ADS—B IN功能在未来民用客机中的应用研究

ADS—B IN功能在未来民用客机中的应用研究
作者：叶军晖朱海杰
来源：《中国科技博览》2018年第01期
[摘要]广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，ADS-B）是下一代交通监视技术。

利用ADS-B IN功能可以增强机组的交通态势感知能力，从而提高飞行效率、提升飞行安全性。

本文介绍了各个ADS-B IN功能的基本原理以及在未来民用客机中的应用前景。

[关键词]ADS-B；空管；民用客机
中图分类号：V355 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）01-0122-02
ADS-B被国际民航组织（ICAO）确定为未来监视技术发展的主要方向，将逐步取代传统的二次雷达监视。

与雷达系统相比，ADS-B系统能够提供更加实时和准确的航空器位置以及飞行状态信息，并且系统的建设和维护费用低、运行寿命长。

在中国民航局航行新技术应用与发展工作委员会于2017年5月召开的第三次会议上决定，中国民航ADS-B监视将于2019年7月1日开始全面运行。

1 ADS-B基本原理
ADS-B是一种基于全球卫星定位系统，利用空空、地空数据链通信完成交通监视和飞行信息传递的一种监视技术，即航空器利用ADS-B发射功能定期发送其自身位置和飞行状态信息，并利用ADS-B接收功能了解周围空域中其他航空器的飞行状态。

ADS-B包含了四层含义：（1）自动（Automatic）：数据传送无需人工干预；（2）相关（Dependent）：航空器的设备决定了数据的可用性，数据发送依赖于机载系统；（3）监视（Surveillance）：提供的状态数据适用于监视的任务；（4）广播（Broadcast）：采用广播方式发送数据，所有用户都可以接收这些数据。

根据飞行信息的发送和接收，ADS-B功能分为ADS-B OUT和ADS-B IN。

2 ADS-B IN功能
ADS-B IN功能是指航空器接收其他航空器发送的ADS-B OUT信息或地面服务设备发送的信息（如TIS-B、ADS-R等），通过显示器（CDTI）向飞行员提供交通态势感知以及辅助冲突避免、冲突探测和冲突决断的能力。

目前ADS-B IN功能包括：
（1）空中情景意识（AIRB）
AIRB功能在平面交通图上显示本机周围空域中的ADS-B交通状况，具体显示了周围每架航空器的位置、航向、高度等信息。

机组还可以通过选择某一航空器图标显示其对应的识别号、地速等附加信息。

交通信息协助机组在空中目视获取外界的交通情况，增强机组的情景意识，从而提高飞行安全性和效率。

（2）进近目视间隔（VSA）
VSA功能建立在AIRB功能基础上，是当前目视进近程序的扩展。

在进近过程中，VSA 协助飞行员目视获取前面的飞机并与其保持间隔。

它允许机组在接近所选目标时选择航空器跟随。

CDTI提供了所选目标的额外信息，包括地速和航程，增强了机组的情景意识。

但CDTI 上的信息不能替代驾驶舱窗外的交通信息，机组必须在使用VSA功能时保持与前方目标飞机的目视接触。

（3）CDTI辅助目视间隔（CAVS）
CAVS功能是VSA的扩展。

在ATC批准目视间隔是用于进近程序。

CAVS要求机组在进近过程中通过窗外目视搜索前方航空器，在发现目标后，机组将比对检查CDTI上的信息以及他们通过目视看到的信息。

一旦在CDTI上识别出前方航空器，驾驶员可以使用CDTI继续进行目视搜索，即使窗外目标已丢失。

因而，CAVS与VSA的主要区别在于当丢失前面飞机的目视信息（例如，夜间在城市的灯光中看不见前面飞机）时，使用CAVS的机组有权根据CDTI提供的前机飞行信息在进近中保持与前机的间隔。

