自动相关监视系统

自动相关监视系统（精选五篇）

自动相关监视系统 篇1

关键词：ADS,自动相关监视系统,极地航路

统在极地航路中的应用、存在的问题及未来发展前景。

ADS自动相关监视技术是一种全新的对飞机管制指挥的监控模式, 应用现代先进的全球卫星通信网, 与装有相关机载设备的飞机实现数字式数据交换和对话, 从而代替传统的雷达监视模式。在航路宽度、占用高度的划定以及对飞机的安全间隔保障上等都有特殊规定, 在管制方法上成功地实现了一次突破。

1 自动相关监视 (ADS) 和管制员—飞行员数据链通信 (CPDLC) 基本工作原理

自动相关监视 (ADS——Automatic

Dependent Surveillance) 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, 是装备FANS系统的飞机, 使用机载卫星定位接受机接受全球卫星定位系统 (GPS) 卫星发射的定位信息, 经计算得到飞机当前的位置坐标 (经度、纬度和高度) 、速度和飞行姿态等信息。这些信息传输到飞行管理系统 (FMS) 供自动驾驶仪、飞机控制显示系统使用;对于装备FANS系统的飞机, 飞行管理系统将飞机的位置信息、速度信息和飞行动态预计信息以报文的形式通过地空数据通信链路 (卫星数据链、VHF/HF数据链) 传输给地面的管制工作站系统——自动相关监视 (ADS) 工作站系统。地面ADS工作站系统根据收到的报文中信息, 将飞机的位置、速度、飞行意图等飞行动态信息以图像的方式显示在屏幕上, 供管制员监视飞机的飞行动态。

对于通信联络, 机载FANS系统和地面ADS工作站配合, 可提供以文字方式进行的数据链通信手段。对于地面管制员, 可以使用ADS工作站提供的专用的人机界面编辑发给飞行员的管制指令和信息, 通过地空数据通信链路发送给机载FANS系统, 供飞行员查阅、执行并答复;同时, 管制员可接收飞行员使用FANS系统编辑、通过数据通信链路下发的报文信息。这种类似于电子邮件方式的管制员和飞行员之间的通信方式称为管制员—飞行员数据链通信 (CPDLC—Controller Pilot Data Link Communication) 。

2 ADS系统在极地航路中的应用

从1996年开始, 国际航空运输协会协调财政、技术等问题, 共同开辟了4条跨越北极地区上空连接北美和亚洲的新航路, 即极地航路。传统的中美跨太平洋航路是按一定弧度围绕地球的同纬度飞行, 而极地航路则是沿经线的竖直方向飞行。极地航路的开通缩短了远程航线距离 (主要是北美地区) , 减少空中飞行时间, 提高航空公司的经济效益, 同时大大缓解东亚地区飞往北美及欧洲地区的航路拥挤问题, 为中国民航跨洲飞行多提供了一条选择通道。“极地-4”是经我国境内开通的第二条极地航路, 由黑河进入我国, 飞过哈尔滨上空后, 加入到国内航路。该航路比飞越太平洋上空可节省飞行时间两小时。

由于目前哈尔滨管制区域仅有一部雷达, 且安装位置距离国境点较远, 因此“极地-4”在SIMLI点周围165公里范围存在雷达盲区, 管制员只能进行程序管制, 虽然VHF地面站可与飞机进行联系, 但传统的程序管制在安全方面并不能提供足够的保证, 而建立ADS系统航路正好弥补了不足, 既提高了飞行的安全性又提高了空域的利用率, 并且在小投入的前提下直接进入新航行系统, 避免了重复建设。因此“极地-4”航路成为继西部航路 (L888航路) 后, 中国开通的第二条ADS系统航路。

执行极地航路飞行任务的航班进入盲区后, 地面管制部门通过ADS系统工作站监视飞机的飞行动态并保持与飞机的通信联络, 采用自动相关监视 (ADS) 和飞行员—管制员数据链通信 (CPDLC) 等技术提供空中交通服务。

