2.2.2 ADS-B的国内外发展现状
2.2.2.1 国外发展现状
美国是ADS-B研究和应用的先行者之一,继1991年瑞典首次成功利用驾驶舱交通信息显示器演示ADS-B功能之后,从1992年开始美国在芝加哥的O'Hare机场开展ADS-B的早期应用研究。21世纪初,美国首先在通用航空发达、地理环境和气象条件恶劣、不利于雷达站建设的阿拉斯加地区推广应用ADS-B,为加装ADS-B设备的飞机提供“类雷达”服务。随后,美国联邦航空局开始在全国空域建立ADS-B,包括将当时在阿拉斯加和东海岸使用的ADS-B信息融入当前的空管系统中。2014年美国在本土安装了400个ADS-B地面站,以便使卫星导航功能在全美地区实现。与此同时,停止使用了125个空中交通管制雷达。
目前,美国已经进入ADS-B研究的中期规划。首先,在得到美国航空航天局的认可和验证后,美国内陆地区开始安装ADS-B监视系统;其次,对美国所有航空公司的机队装备相应的机载设备,并开始使其正常运行;然后,对ADS-B系统的鉴定、认证和批准工作要尽快解决,同时对其在航路上的应用要尽快实现;最后,在美国境内安装符合ADSB监视系统使用的广播设备,安装这些系统后,可以使装备了全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)接收机和座舱综合信息显示器的飞机的驾驶员,从管制员那里获得与交通情况一致的信息,同时还可以接收到航空天气图等。
在美国ADS-B发展规划中,通用航空使用ADS-B要在商业运输航空之前。美国的通用航空受限制条件少、发展速度快,比其他国家都发达,通用航空的飞机经常在管制空域以外做机动飞行;在加装机载设备上,通用航空的适航性也相对商业运输较为宽松,一些能保证安全的设备没有强制在通用航空飞机安装,因此通用航空飞机更多的是靠飞行员目视空域情况,然后做出判断来飞行的,客观上存在很大的风险。然而,美国的通用航空领域在应用ADS-B系统之后,这种情况则会大有改观。只需要对通用飞机现有的机载设备稍加改装,再配备上座舱综合信息显示器,对于发生冲突的飞机,飞行员就能做出合理的判断和避让动作。在美国,通用航空占有美国整个航空运输业很大的份额,因此最先应用在通用航空上是很明智的选择。
在选择数据链这个问题上,美国人把1090ES和UAT两种数据链都用在了航空上。在应用ADS-B数据链时,它们都能满足对飞机的监视要求。因为1090ES的传输格式受到种种因素的限制,其利用上行数据链进行广播的能力有所降低,所以无法容纳之前提到的两种情报服务信息。相反,UAT的上行广播能力则强,可见一定要采用上行广播能力强的UAT完成扩大通信容量的任务。
因此,在高度5 km 处,美国联邦航空管理局规定:①在该高度之上的所有飞行应使用1090ES数据链;②在该高度以下的所有飞行应使用UAT数据链;③所有装备了不同数据链的飞机飞行期间不得相互进行通信联系。据此,就可以对机场整个空域甚至美国全空域的飞机进行监视。
ADS-B技术最先是在欧洲大陆兴起的。由于欧洲的航空运输量一直居高不下,欧洲空管为了保证飞机更安全地在欧洲大陆上空飞行,发布了新的航行政策,并且制定了“欧洲一体化空管计划”,其中就包括ADS-B在欧洲的发展规划。
在无雷达监视区域,应用ADS-B技术增强了对飞机的监视能力,并且提供高容量、高安全和高效率的引导服务,一些比较陈旧的二次雷达,也可以改换为成本相对较低的ADS-B设备;在雷达可监视区域内,应用ADS-B技术后,各区域的空管监视能力得到了很大的提升,尽管在飞行活动多频繁的机场,有了ADS-B的帮助,空管都能应对自如,并且ADS-B系统相比雷达地面监视设施的投资成本小很多;在机场区域内,空中飞行的飞机可以接收到来自ADS-B提供的机场范围内任何目标的动态情况,使飞行员在驾驶舱交通信息显示(CDTI)的帮助下,对机场一目了然,从而提高避让主动性,减少安全隐患,保障了机场空域交通的通畅。
欧洲一体化空管技术选择了1090ES数据链和Link 2000+数据链技术,而非UAT数据链,欧洲民航做出了不同于美国的决定。欧洲把两种数据链都应用在商业用途上,但是这两种数据链有不同分工,1090ES数据链负责收发监视信息,Link 2000+数据链负责收发通信信息。欧洲民航选择了更适合自己发展所需的数据链系统。
2008年,欧洲实施了ADS-B OUT技术;2010年,实施了ADS-B IN 技术。目前,欧洲一些国家的航空公司机队已经安装了符合规定的机载ADS-B设备,并通过了适航认证且开始成功运行。
