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DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2107-5640-7753
摘 要：随着ADS-B新技术的不断发展，探索ADS-B在自动化系统的应用是对空监视技术未来的发展方向。本文主要通过简介ADS-B技术在空管运行领域的优势，探索ADS-B功能的发展方向。通过在自动化系统截取ADS-B数据报文，分析数据项内容，并以自动化系统监视数据处理模块为例，探索ADS-B位置、高度等信息对自动化系统的优化，并提出具体的监视数据处理模块中多传感器跟踪结构的业务流程。同时，分析ADS-B信息未来在民航空管运行中存在的风险，并提出建立ADS-B数据评估机制以及黑名单运行机制的建议。
关键词：ADS-B 自动化系统 数据解析 卡尔曼滤波 数据融合
中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）06（b）-0075-03
Optimization Exploration and Risk Analysis of ADS-B Data in Automation System Application
JIANG Siwei
（NATMB， Beijing， 100621 China）
Abstract： With the continuous development of new ADS-B technology， exploring the application of ADS-B in automation system is the future development direction of air surveillance technology. This paper mainly explores the development direction of ADS-B function by introducing the advantages of ADS-B technology in the field of air traffic control. By intercepting ADS-B data messages in the automation system， analyzing the contents of the data items， and taking the automated system monitoring data processing module as an example， exploring the optimization of the ADS-B position and height information to the automation system， proposing specific monitoring data processing，and giving multi-sensor tracking structure of the business process in the module. At the same time， analyze the risks of ADS-B information in the future operation of civil aviation management， and propose to establish ADS-B data evaluation mechanism and blacklist operation mechanism.
Key Words： ADS-B; Automation system; Data analyse; Kalman filter; Data couple
ADS-B是广播式自动化相关监视技术，可以为民航空管提供航空器的定位信息，是空管自动化系统重要监视源之一。目前，ADS-B信号在空管自动化系统中的应用易受外界因素影响，本文主要通过数据解析与分析，提出ADS-B信号应用的优化建议，化解运行中存在的风险。
1 ADS-B数据格式解析
ADS-B数据其文本协议格式主要为CAT021。本文主要通过截取ADS-B CAT021报文信息开展分析，CAT021报文数据结构如表1所示。
ADS-B报文的解析和生成都需要按照用户应用相关表（UAP）进行设定，以一段数据实例详细分析具体ADS-B报文有关内容，ADS-B数据通过在自动化系统前端处理服务器上截取，一般以十六进制形式保存，例：15002fba1df822221223043321e0044c0bb013f8baa78032000070804310100075000000 c3074cf5c2000800002b4。按照UAP數据表解析结果如表2所示。
2 自动化系统应用ADS-B数据的优化
自动化系统监视数据处理目前主要采用多雷达跟踪的结构，速度、位置等信息的平滑计算沿用卡尔曼滤波算法，多雷达跟踪结构的具体工作流程如图1。
原有的多雷达跟踪结构（图1示）主要原理通过飞机进入一个雷达覆盖区时，航迹起始模块会参照初始雷达点的计算结果，生成一个新的航迹。当多个新的航迹点迹进入系统时，此时多雷达跟踪系统将依次通过预相关、相关、关联技术的流程来计算出最适合的航迹。
由于ADS-B和雷达属于不同类型的监视系统，所以多雷达跟踪系统要对两者接收到的数据分别进行处理后再融合。随着ADS-B的广泛使用，航迹处理系统也由多雷达跟踪系统升级到多传感器跟踪系统，如图2所示。预相关和相关模块可以基于飞机的运动特性和24位飞机地址码来确定与多传感器航迹相关的报告，提升系统位置信息的关联耦合度，进而在多架航空器同时运行时提升了系统STCA、MSAW等告警的计算精度。 3 风险分析及建议
3.1 24位地址码管理
目前，通过S模式雷达的运行发现，由于航空器商业买卖原因，出现部分航空器的24位地址码未进行合理的更改，进而造成自动化系统运行时出现相应的错误运行。