3 ADS系统在极地航路应用中存在的问题

ADS系统的的使用弥补了雷达作用距离的不足, 为空中交通管制服务提供了双重保障, 但在实际工作中也遇到了一些问题。

3.1 技术体制制约系统的应用

目前现有的ADS技术体制中, ADS信息的使用是契约制的。飞机在收到地面发送的上行申请报文后发送ADS下行报文, 将用户约定的报告内容通过地/空数据链和地面传输网送达用户端。当空管或航空公司签派等地面用户要获得所需的ADS报告, 必须逐架飞机、逐条航路 (或航段) 约定报告信息, 同时还必须与经营传输业务的运营商定制信息传输服务。按照SITA格式电报计量的通信费用特别昂贵。因此在这种技术体制下, 虽然基于ADS监视技术的空中交通服务和航空公司运行管理都能够实现, 但高额的运行成本却让空管和航空公司等用户望而却步。

3.2 数据处理时间较大, 影响信号同步性及实

时性

对于空中交通管制服务来说, 信号的实时性和同步性非常重要。ADS工作站系统地空通信传输时间与机上信息处理时间较长, 飞机向地面发送报文需用时45-60秒, FANS-1系统机上信息处理至少需用时64秒, 造成通信滞后, 影响信号的实时性及同步性, 无法满足高密度航路及终端与进近阶段要求, 仅能用于低密度航路, 系统局限性较大;

3.3 时间与坐标基准要求严格

ADS系统要求使用相同的基准:基于GNSS (欧洲全球卫星导航系统) 的时间, WGS84坐标系统 (世界大地坐标系统) , 否则精度变差。

3.4 对机载设备要求较高

ADS系统仅对装有相应机载电子设备的飞机提供空中交通管理服务。而目前装有此设备的航空器仅占少数, 在安装的过渡期内, 机载设备混乱。

4 ADS系统在极地航路应用的前景展望

目前, “极地-4”航路与西部航路装备的是FANS1/A定义的ADS-C监视工作站, 能有效地改善空域容量, 但不能取代SSR;可用于战略冲突检测;在洋区可取代飞行员的话音位置报告;ADS管制不能用于终端和进近阶段, 这主要是由于ADS系统不能满足快速位置更新, 实时通信技术的要求。

而遵循“空地一体化”和“全球可互用”指导原则发展起来的“广播式自动相关监视 (ADS-B) ”技术较原有的ADS-C技术, 在通信制式、数据链容量与传输技术等方面实现了技术突破, 已经完全有能力适应高密度飞行监视需求, 并且将此技术应用于机场地面活动区, 还可以较低成本实现航空器的场面活动监视。ADS-B技术发展在澳大利亚与美国已进入实用阶段。相信在不远的将来, 成本更低、效率更高、用途更广的新航行监视技术必将取代传统的雷达监视技术。

自动相关监视系统 篇2

为实现这一总体目标, 必须有效提高搜救成功率, 其方法有两种:

一是增加搜救队伍的数量, 二是提高搜救行动的准确性, 两种方法相辅相成。

数据的表明, 提高搜救行动的准确性较增大援救力量的投入更有利于搜救成功率的提高。

而以往的搜救行动主要依据搜救系统接收到的遇险船舶/航空器ELT信息 (应急定位发射机) 来进行搜寻区域和搜寻方法的选择, 搜寻任务往往多采用拉网式搜索, 行动存在一定程度的盲目性, 这一现状已经无法适应我国搜救的总体发展趋势。

随着ADS-B系统的普遍应用, 研发基于上述系统的机载海上搜救系统以实现快速、准确救援这一目标具有重要意义。

这种系统以ADS-B精准的交通情报、飞行状态为基础, 结合北斗卫星导航系统的短报文通讯、AIS (船舶识别系统) 的海域态势监控及其他救生信息等多种手段, 不但能够将落水人员、遇险船舶和飞机的求救信息和状态信息及时、准确的传送给搜救飞机, 而且更能得到事故周边海域和空域的交通状况信息, 从而彻底改变之前拉网式搜救的传统方法, 实现即时准确定位, 有效组织搜救力量, 大大的缩短搜救时间, 提高遇难者的生还率, 节约时间、人力与物力, 为快速施救提供可靠的保证。

1 ADS-B的技术原理

ADS-B是利用空地、空空数据通信来完成交通监视和信息传递的一种新航行技术, 实现了航空器或者在航行区运行的船舶定期发送其状态向量和其他信息的功能, 是一个集通信与监视于一体的信息系统。

图1为ADS-B的工作原理示意图, 机载ADS-B通信设备可广播发出来自机载信息处理单元收集到的导航信息, 并可将接收的其他航空器和地面广播信息经过处理送给CDTI (驾驶舱交通信息显示器) 。

