询问。电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)10ADS-B电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)11ADS-Bv ADS-BADS-B系统由多地面站和机载站构成,以网状、多点对多点方式完成数系统由多地面站和机载站构成,以网状、多点对多点方式完成数据双向通信。机载据双向通信。机载ADS-BADS-B通信设备广播式发出来自机载信息处理单元收通信设备广播式发出来自机载信息处理单元
6、收集到的导航信息,接收其他飞机和地面的广播信息后经过处理送给机舱集到的导航信息,接收其他飞机和地面的广播信息后经过处理送给机舱综合信息显示器。机舱综合信息显示器根据收集的其他飞机和地面的综合信息显示器。机舱综合信息显示器根据收集的其他飞机和地面的ADS-BADS-B信息、机载雷达信息、导航信息后给飞行员提供飞机周围的态势信息、机载雷达信息、导航信息后给飞行员提供飞机周围的态势信息和其他附加信息信息和其他附加信息( (如:冲突告警信息,避碰策略,气象信息如:冲突告警信息,避碰策略,气象信息) )。 v ADS-BADS-B系统是一个集系统是一个集通信与监视通信与监视于一体的信息系统,由于一体的信
7、息系统,由信息源信息源、信息传信息传输通道输通道和和信息处理与显示信息处理与显示三部分组成。三部分组成。ADS-BADS-B的主要信息是飞机的的主要信息是飞机的4 4维位维位置信息置信息( (经度、纬度、高度和时间经度、纬度、高度和时间) )和其它可能附加信息和其它可能附加信息( (冲突告警信息冲突告警信息,飞行员输入信息,航迹角,航线拐点等信息,飞行员输入信息,航迹角,航线拐点等信息) )以及飞机的识别信息和以及飞机的识别信息和类别信息。类别信息。 电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)12ADS-Bv优点优点地空监视地空监视 可覆盖无雷达区域可覆盖无雷达区域 (改进的分离改进
8、的分离间隔间隔) 增强的专用增强的专用VFR运行运行空空监视空空监视 改进的飞行间隔改进的飞行间隔 看得见的避让看得见的避让 增强的航路空空操作增强的航路空空操作场面监视场面监视 改进的飞行员态势感知改进的飞行员态势感知 增强的场面交通控制管理增强的场面交通控制管理 降低潜在的机场入侵、地面相撞降低潜在的机场入侵、地面相撞电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)13ADS-BvADS-B 提高空管运行的安全性、效率和容量提高空管运行的安全性、效率和容量电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)14ADS-BvADS-B 提供全阶段的监视提供全阶段的监视电子信息与自动化学院
9、广播式自动相关监视(ADS-B)15ADS-BvADS-B与雷达的比较与雷达的比较电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)ADS-BvADS-B与雷达的比较与雷达的比较2022-1-2416电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)17ADS-B组成组成v基于基于ADS-B的监视构架的监视构架电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)18ADS-B组成组成vADS-B系统组成系统组成 地面站地面站 机载设备机载设备 数据处理中心数据处理中心 数据传输网络数据传输网络以网状、多点对多点方式完成视距范围的数据以网状、多点对多点方式完成视距范围的数据双向通信。双向通信
10、。电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)19ADS-B组成组成vADS-B的扩展功能的扩展功能v 广播式交通信息服务(广播式交通信息服务(TIS-B) 将没有安装将没有安装ADS-B设备的飞机的位置等相关信设备的飞机的位置等相关信息通过广播式地空数据链向空中广播息通过广播式地空数据链向空中广播 数据转换和融合数据转换和融合v 广播式飞行情报信息服务(广播式飞行情报信息服务(FIS-B) 气象信息气象信息 飞行情报信息飞行情报信息电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)20ADS-B组成组成vADS-B地面站地面站 包括地面接收机、天线、数据服务器、显示单元、附属包括地
11、面接收机、天线、数据服务器、显示单元、附属网络和通信设备网络和通信设备电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)21ADS-B组成组成vADS-B机载设备机载设备 包括包括GPS接收处理单元、接收处理单元、ADS-B收发信机、监收发信机、监视信息处理系统、视信息处理系统、CDTI等等电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)22ADS-B信息及信息源信息及信息源 飞机识别码飞机识别码 飞机飞机4维位置信息维位置信息 航行意图航行意图 飞行速度飞行速度 气象信息气象信息 交通信息交通信息 全球卫星导航系统全球卫星导航系统(GNSS)(GNSS) 惯性导航系统惯性导航系统(IN