考虑到澳大利亚地广人稀、中西部地区飞行流量加大、对导航设备要求较高、雷达预期和投资成本的核算较大,澳大利亚民航专业人员放弃了将二次雷达覆盖澳大利亚的想法,相反,他们决定使用ADS-B监视系统与现有的部分二次雷达组合成一个能覆盖澳大利亚全境的监视系统,以完成对澳大利亚全境及高空监视无盲区的任务。
目前,澳大利亚的商用运输机队基本完成了机载设备的改装和加装;对澳大利亚绝大多数机场的空管系统进行了升级,使之完全具有符合ADS-B监视系统的能力,以及同时处理多种信息的能力。此外,还安装了一套接收机自主完好性监测(receiver autonomous integrity monitoring,RAIM)系统,能对导航卫星进行连续监测,以保证卫星系统的实测数据正常;最后,在此基础上,准备制定符合澳大利亚ADS-B监视能力和间隔标准的规则。
澳大利亚应用ADS-B的思路如下所述:
(1)用接收机代替雷达对飞机进行探测。有了可靠的监视设备,在飞行航路流量增加的情况下,只有缩小间隔才能有安全保证。如果使用雷达在飞行航路上满足完全连续覆盖以及30 000英尺(ft)(1 ft≈0.304 8 m)以上高空完全覆盖,至少要增加10多套二次雷达,花费是相当大的。目前,采用ADS-B监视技术,仅用20多套接收机就能满足上述两项要求。这样不仅将投资成本降低了许多,而且由于ADS-B接收机的双冗余配置达到了双重覆盖的效果。
(2)地面站只接收信息而不发送。为了满足飞行监视,澳大利亚民航要求只接收GPS信号和1090ES下行广播,不需要发送航行情报、交通服务状况和机场情报等上行广播,因此,地面站非常简单、设备成本比较低、能源消耗减少,技术上很容易实现,管理上甚至可以实现无人值守。
(3)在数据链的选择上,澳大利亚直接应用国际民航组织规定的数据链系统即1090ES数据链,这样不需要再去结合本国的民航发展而去研发新的数据链系统以及进行烦琐的验证过程,从而减少了设备的研发成本。
2.2.2.2 国内发展现状
中国ADS-B实施遵循“西部先试先行、由西向东稳步推进”原则,运输航空采用1090ES数据链,而通用航空采用1090ES和UAT两种数据链并行。
2004年,北京、上海、广州三大区域管制中心相继建成,其配套的空管自动化系统都具备了ADS航迹处理能力。
2005年7月,中国民航飞行学院完成了ADS-B在亚洲地区的首次应用测试;2006年12月,完成绵阳、广汉、新津、遂宁、洛阳5个地面台建设,并完成了在6种机型近200架飞机的机载设备加装;2007年年初,洛阳机场开始全面启用ADS-B系统。目前,中国民航飞行学院已经能够完成对本场训练的初、中、高级教练机进行实时准确的跟踪监控,飞机之间也可以互相了解彼此的位置、高度和速度等信息。已可实现四川省内机场、空域的全面监控,以及对洛阳本场监控和广汉—洛阳航路全程监控。自从2005年实施ADSB监视以来,中国民航飞行学院在飞行空域没有增加(甚至还有所压缩)、飞行训练量成倍增长的情况下,飞行安全性仍然保持在较高水平。
2007年下半年,民航局空管局在成都双流国际机场、九寨沟机场(地处横断山脉之中,海拔高、山势险峻,雷达无法进行覆盖)各安装了1套ADS-B地面试验设备,作为二次雷达(SSR)监视的备份监视系统,在成都—九寨沟航路实施全程ADS-B监视。根据西南空管局在实际飞行中的ADS-B使用验证,监视效果良好,尤其在山区和低空飞行时,监视效果特别突出。
2008年,成都—九寨沟ADS-B应用监视系统工程完成,在成都双流国际机场和九寨沟机场各安装一套ADS-B地面站,同时配合使用ADS-B监视系统和ADS-B数据分析评估软件。
同年,在西沙雷达站建设地面站做试验,并于2009年升级海口管制中心Telephonics自动化系统和引入该ADS-B信号进行融合显示。
2010年,成都—拉萨航线监视工程完成,建设了5个地面站,实现了成都—拉萨主要高度层的ADS-B单重连续覆盖。2011年,空管部门制定1090地面站(接收)设备技术要求和测试要求,努力推行1090ES地面站设备入网许可测试。
2022年4月28日,民航局在上海虹桥国际机场完成了首次ADS-B IN演示飞行。
中国民航飞行学院是国内第一家完整使用ADS-B用于飞行监控的单位,其选择UAT数据链,包括建设5个地面站、加装234架飞机机载设备,并设计建立ADS-B类雷达管制运行的标准程序。
总之,由于起步较晚,中国ADS-B使用主要还集中在中国民航飞行学院训练和通用航空飞行,在运输飞行中的使用还比较有限。当前,中国对ADS-B技术的研究工作正在积极展开:民航局科研项目“《中国民航ADS-B运行标准》(UAT模式)制定”、国家空管委项目“基于ADS-B的管制间隔标准研究”都在研究过程中,未来这些项目的研究成果将会有力地推动ADS-B在中国的普及与应用。