CDTI根据收集的其他航空器和地面的ADS-B信息、机载雷达信息、导航信息给飞行员提供飞机周围的态势信息和其他附加信息。

ADS-B技术包括ADS-BOUT和ADS-BIN两种应用。

ADS-BOUT是指航空器以一定的周期向周围发射其位置信息及其他信息, 地面管制中心或邻近飞行器通过接收机载设备发送的ADS-BOUT信息, 监视空中、陆地、海上的交通状况, 起到类似雷达的作用。

ADS-BIN则为航空器提供相关的交通信息, 传送天气、地形、空域限制等飞行信息, 使机组更加清晰的了解周边的交通情况, 提高情景意识, 并可用于地面管制中心的运行监控和管理:

1) 航空器接收其他航空器发送的导航信息等, 与本机的经度、纬度、速度、时间、高度等导航信息作对比和相对位置解算, 形成ADS-B报文后送CDTI做进一步处理, 为机组提供运行支持。

2) 航空器接收地面站发送的空中交通情报服务广播TIS-B和飞行信息服务广播FIS-B。

3) TIS-B是ADS-B地面设备通过接收来自地面二次雷达的信号, 通过分析处理, 将没有安装ADS-B设备的航空器的位置等相关信息集成和过滤后, 通过广播式地空数据链向空中广播至空中的ADS-B航空器。

TIS-B的应用可以使ADS-B不同数据链类型的用户获得周边的空域运行信息, 从而做到间接的相互监控。

4) FIS-B是ADS-B地面设备向航空器传送的包含天气信息、航行情报的报文。

FIS-B的应用可使机组及时了解航路气象状况、机场终端区域预报、特殊使用空域信息、空勤通知及其他信息等, 为更加灵活而安全的飞行提供保障。

2 ADS-B在海上搜救系统中的应用

2.1 功能组成

机载海上搜救系统主要包括ADS-B分机、北斗搜救分机、AIS分机、综合处理分机、综合显控终端, 主要实现以下功能:

1) 多种求救信息响应, 包括落水人员、遇险船只、失事飞机和需要补给的岛屿;

2) 掌握事故海域和空域的交通态势;

3) 实时对遇险船只、飞机和人员进行定位;

4) 组织搜救与协同搜救;

5) 综合显示功能。

综合处理分机是机载海上搜救系统的处理中心, 它负责融合处理ADS-B分机、北斗搜救分机、的信息数据, 一方面完成求救信息的处理;另一方面完成事故附近海域和空域的监视信息的处理;同时将融合后的信息上报供决策系统制定有效救援策略, 形成清晰、直观的背景地图指挥救援船舶或飞机实施智能搜救行动。

2.2 工作原理

机载海上搜救系统作为海上搜救的核心, 以ADS-B分机、北斗搜救分机、AIS分机作为通信链路, 接收周围空域和海域 (包括遇险人员、船舶和飞机) 的求救信息和交通信息, 经过综合处理分机进行数据融合及信息处理, 发出接警响应, 并利用综合显控终端显示事故实时位置信息以及遇险海域周边救援飞机、船舶的实时交通态势情报, 实现对搜救行动的智能导航, 有利于高效、快速的完成水上搜救行动, 如图2所示海上搜救示意图。

其中, ADS-B的主要信息包括飞机的4维位置信息 (经度、纬度、高度和时间) 和其它可能附加信息 (冲突告警信息、飞行员输入信息、航迹角、航线拐点等信息) 以及飞机的识别信息和类别信息。

此外, 还可能包括一些别的附加信息, 如航向、空速、风速、风向和飞机外界温度等。

这些信息可以由以下航空电子设备得到:

1) 北斗搜救系统/全球卫星导航系统;

2) 惯性导航系统;

3) 惯性参考系统;

4) 飞行管理系统;

5) 其它机载传感器, 如大气数据系统。

ADS-B分机通过ADS-BOUT功能和ADS-B IN功能实现空空、地空数据通讯和交通监控。

1) ADS-BOUT能够对外广播飞机的位置、速度、呼号、告警等状态信息, 救援船舶和飞机能获取搜救中心的实时位置和速度信息, 为联合协同搜救提供保障;同时失事飞机也能获取搜救系统广播的ADS-B报文, 了解实时的搜救进展情况。