3.2 电磁环境干扰
ADS-B主要通过1090MHz扩展电文下行有关监视信息，ADS-B的位置信息主要通过多颗卫星定位，但如果出现大频率电磁干扰或者GPS干扰器干扰，可能会造成ADS-B某一区域出现大面积的位置偏移，进而对空管运行产生相应的影响。
3.3 数据质量完好性
数据质量完好性是通过ADS-B报文中的完好性质量参数NUC、NACp、SIL、NIC、NACv精度值来衡量的。亚太地区国家认为机载设备DO-260服务标准且NUC为5的ADS-B报文数据符合类雷达服务的数据完好性要求，基于该情况，对ADS-B监视数据的完好性评估是在一段时间间隔完成，从地面站所覆盖空域内的所有飞机的ADS-B报文数据中提取的NUC数据，并计算NUC为5的报文数比例，进而得出ADS-B监视数据的完好性结论。
完好性评估是ADS-B正式投入运行前需要统计的重要工作，以部分地区为例，按照NUC>5的航迹数/总航迹数，可得出完好率，我认为只有完好率在99%以上的地区，可以达到运行标准。NUC<5的数据经常会出现航迹位置抖动、回跳等情况，进而造成系统航迹的位置精确性的下降，故在ADS-B正式应用前，要充分做好ADS-B完好性统计工作。
未来，随着技术发展，可调整与优化NACp、NIC、SIL、NACv参数值，来确保ADS-B的信号精度能够更为准确。虽然ADS-B监视可以提高监视数据的精度、扩大覆盖范围，但是建议ADS-B在正式应用前应建立完善的评估机制，包括卫星完好性检测、数据完好性统计、航空器机载设备统计、覆盖分析等一系列评估流程;同时，部分未加装ADS-B应答机的航空器以及机载应答机长期存在故障的航空器投入运行时，应建立黑名单运行机制，对于不满足ADS-B运行的航空器，应建立必要的运行措施。
参考文献
[1] 李宇宽.关于ADS-B技术在空中交通管制中的应用研究[J].科学大众，2019（2）：53.
[2] 喻之畅.空管自动化系统中ADS-B技术的应用分析[J].中国科技纵横，2019（9）：20-21.
[3] 王子龙.ADS-B監视数据质量分析[D].北京：中国民用航空飞行学院，2018.
[4] 尚德佳.空管多监视数据融合研究[D].西安：西安电子科技大学，2016.
[5] 马义.ADS-B数据和雷达数据融合分析[J].中文科技期刊数据库工程技术，2016（24）：273.
[6] 刘云丰，廖盈庭，刘书博.基于Python的AsterixCat021数据格式解析分析与实现[J].科技与创新，2019，4 （14）：46-47.
摘 要：随着ADS-B新技术的不断发展，探索ADS-B在自动化系统的应用是对空监视技术未来的发展方向。本文主要通过简介ADS-B技术在空管运行领域的优势，探索ADS-B功能的发展方向。通过在自动化系统截取ADS-B数据报文，分析数据项内容，并以自动化系统监视数据处理模块为例，探索ADS-B位置、高度等信息对自动化系统的优化，并提出具体的监视数据处理模块中多传感器跟踪结构的业务流程。同时，分析ADS-B信息未来在民航空管运行中存在的风险，并提出建立ADS-B数据评估机制以及黑名单运行机制的建议。
关键词：ADS-B 自动化系统 数据解析 卡尔曼滤波 数据融合
中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）06（b）-0075-03
Optimization Exploration and Risk Analysis of ADS-B Data in Automation System Application
JIANG Siwei
（NATMB， Beijing， 100621 China）
Abstract： With the continuous development of new ADS-B technology， exploring the application of ADS-B in automation system is the future development direction of air surveillance technology. This paper mainly explores the development direction of ADS-B function by introducing the advantages of ADS-B technology in the field of air traffic control. By intercepting ADS-B data messages in the automation system， analyzing the contents of the data items， and taking the automated system monitoring data processing module as an example， exploring the optimization of the ADS-B position and height information to the automation system， proposing specific monitoring data processing，and giving multi-sensor tracking structure of the business process in the module. At the same time， analyze the risks of ADS-B information in the future operation of civil aviation management， and propose to establish ADS-B data evaluation mechanism and blacklist operation mechanism.