12、S)(INS) 惯性参考系统惯性参考系统(IRS)(IRS) 飞行管理器飞行管理器 其它机载传感器其它机载传感器电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)23ADS-B信息传输信息传输 ADS-B的信息传输以的信息传输以ADS-B报文报文形式,通过空形式,通过空-空空、空、空-地地数据链数据链广播式传播。数据链技术包括:广播式传播。数据链技术包括: Mode S 1090MHz ES (Extended Squitter) 通用访问信机通用访问信机UAT(Universal Access Transceiver) VDL-4(VHF Data Link)1090 ES :全球通用;:
13、全球通用;UAT 和和VDL-4:局部地区:局部地区电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)24ADS-B组成组成vADS-B信息处理与显示信息处理与显示 信息处理:飞机位置信息的估计、跟踪、报告信息处理:飞机位置信息的估计、跟踪、报告以及其他辅助信息的获取预处理。以及其他辅助信息的获取预处理。 信息显示:在地面站以伪雷达的画面提供给管信息显示:在地面站以伪雷达的画面提供给管制员,在飞机上由制员,在飞机上由CDTI等提供给飞行员。等提供给飞行员。电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)25ADS-B组成组成vADS-B IN/OUTn ADS-B OUT 航电设备广播式
14、发送航电设备广播式发送ADS-B 信息信息 如:飞机标识号如:飞机标识号, 位置位置, 趋势趋势, 等等等等 所有所有ADS-B 应用的先决条件应用的先决条件 如:类似雷达监视如:类似雷达监视n ADS-B IN 航电设备接收其他飞机发送的航电设备接收其他飞机发送的ADS-B OUT 信息信息 满足空对空应用的要求满足空对空应用的要求 如:增强情景意识,保障空中间隔如:增强情景意识,保障空中间隔, 等等等等电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)26ADS-B组成组成vADS-B OUT机载发射机以一定的周期发机载发射机以一定的周期发送航空器的各种信息,包括送航空器的各种信息,包括
15、:航空器识别信息、位置、:航空器识别信息、位置、高度、速度、方向和爬升率高度、速度、方向和爬升率等。地面通过接收机载设备等。地面通过接收机载设备发送的发送的ADS-B OUT消息,监消息,监视空中交通状况。视空中交通状况。 电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)27ADS-B组成组成vADS-B OUT应用应用 盲区填补盲区填补 作为雷达的补充或潜在替代手段作为雷达的补充或潜在替代手段 先进地面移动引导和控制系统的信息源先进地面移动引导和控制系统的信息源 小型机场也能具有基本机场监视,并为跑道小型机场也能具有基本机场监视,并为跑道入侵报警提供支持入侵报警提供支持电子信息与自动化学
16、院广播式自动相关监视(ADS-B)28ADS-B组成组成vADS-B IN航空器通过航空器通过ADS-B IN接收其接收其他航空器发送的他航空器发送的ADS-B OUT信息或者地面服务设备发送信息或者地面服务设备发送的信息,为机组运行提供支的信息,为机组运行提供支持。持。ADS-B IN可以使机组在可以使机组在驾驶舱交通信息显示设备(驾驶舱交通信息显示设备(CDTI)上)上“看到其他看到其他”航空航空器的运行状况,从而提高机器的运行状况,从而提高机组的空中交通情景意识。组的空中交通情景意识。电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)29ADS-B数据链技术数据链技术vADS-B数据链
17、要求:信道容量大、传输速率快和数据链要求:信道容量大、传输速率快和具有广播模式具有广播模式vADS-B数据链分为:数据链分为:1090ES、UAT和和VDL-4v美国和中国:美国和中国: 商用航空采用商用航空采用1090ES 通用航空采用通用航空采用UATv欧洲:采用欧洲:采用VDL-4电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)30v 1090ESADS-B数据链技术数据链技术n频率:频率:1090MHzn编码方式:编码方式:PPMn发射信息:报头发射信息:报头+数据块数据块n接入方式:随机接入方式:随机n报头模式:报头模式:4脉冲序列,长度脉冲序列,长度8sn一次传输一个类型的消息
18、一次传输一个类型的消息n数据传输率:数据传输率:1Mb/s电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)31ADS-B数据链技术数据链技术v 1090ES信息结构信息结构n 标准的标准的ADS-B报告内容报告内容 状态报告、模式报告和速度报告状态报告、模式报告和速度报告 n 一个信息包含:一个信息包含:112bit数据数据电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)32ADS-B数据链技术数据链技术v 1090ES信元格式信元格式电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)33ADS-B数据链技术数据链技术v 1090ES ADS-B信息信息 DF17:S模式应答机模式应