2) ADS-BIN可以接收失事飞机和船舶的求救信息, 也可接收事故海域附近正常船舶和飞机的ADS-B报文信息, 从接收的信息中获得飞机的位置、速度、呼号、告警等状态和识别信息, 通过融合处理在显控终端显示遇险飞机、岛屿的位置和状态信息以及事故海域附近正常飞机、船舶的位置和态势信息。

系统调度就近海域的正常飞机和船舶等搜救力量立刻投入到救援工作中, 节约救援时间, 提高救援效率。

2.3 系统优点

基于ADS-B的机载海上搜救系统可接收周围空域和海域飞机、船舶广播的ADS-B报文, 从中解析出目标的四维位置、速度、呼号、求救等信息, 快速、精准的获取遇险目标的位置信息、事故海域的海况信息以及事故海域附近救援飞机、船舶的实时交通态势。

具有以下特点:

1) 监视容量大:

最大监视容量不低于600个。

2) 监视精度高:

位置精度典型值优于15m, ADS-B的定位精度依赖于北斗BD的定位精度, 目前BD的定位精度已经达到了10米的量级。

3) 数据更新率快:

ADS-B数据更新率为1~2Hz, 优于传统监视方式。

4) 监视信息丰富:

ADS-B可以获得目标的四维位置、速度、呼号、飞行器类型、求救信息、飞行意图等多种数据。

5) 监视范围广:

在非雷达环境条件下, 如海洋、沙漠、高原等地区, ADS-B通过跨区域跨数据链通信提供有效的、近似雷达监视的手段。

6) 搜救智能化:

通过改进四维导航能力和增加位置报告率, 提供飞机精确的四维位置, 通过测算搜救半径从而选择最优搜救路径, 可灵活指挥搜救船舶和飞机, 避免了盲目搜索。

7) 通讯自动化:

由ADS-B设备自动发送位置报告, 减少陆空通话次数, 减轻飞行人员和地面管制人员的工作负担。

3 总结

基于ADS-B的机载海上搜救系统可使指挥中心、搜救队伍、遇险人员/船舶/飞机能及时的了解救援进展情况, 并且:由于救援目标位置信息及时传达, 救援船只或飞机有明确的施救目标, 避免了盲目搜索, 可节约大量燃油和时间;扁平化的通信直达模式, 简化了中间环节, 可节省大量管理成本和沟通成本, 有效改善事故救援的效率与质量;通过协同事故周边海域或空域的船只或飞机救援可大大提升救援速度, 及时营救落水人员和财产, 节约时间延误造成的医疗康复成本。

总之, ADS-B具有监视容量大、监视精度高、数据更新快、监视信息丰富、监视范围广等优点, 在机载海上搜救系统中集成ADS-B功能有助于对海难事故的搜救任务的快速执行。

摘要：针对传统的搜救方法已无法满足当前水上安全保障体系对海上险情实施高效、快速救助的总目标, 从ADS-B工作原理、技术应用、系统优点等方面综合分析了广播式自动相关监视在海上搜救系统中工作特点及其在定位精度、数据更新率和覆盖范围等方面的优势, 论证了其在提高海上的搜救效率方面的重要意义。

关键词：海上搜救,广播式自动相关监视,驾驶舱交通信息显示

参考文献

[1]袁远, 朱丽军.广播式自动相关监视在低空空域开放中的发展与应用[J].航空航天科技创新与长三角经济转型发展论坛论文集, 2012.

[2]李云飞.广播式自动相关监视系统在民航空管系统中的应用[J].物联网技术, 2011.

浅析广播式自动相关监视技术的应用 篇3

广播式自动相关监视ADS-B是Automatic Dependen Surveillance-Broadcast的缩写, 它代表的基本含义为:A-自动 (Automatic) :不需要人工的操作, 不需要地面的询问;D-相关 (Dependent) :信息全部基于机载数据, 由飞机提供准确的速度、位置等信息;S-监视 (Surveillance) :提供位置和其他用于监视的数据;B-广播式。ADS-B是一项基于GNSS卫星定位和地/空数据链通信的航空器运行监视技术, 飞机以广播方式向全空域发送自身的位置报告。由于是飞机自主性、周期性的广播信息报告, 可监视所有具备相应机载设备的目标, 真正实现空天地一体化协同监视。它依靠空中飞行的每一架飞机自动广播自身位置信息, 并接收附近其他飞机的位置报告, 可以了解周围空域的飞行态势, 使驾驶员无需依赖地面雷达监视和管制, 自主维护空中交通秩序, 为自由飞行提供了可能。区别于ADS-B的工作方式, 还有一种自动相关监视技术是ADS-C, 也就是寻址式/契约式自动相关监视, 通过点对点寻址至签署了数据接收合同的地面站, 是端对端通信。

