ADS-B 技术在空中交通管制中运用分析

引言：

当前空中交通流量在持续增长，尤其是我国，近年来航空运输需求增长十分迅猛，航班量的增加使得空中交通管制工作面临巨大压力，尤其是在我国西部地区，由于地形复杂且雷达设施部署成本较高，导致部分区域的雷达覆盖率较低，进而影响了空中交通管制的效率与安全性，因此急需引入ADS-B 技术。

一、ADS-B 技术分析

（一）工作原理

ADS-B 即广播式自动相关监视。其核心功能是通过机载设备自动获取并广播飞机的位置、速度、航向等关键数据，无需人工干预或地面雷达支持，实现空地、空空的多方监视与通信。该技术将“自动”、“相关”、“广播”三大要素深度融合，重构了空中交通管制的通信与监视模式。

机载设备从 GNSS（如 GPS、北斗等）获取定位与时间基准，结合大气数据与传感器信息，生成包含以下数据的 ADS-B 报文：飞机标识（如航班号、注册号）、位置（经纬度、高度）、速度（地速、空速）、航向、垂直速率、紧急状态等。然后通过 1090MHz 频段周期性向外发送报文，无需地面应答或定向通信。通过报文解析，地面站可生成虚拟雷达航迹，实现无雷达的监视覆盖[1]。

（二）系统组成

ADS-B 主要由以下三个核心组成部分及其相关模块构成：（1）信息源：包括全球导航卫星系统（GNSS）、惯性导航系统（INS）、惯性参考系统（IRS）、飞行管理器及机载传感器。（2）信息传输通道：如 1090ES 数据链、UAT 模式数据链（978MHz）、VDL-4 数据链。实现空地、空空双向数据广播与接收。（3）信息处理与显示模块：如驾驶舱冲突信息显示器（CDTI），整合本机与其他飞机的位置、航向、冲突告警等，辅助飞行员决策。

二、ADS-B 技术在空中交通管制中的实际运用

（一）飞行器识别

ADS-B 技术的核心功能之一是实现飞行器识别信息的高效接收与处理。地面站和机载设备作为信息接收的主要载体，通过特定的数据链捕获与解析ADS-B 信号。具体而言，地面站通常配备高灵敏度接收机，能够接收来自航空器发送的 1090ES 数据链信号，并将其传输至数据处理中心进行进一步分析。与此同时，机载设备则通过内置的 ADS-B 收发器实现信号的双向交互，既向周围广播自身信息，也接收其他航空器的广播信号。接收到的原始数据经过一系列复杂算法的解析，提取出可用于飞行器识别的关键信息。这些算法包括信号解码、错误检测与纠正、以及数据格式化等步骤。

通过对接收信号的深度处理，ADS-B 技术能够精准获取飞行器的身份、实时位置、速度及航向等关键信息。例如，飞行器的身份信息通常通过唯一的ICAO 地址进行标识，该地址嵌入在ADS-B 消息中，可用于区分不同的航空器。

在空中交通管制系统中，可通过子系统协同工作提升识别质量，例如雷达系统和飞行管理系统（FMS）是加强飞行器识别的重要组成。其中雷达系统通过主动发射电磁波并接收反射信号，能够在复杂气象条件下提供稳定的目标探测能力，而 ADS-B 技术则以其高精度的位置信息和实时更新能力弥补了雷达系统在数据刷新率上的不足。

（二）位置报告

在 ADS-B 技术中，飞机位置信息的获取依赖多个机载传感器的协同工作，其中惯性导航系统（INS）起到了至关重要的作用。惯性导航系统通过测量飞机的加速度和角速度，结合初始位置信息，能够实时计算出飞机的三维位置、速度和姿态数据。此外，全球卫星定位系统（GNSS）如 GPS、GLONASS 等，为空中交通管制提供了高精度的定位基准。惯性导航系统与卫星定位系统的配合使用，不仅可以弥补单一传感器在特定环境下的不足，还能显著提高定位的准确性和可靠性。例如，在卫星信号受到干扰或遮挡的情况下，惯性导航系统能够继续提供短时内的精确位置信息，而卫星定位系统则用于长期定位和误差校正。这种多传感器融合的方式，使得 ADS-B 技术在复杂飞行环境中仍具有较高的定位性能。