19、答机ADS-B消息消息 包含:下行数据链字段、能力字段、地址字段包含:下行数据链字段、能力字段、地址字段、消息字段、校验字段。、消息字段、校验字段。电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)34ADS-B数据链技术数据链技术 CA:一个:一个3比特信息位,用来报告基于比特信息位,用来报告基于S模式模式应答机的应答机的ADS-B发射装置的能力和应答机状况发射装置的能力和应答机状况通知。通知。 AA:一个:一个24比特信息位,包含发射装置的地址比特信息位,包含发射装置的地址和地址的类型。和地址的类型。v 1090ES ADS-B信息信息电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)
20、35ADS-B数据链技术数据链技术v 1090ES ADS-B信息信息 ME:一个:一个56比特信息位,比特信息位,ADS-B信息的主要信息的主要部分内容,包括:空中位置信息,机场场面位部分内容,包括:空中位置信息,机场场面位置信息,航空器识别码置信息,航空器识别码(ID)和信息类型,机载和信息类型,机载速度信息,测试信息等。速度信息,测试信息等。 PI:一个:一个24比特信息位,包含均等覆盖的代码比特信息位,包含均等覆盖的代码标签标签(CL)和询问代码和询问代码(IC),组成联合奇偶校验,组成联合奇偶校验和地址域。和地址域。电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)36ADS-B数
21、据链技术数据链技术vUATn频率:频率:978MHzn编码方式:编码方式:CP-FSKn发射信息:时隙,以帧为单位传输发射信息:时隙,以帧为单位传输n接入方式:固定时隙(地面),随机接入方式:固定时隙(地面),随机接入(移动)接入(移动)n数据传输率:数据传输率:1Mb/sn专为通用航空设计专为通用航空设计电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)37ADS-B数据链技术数据链技术v UAT信息结构信息结构电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)38ADS-B数据链技术数据链技术n一个一个UAT帧持续时间帧持续时间1秒秒n前前32个时隙个时隙188ms供地面站广播供地面站
22、广播TIS-B及及FIS-B消息。消息。n后后812ms分配给分配给ADS-B报告,每秒一次,每报告,每秒一次,每个个ADS-B报告为报告为16或或32字节,其中地面广播字节,其中地面广播部分为时分复用并采用时间同步以减小信息部分为时分复用并采用时间同步以减小信息重叠,重叠,ADS-B部分采用随机接入的方式。部分采用随机接入的方式。v UAT信息结构信息结构电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)39ADS-B数据链技术数据链技术n比特同步:一个比特同步:一个36位同步序列。位同步序列。n信息数据块:支持基本信息数据块:支持基本UAT ADS-B信息信息有有144位,长位,长UAT
23、 ADS-B信息有信息有272位。位。n前向纠错:产生于基于有规则的前向纠错:产生于基于有规则的RS 256-ary代码。代码。n 发送时从左到右依次发送。发送时从左到右依次发送。v UAT ADS-B信息信息电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)40数据段元素种类(Type)占用字节数(Bytes)信息头(HDR)4状态矢量(SV)13模式状态(MS)12AUX.状态矢量(Aux MS)5目标状态(TS)4轨道改变 +0(TC+0)12轨道改变 +1(TC+1)12每一帧的每一帧的ADS-B数据信息都是由这几个种类的数据信息都是由这几个种类的数据组成的,区别在于每一帧包含的种类
24、不同,数据组成的,区别在于每一帧包含的种类不同,有的没有有的没有SV,有的则没有,有的则没有MS。ADS-B数据链技术数据链技术v UAT ADS-B信息信息电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)41ADS-B数据链技术数据链技术vVDL-4n 工作频率:工作频率:108-136.975MHzn 多信道工作多信道工作n 信道带宽:信道带宽:25kHzn 调制方式:调制方式:GFSKn 采用采用STDMA和超长帧技术和超长帧技术n 传输速率:传输速率:19.2kb/sn 基于基于OSI 7层参考模型层参考模型n 要求:严格的时间同步要求:严格的时间同步电子信息与自动化学院广播式自动
25、相关监视(ADS-B)42ADS-B数据链技术数据链技术vVDL-4信息格式信息格式电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)431234567时隙1被预约飞机A使用时隙3被预约飞机B使用时隙2被地面站使用ADS-B数据链技术数据链技术vVDL-4时隙结构接入方式时隙结构接入方式电子信息与自动化学院广播式自动相关监视(ADS-B)44ADS-B数据链技术数据链技术ADS-B三种数据链的比较分析三种数据链的比较分析v改装方式:改装方式: 1090ES升级软件和加装升级软件和加装GPS连线连线 其他两种需要加装新设备其他两种需要加装新设备v抗干扰性:抗干扰性: 1090ES与二次雷达与二
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