ADS-B的优点体现为:在场面监视上, 与场监雷达可以进行协同配合, 改进飞行员态势感知, 增强场面交通控制管理, 降低潜在的机场入侵、地面相撞;在空空监视上, 改进了飞机间的飞行间隔, 实现了看得见的避让, 增强了航路空空操作;在地空监视上, 可覆盖无雷达区域 (改进的分离间隔) , 实现增强的专用VFR运行。

ADS-B适合于海洋、山区、荒漠、边远机场等不宜建设雷达的区域, 具有维护费用低、使用寿命长、增大空域容量的优点。与雷达相比, ADS-B具有数据更新率快、高度精度和位置精度高、速度矢量全和覆盖范围广等特点, 是新航行系统中重要的组成部分, 是未来空管监视技术发展的主要方向之一。

2 ADS-B系统组成

ADS-B设备由地面设备和机载设备组成, 以网状、多点对多点方式完成视距范围的数据双向通信。地面设备包括地面接收机、天线、数据服务器、显示单元、附属网络和通信设备。机载设备包括GPS接收处理单元、ADS-B收发信机、监视信息处理系统、机舱综合信息显示系统CDTI等。机载设备以GNSS/GPS进行实时定位后, 可以以1秒的间隔广播式发出来自机载信息处理单元收集到的导航信息, 接收其他飞机和地面的广播信息后经过处理送给CDTI。CDTI根据收集的其他飞机和地面的ADS-B信息、机载雷达信息和导航信息后给飞行员提供飞机周围的态势信息和其他附加信息 (例如冲突告警信息, 气象信息等) 。

ADS-B系统是一个集通信与监视与一体的信息系统, 它由信息源、信息传输通道和信息处理与显示3部分组成。信息源主要有全球卫星导航系统 (GNSS) 、惯性导航系统 (INS) 、惯性参考系统 (IRS) 、飞行管理器、其他机载传感器, 如大气数据系统, 可以获得飞机识别码、飞机4维位置信息、航行意图、飞行速度、气象信息、交通信息等。ADS-B的信息传输通道以ADS-B报文形式, 通过空-空、空-地数据链广播式传播。ADS-B的信息处理与显示主要包括信息的提取、处理及有效算法, 进行飞机位置信息的估计、跟踪、报告以及其他辅助信息的获取预处理, 形成清晰、直观的背景地图和航迹、交通态势分布、参数窗口以及报文窗口等, 在地面站以伪雷达的画面提供给管制员, 在飞机上由CDTI等提供给飞行员。

3 ADS-B数据链技术

由于ADS-B数据链要求信道容量大、传输速率快和具有广播模式, 目前有3种数据链路可供ADS-B选择使用:Mode S1090MHz ES;通用访问收发机UAT (Universal Access Transceiver) ;模式4甚高频数据链VDL-4。典型应用有:美国商用航空采用1090ES;通用航空采用UAT;欧洲采用VDL-4。

1090ES, UAT和VDL-4三种数据链互不兼容。比较3种通信链路模式, 1090ES最易实现, 因为它是由空中防相撞系统TCAS改良而来, 仅需升级机载S模式应答机软件和加装GPS全球定位系统连线即可。而UAT和VDL-4模式需要飞机加装新设备, 代价较大。在抗干扰性能上, 1090ES和二次雷达都使用1090MHz频段, 易造成两者的同频干扰;VDL-4则对目前的VHF甚高频语音通信造成极大的干扰;UAT专门为ADS-B设计, 不存在频段干扰现象, 只是与测距机产生轻微的干扰现象。在通信容量和空-空监视范围上, UAT模式均优于其余两种方式。尤其是在适用RTCA标准方面, 适用所有RTCA ADS-B最低航空系统性能标准上, UAT是唯一符合要求的数据链配置, 且UAT支持TIS-B和FIS-B服务, 所以, 使用UAT数据链技术的空-空ADS-B性能总体优于1090ES和VDL-4数据链技术。

