浅析通用航空的监视保障服务

浅析通用航空的监视保障服务

丁宁

摘要：中国民航一直致力于空域监视设备的建设，确保监视及时准确。低空空域中通用航空的运行也需要适当的监视，才能保证其正常、有序、安全的运行。分析讨论二次雷达(SSR)监视系统和自动相关监视(ADS)。对我国通用航空监视系统的建设提出建议。

关键词：通用航空；航空电信网（ATN）；广播式自动相关监视(ADS-B)；空管雷达信标系统（ATCRBS）

引言：以往的ATC系统对低空空域上运行的飞机位置的监视主要是借助于机载二次雷达系统应答机的语音通话，以及飞行员的位置报告来实行程序管制，常常会发生空地通讯错码、飞机位置不够精确、以及ATC无线电通信频率拥挤等显现。以及由于低空空域航空器飞行高度较低，甚至超出了雷达的探测能了范围，以及受地形地势的影响，低空航空器在雷达屏幕上时隐时现，不能稳定显示，严重影响低空空域航空活动的安全运行。因此，建设自动相关监视系统尤其重要，特别是直接对低空通用航空十分实用的广播式自动相关监视（ADS-B）的建设。

一雷达监视系统

目前，中国民航中广泛使用的雷达监视设备是二次雷达监视系统，二次雷达也叫做空管雷达信标系统（ATCRBS）。它最初是在空战中为了使雷达分辨出敌我双方的飞机而发展的敌我识别系统，当把这个系统的基本原理和部件经过发展后用于民航的空中交通管制后，就成了二次雷达系统。

管制员从二次雷达上很容易知道飞机的编号、高度、方向等参数，使雷达由监视工具变为空管手段，二次雷达的出现是空中交通管制的最重大的技术进展，二次雷达和一次雷达一起工作，它的主天线安装在一次雷达的上方，和一次雷达同步旋转。

二次雷达发射的脉冲式成对的，它的发射频率是1030MHz，接收频率是1090MHz，发射脉冲由P1、P2、P3脉冲组成，P1、P2脉冲间隔恒为2微秒，P1、P3脉冲间隔决定了二次雷达的模式。目前民航使用的是两种模式，一种间隔为8微秒，称为A模式又称为3/A模式（识别码）；另一种间隔21微秒，称为C模式（高度码）。接收脉冲由16个脉冲位组成，包含目标的高度，应答机编码等内容。

二次雷达系统的另一重要组成部分是飞机上装有应答机，应答机在接受到相应的信号后发出不同形式编码信号的无线电收发机，应答机在接收到地面二次雷达发出的询问信号后，进行相应回答。这些信号被地面的二次雷达天线接收，经过译码，就在一次雷达屏幕出现的显示这架飞机的亮点旁边显示出飞机的识别号码和高度，管制员就会很容易地了解飞机的位置和代码。为了使管制员在询问飞机的初期就能很快地把屏幕上的光点和所对应的飞机联系起来，机上应答机还具有识别功能，驾驶员在管制员要求时可以按下“识别”键，这时应答机发出一个特别位置识别脉冲（SPI），这个脉冲使地面站屏幕上的亮点变宽，以区别于屏幕上的其他亮点。

传统的二次监视雷达已广泛应用于空中交通管制。但是随着空中飞行流量的不断增加，二次雷达系统所存在的缺陷也越来越明显。主要不足的表现有：多个目标同时应答时，会造成相互干扰；系统仅提供飞机代号和高度信息，不能满足高性能自动化空管系统的要求。于是S模式二次雷达因此产生了，它和传统A/C模式二次雷达的主要区别在于具有寻址询问功能。S模式二次雷达的主要优点有：