（4）场面情景意识（SURF）
SURF功能将本机位置和周围ADS-B交通信息叠加显示在机场平面地图上。

CDTI显示的机场平面地图还包括机库、滑行道、跑道、航站楼、地面车辆等，提高了机组在滑行、起飞和着陆阶段的情景意识，减少了跑道入侵和碰撞的可能性。

（5）高度层变更程序（ITP）
ITP功能使得在程序空域中想要改变飞行高度的航空器可以更频繁地实现飞行高度的变更，从而提高飞行效率和安全性。

该功能向机组提供周围航空器距离和地速差等信息便于其决定飞机是否满足爬升或下降机动的标准，还可以向机组提供执行ITP机动的可用时间或执行ITP机动前需要等待的时间。

一般情况下，在越洋飞行或在无地面雷达站支持的空域中飞行时需要ITP机动。

ITP功能可分为排队爬升（In-Trail Climb，ITC）、排队下降（In-Trail Descent，ITD）、主导爬升（Leading Climb，LC）、主导下降（Leading Descent，LD）。

ITP功能的优点主要是能在拥挤的程序空域中实现爬升或下降；能节省燃料，降低二氧化碳排放量。

（6）带指示和告警的场面情景意识（SURF IA）
SURF IA功能增强了SURF功能，提升阻止跑道入侵的有效性并减小跑道入侵的有害影响。

为达到这个目标，SURF IA功能在SURF的基础上，增加了跑道占用和跑道入侵的指示和告警。

（7）驾驶舱间隔管理（FIM）
FIM描述了一组支持间隔管理（Interval Management，IM）操作的飞机性能。

IM定义为具有交通流和飞机间隔管理的改进方法。

IM的目标是有效实现和/或保持飞机间的精确间隔。

间隔管理包含地面和机载工具的使用，地面工具协助空管评估空中交通和决定合适的许可来安全有效地融合与间隔飞机，而机载工具使得机组确认IM许可。

3 ADS-B IN功能在未来民用客机上的应用
随着航空运输业的蓬勃发展，航空业的未来发展方向将是创新、低噪、清洁和可持续性，航空公司的也将努力为旅客提供更加安全、正点、经济、舒适的乘坐体验。

使用ADS-B IN功能可以提高飞行效率，减少实际飞行时间和相关的延误，进而减少二氧化碳排放和燃油消耗，实现行业和航空公司的预期目标。

2017年4月底，吉祥航空的三架飞机在上海浦东国际机场进行了VSA功能的演示飞行。

通过此次飞行，航空公司体会到了VSA功能带来的优势：
（1）提供准确的周围飞机位置和方向，增强机组的位置感知和空中交通情景意识，提升了飞行安全性；
（2）提供可与ATC指令相关联的周围飞机识别号，容易掌握周围交通情况；
（3）提供周围飞机的地速，可以对前方飞机突然减速提前做出机动，协助机组保持与前方飞机的目视间隔；
（4）可以获取前方飞机的尾流等级；
（5）减少无线电通讯；
（6）提供双目执行率，提高落地运行效率。

VSA功能的演示飞行向民航局和航空公司展现了ADS-B IN功能在提高飞行效率、减少航班延误方面的巨大作用，该功能的实施能为航空公司带来可观的经济效益。

4 结语
目前各方正在积极探索ADS-B IN功能的实施和论证实施ADS-B IN功能带来的经济效益。

关于各项ADS-B IN功能的规范、条款和适航验证方法也在逐步出台和完善之中，未来民用客机上具备更多更新ADS-B IN功能，使管制方、航空公司和旅客都能从中获益。

参考文献
[1] ARINC 660B. CNS/ATM AVIONICS ARCHITECTURES SUPPORTING
NEXTGEN/SESAR CONCEPTS [Z].2014.
[2] CAAC.IB-FS-2008-002，广播式自动相关监视（ADS-B）在飞行中的应用[Z].2008.
[3] 中国民用航空局.中国民用航空ADS-B实施规划[Z].2015-12.
作者简介
叶军晖（1980-），男，高级工程师，主要从事航电系统设计工作。