目前, 只有ADS-B 1090ES技术是被多方接受的标准, 1090ES数据链目前在TCAS, SSR等领域得到了广泛的应用, 技术比较成熟, 但是现有的S模式地面设备基本不具备上行数据传送能力。UAT并没有形成国际标准, 仅在美国境内允许使用, ADS-B VDL-4因为频率干扰等问题, 虽然已形成国际标准, 却未能有效推广, 只在欧洲少数国家和地区进行试验。

虽然3种数据链应用上都有着各自的优势和用户群, 但数据融合和信息共通是空中交通管理的趋势, 在现有的状态下, 未安装ADS-B的飞机上应优先考虑安装UAT, 同时由ICAO组织协调建立不同技术兼容的国际标准, 融合多数据链技术, 用以配合雷达监视系统, 提供更安全、可靠的监视技术支持。

4 ADS-B技术的应用

ADS-B可实现飞行信息的真正共享, 实现空天地自主式协同管理, 是新航行系统中非常重要的通信和监视技术, 它在防撞、洋区监视、无雷达环境的ATC、协同合作判断、持续可视的跑道容量、停机坪管理、避免跑道侵入、提高飞行员的环境意识等方面都有很强的使用价值。

相对于飞机的信息传递方向不同, 机载ADS-B应用功能可分为发送 (OUT) 和接收 (IN) 2类。

4.1 ADS-B OUT应用

ADS-B OUT是指航空器的机载发射机以一定的周期发送航空器的各种信息, 包括:航空器识别信息 (ID) 、位置、高度、速度、方向和爬升率等。地面系统通过接收机载设备发送的ADS-B OUT信息, 监视空中交通状况。主要包含5个方面的地面监视应用:航路监视 (ADS-B-ACC) ;终端区监视 (ADS-B-TMA) ;无雷达覆盖区监视 (ADS-B-NRA) ;机场场面监视 (ADS-B-APT) ;为其他地面设备提供飞机数据 (ADS-B-ADD) 。

4.2 ADS-B IN应用

航空器通过ADS-B IN接收其他航空器发送的ADS-B OUT信息或者地面服务设备发送的信息, 为机组运行提供支持。ADS-B IN可以使机组在机舱综合信息显示系统CDTI上“看到其他”航空器的运行状况, 从而提高机组的空中交通情景意识。主要包含7个方面的空-空监视应用 (空中交通状况咨询ATSAW) :全天候增强型咨询 (ATSA-AIRB) ;增强的连续目视进近 (ATSA-SVA) ;洋区尾随飞行程序 (ASPA-ITP) ;增强型机场场面交通状况咨询 (ATSA-SURF) ;增强的目视“看到-避让” (ATSA-S&A) ;增强的排队和汇聚 (ASPA-S&M) ;增强的交叉和穿越飞行 (ASPA-C&P) 。

地面站也可以向航空器发送信息, 是ADS-B的扩展功能, 具体分为2类:空中交通信息服务广播 (Traffic Information Service Broadcast, TIS-B) , 是将没有安装ADS-B设备的飞机的位置等相关信息通过广播式地空数据链向空中广播, 并进行数据转换和融合;飞行情报信息服务广播 (Flight Information Services-Broadcast, FIS-B) , 主要是广播发送气象信息和飞行情报信息。

TIS-B是一种地面基站的上行数据链服务。ADS-B地面站接收航空器发送的ADS-B位置报文, 将这些数据传递给监视数据处理系统 (Surveillance data processing system, 简称SDPS) 。同时, SDPS也接收雷达和其他监视设备的数据, SDPS将这些数据融合为统一的目标位置信息, 并发送至TIS-B服务器。TIS-B服务器将信息集成和过滤后, 生成空中交通监视全景信息, 再通过ADS-B地面站发送给航空器。这样机组就可以获得全面而清晰的空中交通信息。TIS-B的应用可以使ADS-B不同数据链类型的用户获得周边的空域运行信息, 从而做到间接互相可见。

FIS-B是地面向空中广播飞行情报服务, ADS-B地面站向航空器传送气象、航行情报等信息。这些信息可以是文本数据, 也可以是图像数据。文本格式的气象信息包括日常报 (METAR) 、特选报 (SPECI) 、机场天气预报 (TAF) 等。图像格式的信息包括雷达混合图像、临时禁飞区域和其他航行信息。FIS-B使机组可以获得更多的运行相关信息, 及时了解航路气象状况和空域限制条件, 为更加灵活而安全的飞行提供保障。