1)有选择询问，防止信号范围内的所有飞机同时应答所引起的系统饱和、混淆发生；

2)一机一码，防止询问信号串扰其他飞机；

3)为ATC服务提供数据链功能，为VHF话音通信提供备份；

4)实现对飞机状态的跟踪监视；

5)使用单脉冲技术有效地改善了角度分辨能力，提高了方位数据的精度。

在我国，哈尔滨-沈阳-太原-西安-成都-昆明连线以东的空中交通繁忙地区已经达到雷达监视的全部覆盖了，在这条连线以西的主要航路和航线上也达到了雷达覆盖，雷达监视系统正在二十四小时不间断的监视着我国空域上的每一个航空活动，为他们提供高度，间隔等空中交通管制服务。

在低空空域中，由于高度低有些超低空飞行的航空器很难被雷达监视到，也就是前文中分析到的雷达“看不到”，此时就需要自动相关监视（ADS）的帮助了。自动相关监视不仅为中高空航空器提供各种服务同时也它为低空空域航空器的“自由飞行”概念所服务。

二自动相关监视

在国际民航新的通信、导航、监视和空中交通管理（CNS/ATM）方案中,其新的监视系统主要是指通过实施自动相关监（ADS）视功能来实现对飞机的监视和指挥。自动相关监视技术，是基于卫星定位和地/空数据链通信的航空器运行监视技术。它是一项空中交通管制应用,因此,自动相关监视的实施,是以ADS为基础的系统,即具有相应的自动化设备和通信设备并依靠不断刷新的信息来提供监视的空中交通管制系统。在低空空域保障设施中ADS设施尤其重要，有助于实现低空空域上的“自由飞行”，增强通用航空器的自主监视能力，保障其自身飞行安全[1]。

目前，在低空空域运行中被欧美国家广泛采用广播式自动相关监视（ADS-B）。在ADS概念下衍生的ADS-B“广播式自动相关监视”技术，不仅成功应用于无雷达地区的远程航空器运行监视，而且与传统雷达监视技术相比，ADS-B技术具有使用成本低、精度误差小、监视能力强等明显优势，对于高密度飞行区域的空中交通服务也有着广泛的应用前景。世界各国普遍加快对ADS-B技术的研究和推广应用。

在美国，通用航空安全设施的不完整和飞行过程的非管制状态，航空器间的安全间隔控制主要依靠飞行员“看到——避让”（See&Avoid）的主观决策，客观上存在很大的风险。采取有效措施改进通用航空器的空中告警和避撞性能，这是航空管理当局关注的焦点问题之一。美国人发现，运用ADS-B技术，可以扩大飞行员空中的“视野”，只要对现通用航空飞机的机载设备稍加改装，就可以有效增强它们的避撞性能。因此美国首先在通用航空领域推广ADS-B技术应用，并且重点解决飞行终端区的空-空协同避撞问题[2]。

ADS-B具有如下的特色：

1)实施空对空相互监视为主，成为驾驶员延伸了视程的“见到后避让”能力的重要手段。因而能提高驾驶员对空中交通的觉察能力，提高对安全间隔的自保持能力，有利于冲突检测和冲突解脱，取代了空中交通避撞系统的功能，有助于空中交通管制过渡到空中/地面避撞责任的分担和向自由航路、自由飞行发展。

2)提高飞机站位保持效率，允许缩减飞行间隔标准。在航路上允许实施尾随间隔保持、尾随爬升/下降；在终端区低能见度情况下允许实施对跑道目视进近、允许在仪表着陆系统(ILS)引导下向平行跑道进近时，双跑道平行间隔可以从4300英尺缩减为2500英尺，且不需特别的精密跑道监视雷达(PRM)；也支持起飞/离场间隔的机上监视。

3)改善了空中交通监视源。主要地能够实现空对空监视(从机上了解空中交通)，也能起到交通避撞系统(TCAS)的作用；当地面上装备了ADS-B接收设备处理和显示设备后也能实现地对空监视(从地面了解空中交通)也能起到监视雷达的作用；当场面活动车辆上装备了ADS-B收发机后，在终端区的飞机也能实现空对地监视(机上了解跑道附近和场面交通)能检测到跑道和滑行道被其他飞机或车辆入侵占位情况。