尽管 ADS-B 技术结合了多种先进的定位手段，但在实际应用中仍然不可避免地会受到多种因素的影响，从而导致定位误差。为了应对误差问题，ADS-B系统采用了多种误差校正方法和策略。例如，通过差分 GNSS 技术，可以有效减少卫星信号传播过程中引入的误差；利用卡尔曼滤波算法，则能够对来自不同传感器的数据进行融合处理，从而实现对定位误差的动态补偿 [2]。

（三）飞行器引导

ADS-B 技术通过其先进的监视和数据传输能力，为飞行器提供了精确的航路指引，从而显著提升了航路飞行的效率与安全性。该技术利用全球卫星定位系统（GNSS）获取飞行器的实时位置信息，并通过数据链将这些信息广播至地面空管系统及周围飞行器，实现了空地、空空之间的双向信息交互。这种高精度的定位机制使得飞行器能够在复杂的空域环境中保持准确的航路轨迹，避免了因传统雷达管制精度不足而导致的偏离风险。此外，ADS-B 技术的应用还优化了空域资源的利用效率。通过对飞行器间隔的精准监控，空管部门能够在确保安全的前提下缩小飞行器之间的水平间隔，从而增加单位空域内的飞行器容纳量，缓解了航路拥堵问题。

以进近着陆为例，ADS-B 技术通过提供高精度的飞行参数，为管制员和飞行员提供了更为全面的态势感知能力，从而有效降低了着陆过程中的风险。具体而言，ADS-B 系统能够实时传输飞行器的位置、速度、高度以及航向等信息，这些数据不仅帮助管制员准确掌握飞行器状态，还可以用于生成精准的着陆引导指令。

（四）机场地面活动监视

ADS-B 技术可对机场地面活动进行监视，如对飞机滑行路径的实时追踪，主要依赖自动监视技术和广播式数据传输机制，ADS-B 系统通过机载设备获取飞机的位置、速度、航向等动态信息，地面站的接收设备能够捕获并解析这些广播信号，进而生成飞机的滑行轨迹图，实现对滑行路径的全方位监控。相较于传统的雷达等滑行路径监控技术，ADS-B 技术在精度、实时性以及成本效益方面具有显著优势。在数据更新频率方面，传统雷达系统通常每几秒更新一次目标位置信息，而 ADS-B 技术能够实现每秒多次的数据更新，极大地提升了监控的实时性与准确性。此外，ADS-B 技术的应用成本较低，无需大规模基础设施建设，仅需部署少量地面站即可覆盖整个机场区域。

以机场车辆与飞机冲突为例，ADS-B 系统通过机载设备和地面站的双向通信，能够同时监测飞机和机场车辆的位置、速度及运动趋势，当系统检测到潜在冲突风险时，会基于预设的预警算法进行评估。例如，通过计算飞机与车辆之间的最短距离和相对速度，判断是否存在碰撞可能性。若判定为高风险情况，系统将触发预警信号，并通过可视化界面或语音提示的方式通知相关人员采取规避措施。

结论：

自动相关监视广播（ADS-B）技术在空中交通管制中的运用已经取得了显著的成果，尤其是在提升管制效率和保障飞行安全方面表现突出。通过高精度定位和数据链传输，ADS-B 技术能够实现空地、空空之间的实时信息交换，为管制员提供更加准确和及时的航空器运行情况，整体提升了航空安全与运行效率。

参考文献：

[1] 夏鸿 , 朱清山 , 唐文博 , 等 . 基于 ADS-B 解析数据的航空器定位可视化方法与系统 [J]. 电子测试 ,2022,36(21):93-95.

[2] 陈晓 , 毛烨炳 .ADS-B 技术在低空空域安全中应用的现状与展望 [J].电子测量技术 ,2022,45(20):61-67.