5 ADS-B技术的发展情况

自从1991年ADS-B技术首次在欧洲成功演示以来, 在ICAO组织新航行系统发展规划指导下, 欧洲、美国和澳大利亚等地区的航空组织进行了卓有成效的研究, 尤以美国和澳大利亚在ADS-B领域取得巨大进展。

美国在1994年对ADS-B进行了地-地通信实验, 1999年UAT模式的ADS-B设备试验飞行。2005年, 美国FAA将ADS-B确定为未来空中交通管制的基础。2008年开始在全美国空域建设ADS-B。FAA计划在2014年之前建成400个ADS-B地面基站, 在全美实现卫星导航功能, 与此同时将逐步停止使用125个ATC雷达。而在2014年4月, FAA宣布已经在全美范围内完成广播式自动相关监视 (ADS-B) 无线电网络的安装, 以支持向基于卫星的Next Gen空中交通管制系统进行转换。

澳大利亚同样是一个成功推广使用ADS-B技术的国家, 1996年就开始使用管制员驾驶员数据链通信设备, 2003年开始实施ADS-B高空覆盖计划, 并计划在2012年开始强制所有飞机安装ADS-B设备。目前, 已基本实现20000英尺高度的完整覆盖。

我国是继美国之后第2个将ADS-B技术应用于通用航空领域的国家。成功完成了成都-九寨ADS-B应用监视系统工程的建设与论证, 得出了结论:在精度、完好性等多项特性上, ADS-B数据优于雷达数据;在速度、航向的精度和连续性上ADS-B数据优于雷达。总体上, ADS-B性能优于雷达, 并且ADS-B数据链能满足日益增长的民航空管监视的需求。之后, 完成了成都-拉萨航线监视工程项目, 实现成都-拉萨航线主要高度层的ADS-B多重连续覆盖, 为管制部门提供监视参考;完成了西沙ADS-B试验系统建设, 收集飞行统计数据, 分析统计该区域机队的ADS-B机载设备能力, 积累了大量的验证数据。同时, 作为西沙雷达的补充, 加强了对南中国海的空域监视能力和ADS-B技术在洋区的试验应用, 有着重大的现实意义。最近, B215航路空管新技术应用工程也在实施当中, 实现B215航路的双重覆盖将为研究、分析雷达和ADS-B信号融合和显示方法提供范例。

6 结语

ADS-B系统的应用对我国交通管制发展具有重大的意义。通过冲突检测和交通态势显示, 实现飞机的相互监视和指挥能力。通过减小空域内飞机的最小间隔, 增大空域容量, 提高了空域资源的利用率。ADS-B良好的通信性能和高效的监视功能, 更精确、连续地掌握飞行动态, 有效实施管制。因地制宜, 大力科学地推进ADS-B系统的实施, 有望迅速为我国带来显著的经济和军事效益。

参考文献

[1]李自俊.ADS-B技术在通用航空飞行中的应用[J].国际航空, 2008 (4) .

[2]何东林.广播式自动相关监视技术[J].民航科技, 2011 (2) .

自动相关监视系统 篇4

1 广播式自动相关监视数据源分析

广播式自动相关监视系统, 机载电子设备一般包括3部分:GPS接收机;广播式自动相关监视收发机和天线;机载交通信息显示器CDTI。机载设备轻巧灵便, 无论在轻型飞机、普通客机、重型飞机上都可安装, 广播式自动相关监视机载设备中下行设备 (广播式自动相关监视OUT) , 工作方式类似SSR应答机, 但它同时可以用于广播周边临时障碍物、飞行器等物体的位置。由于广播式自动相关监视的发射是采用广播方式, 发射的信息还可以通过机载交通信息显示器 (CDTI) 来接收, CDTI及其附属设备构成广播式自动相关监视的上行设备 (广播式自动相关监视IN) 。飞行员可以通过CDTI在机舱内看到交通状况, 由于上行设备独立于地面站, 即使在地面站无法起到监视作用的区域, CDTI仍能够保持正常监视。