Key Words： ADS-B; Automation system; Data analyse; Kalman filter; Data couple
ADS-B是广播式自动化相关监视技术，可以为民航空管提供航空器的定位信息，是空管自动化系统重要监视源之一。目前，ADS-B信号在空管自动化系统中的应用易受外界因素影响，本文主要通过数据解析与分析，提出ADS-B信号应用的优化建议，化解运行中存在的风险。
1 ADS-B数据格式解析
ADS-B数据其文本协议格式主要为CAT021。本文主要通过截取ADS-B CAT021报文信息开展分析，CAT021报文数据结构如表1所示。
ADS-B报文的解析和生成都需要按照用户应用相关表（UAP）进行设定，以一段数据实例详细分析具体ADS-B报文有关内容，ADS-B数据通过在自动化系统前端处理服务器上截取，一般以十六进制形式保存，例：15002fba1df822221223043321e0044c0bb013f8baa78032000070804310100075000000 c3074cf5c2000800002b4。按照UAP數据表解析结果如表2所示。
2 自动化系统应用ADS-B数据的优化
自动化系统监视数据处理目前主要采用多雷达跟踪的结构，速度、位置等信息的平滑计算沿用卡尔曼滤波算法，多雷达跟踪结构的具体工作流程如图1。
原有的多雷达跟踪结构（图1示）主要原理通过飞机进入一个雷达覆盖区时，航迹起始模块会参照初始雷达点的计算结果，生成一个新的航迹。当多个新的航迹点迹进入系统时，此时多雷达跟踪系统将依次通过预相关、相关、关联技术的流程来计算出最适合的航迹。
由于ADS-B和雷达属于不同类型的监视系统，所以多雷达跟踪系统要对两者接收到的数据分别进行处理后再融合。随着ADS-B的广泛使用，航迹处理系统也由多雷达跟踪系统升级到多传感器跟踪系统，如图2所示。预相关和相关模块可以基于飞机的运动特性和24位飞机地址码来确定与多传感器航迹相关的报告，提升系统位置信息的关联耦合度，进而在多架航空器同时运行时提升了系统STCA、MSAW等告警的计算精度。 3 风险分析及建议
3.1 24位地址码管理
目前，通过S模式雷达的运行发现，由于航空器商业买卖原因，出现部分航空器的24位地址码未进行合理的更改，进而造成自动化系统运行时出现相应的错误运行。
3.2 电磁环境干扰
ADS-B主要通过1090MHz扩展电文下行有关监视信息，ADS-B的位置信息主要通过多颗卫星定位，但如果出现大频率电磁干扰或者GPS干扰器干扰，可能会造成ADS-B某一区域出现大面积的位置偏移，进而对空管运行产生相应的影响。
3.3 数据质量完好性
数据质量完好性是通过ADS-B报文中的完好性质量参数NUC、NACp、SIL、NIC、NACv精度值来衡量的。亚太地区国家认为机载设备DO-260服务标准且NUC为5的ADS-B报文数据符合类雷达服务的数据完好性要求，基于该情况，对ADS-B监视数据的完好性评估是在一段时间间隔完成，从地面站所覆盖空域内的所有飞机的ADS-B报文数据中提取的NUC数据，并计算NUC为5的报文数比例，进而得出ADS-B监视数据的完好性结论。
完好性评估是ADS-B正式投入运行前需要统计的重要工作，以部分地区为例，按照NUC>5的航迹数/总航迹数，可得出完好率，我认为只有完好率在99%以上的地区，可以达到运行标准。NUC<5的数据经常会出现航迹位置抖动、回跳等情况，进而造成系统航迹的位置精确性的下降，故在ADS-B正式应用前，要充分做好ADS-B完好性统计工作。
未来，随着技术发展，可调整与优化NACp、NIC、SIL、NACv参数值，来确保ADS-B的信号精度能够更为准确。虽然ADS-B监视可以提高监视数据的精度、扩大覆盖范围，但是建议ADS-B在正式应用前应建立完善的评估机制，包括卫星完好性检测、数据完好性统计、航空器机载设备统计、覆盖分析等一系列评估流程;同时，部分未加装ADS-B应答机的航空器以及机载应答机长期存在故障的航空器投入运行时，应建立黑名单运行机制，对于不满足ADS-B运行的航空器，应建立必要的运行措施。
参考文献
[1] 李宇宽.关于ADS-B技术在空中交通管制中的应用研究[J].科学大众，2019（2）：53.
[2] 喻之畅.空管自动化系统中ADS-B技术的应用分析[J].中国科技纵横，2019（9）：20-21.
[3] 王子龙.ADS-B監视数据质量分析[D].北京：中国民用航空飞行学院，2018.
[4] 尚德佳.空管多监视数据融合研究[D].西安：西安电子科技大学，2016.
[5] 马义.ADS-B数据和雷达数据融合分析[J].中文科技期刊数据库工程技术，2016（24）：273.
[6] 刘云丰，廖盈庭，刘书博.基于Python的AsterixCat021数据格式解析分析与实现[J].科技与创新，2019，4 （14）：46-47.