4)提高了决策支持工具的性能(不论地面或飞机上的决策支持工具)，对驾驶员的自动化飞行运行和管制员的监视/管制都极为有利。

在自动相关监视技术的应用方面，中国民航的起步并不晚。1998年，中国民航为了探索新航行系统发展之路，促进西部地区航空运输发展，在国际民航组织新航行系统发展规划指导下，抓住中国西部地区开辟欧亚新航路的战略机遇，启动了第一条基于ADS技术的新航行系统航路（L888航路）建设。L888航路装备了FANS1/A定义的ADS-C监视工作站，并在北京建立了网管数据中心。2000年，新系统完成了评估和测试并投入运行。新系统建成是我国发展新航行系统重要的里程碑，它使L888航路具备了提供自动相关监视空管服务能力。同时，由于网管数据中心兼有“飞机通信寻址报告系统”（ACARS）的信息处理能力，系统可以利用分布在全国大部分地区的“遥控地面站”（RGS），或通过国际通信卫星截获"飞机通信寻址报告"数据，实现陆地区域和越洋航路的航迹跟踪[11]。虽然这种跟踪能力尚不能满足高密度飞行航路空管监视的要求，但已经具备在航路上提供“管制员/飞行员数据链通信”（CPDLC）的业务能力，也能为航空公司提供运行管理所需的航迹信息。中国民航的主要空管设施已经具备了ADS监视能力[3]。

三建设通用航空监视系统的建议

在未来，我国低空空域的监视系统建设中，应当主要主要是通过实施自动相关监视功能来实现对飞机的监视和指挥，它既可通过卫星通信(在陆基雷达系统薄弱地区)，也可将ADS报告信息集成到地面雷达系统，使管制员和飞行员之间直接实现双向数据通信，即ADS—ATC系统依靠不断刷新的ADS信息来提供飞行监视的空管系统。ADS—ATC系统的实施将改进空管部门与飞机、航空公司之间的信息处理和交换，为管制员提供飞机的准确的位置信息及空地通信，从而提高实时监视能力，使飞机和航空公司在飞行各阶段从飞行最佳航线中得到效益，也使空域在合理的飞行调配下不断增加飞行容量。

中国民航在发展新航行系统和改进空中交通监视技术方面开展了建设性的活动，取得了可喜的成果，但总体上没有突破ADS-C的技术框架。因此，对解决空中交通管理的突出问题，改善安全与效率，效果并不是很明显。随着ADS-B技术的逐步成熟，中国民航应当加快国内ADS-B的建设，为低空空域运行提供更为有力的保障。

我国民航在ADS-B的实用技术研究、机载设备配备、地面系统建设、飞行和管制人员的操作技能培训等多方面，都还缺乏现实可行的规划安排。在崇尚科学发展观的今天，我们应当反思我们在规划思路，突破旧有观念，探索跨越式发展的新模式。当前，处于成长期的中国民航通用航空业，机队规模在扩大，机型在更新，空管设施面临进一步改造和完善，我国应当加速ADS-B技术发展和应用。促进空管部门对低空空域运行的提供良好的保障。同时也低空空域保障设备的进步和发展也能够促进中国民航通用航空的发展，为通用航空的发展提供更广阔的天空。

此外，低空空域通用航空具有额外要求的航空气象，飞行情报服务可以通过现有的地\空数据链获取相关情报，同时通过以上飞行保障设施的建设发展将得到有效的加强，如航空电信网（ATN），广播式自动相关监视(ADS-B)的建设发展。

参考文献

[1]秦智：全球卫星导航系统(GNSS)实施讨论和建议，中国民用航空，2008年第9期

[2]王鲁杰：ADS-B在美国,民航资料库。

http://wiki.carnoc.com/wiki/ADS-B%E5%9C%A8%E7%BE%8E%E5%9B%BD/index.html，2007年11月

[3]康楠：美国飞行服务站简介，空中交通管理，2006年第3期