广播式自动相关监视数据的格式主要为经度、纬度和高度。广播式自动相关监视报告内容可以包含一个或多个信息组, 不同的信息组包含的附加信息不同, 对飞机跟踪精度的影响也不同。典型广播式自动相关监视信息组包括 (1) 基本广播式自动相关监视组:飞机标识、当前4维位置 (经度、纬度、高度和时间) ; (2) 地球参考组:实际航迹、地速、垂直速率; (3) 预计航路编组:相连的下两个航路点的相关信息。同时还可以包含其它附加信息如冲突告警信息、飞行员输入信息、航迹角、航线拐点等。

雷达分为一次雷达和二次雷达, 目前主要考虑的是二次雷达。雷达数据格式为斜距、方位角、高度或者是相对于雷达中心点 (x, y) 坐标和高度, 雷达数据的斜距是飞机的位置与雷达接收站两点间的距离, 方位角=90°。飞机的位置与雷达接收站两点的连线与垂直线的夹角, 高度是飞机飞行高度与雷达接收站高度之差。雷达数据与广播式自动相关监视数据格式不一致, 需要将数据转换到公共空间坐标系中, 实现时空对准。在整个空中交通管制系统中, 为了取得良好的数据融合效果, 对于雷达和广播式自动相关监视数据更新频率 (如表和更新概率 (如表2) 有特殊的需求:

2 广播式自动相关监视的分布式融合

分布式融合方案 (见图1) 提出在现有的民航多雷达监视系统中把广播式自动相关监视作为一个新的信息来源整合。由于已安装的ATS雷达传感器已经形成了局部的航迹, 接下来融合并且显示在管制人员面前。那些局部航迹可以和来自从同一架飞机上发出的广播式自动相关监视报告一起融合构成最后的中央航迹。例如, 在大机场的管制塔台, 局部的航迹接受终端区雷达信息, 局部航迹可来源于地面雷达, 广播式自动相关监视数据能够被融合使得装有广播式自动相关监视设备的飞机在五边进近和地面移动阶段有一个精确的航迹。由于各雷达的局部航迹瞬间更新是不同步的, 中央航迹将通过单雷达和广播式自动相关监视航迹外推一个常数tf (提前传输到中央航迹融合系统) , 接下来通过一种代码融合过程将那些航迹关联到同一架飞机。这些航迹将会被适当的融合。这种航迹融合过程被分成两个过程。

第1步, 通过对应的滤波算法将3D局部航迹关联到同一架飞机, 根据每个局部航迹的预测公式预测tf。线性融合成建成3D多雷达航迹XR (tf) 。对于位置预测,

, 这里xi (tf) , (i=1, 2, 3, …, n) 表示从第i个雷达收到一个特定的3D位置预测, 联合局部航迹在中央航迹融合系统中表示出来, 从ti (从刚过去的那一个局部更新) 到现在的融合瞬间tf, 而ci (i=1, 2, 3, …, n) 是坐标系中位置预测融合系数。建立3D中央航迹XC (tf) , 周期性显示给管制员, 多雷达融合航迹接下来可以和广播式自动相关监视航迹融合。

第2步, 位置预测:

, 这里, 代表ADS航迹的3D位置预测的坐标 (已经在中央航迹跟踪系统中显示) , 从最后一个ADS航迹更新的瞬间推测到tf;CR, CADS是在位置预测坐标系中第二阶段的融合系数。这种2步的融合方法, 相对于1步融合方法, 允许系统的监视能力能够独立于中央航迹处理系统, 由此可以决定是否启动广播式自动相关监视功能来提高监测精度。同时, 当飞机飞越大洋或者偏远地区等无雷达覆盖区域时, 也非常有必要保持广播式自动相关监视航迹的独立性, 因为, 不工作时能够继续工作, 使得飞机航迹连续平滑。同时, 中央航迹质量将会取决于ADS报告速度和周期报告的内容。方案设计的基本目标就是使得中央航迹处理保持一个预先设定的精度, 这个精度可以由管制员手动设置, 以确保飞机所处真实位置和雷达屏幕显示位置误差在最大可接受的范围之内, 在最不利的情况下其概率一般设置为0.95。这种情况下, 广播式自动相关监视局部航迹外推时间最长, 而且在坐标系中移动加速度0.5g。同时考虑干扰杂波的高斯分布和线性滤波, 则预测精度函数为:, 这里代表的是位置预测模块的容差, 而是标准误差, 两者都取tf融合时刻的值。

3 广播式自动相关监视融合设计

在上面的模型的每个融合节点执行一些功能 (如图2所示) :数据配准, 源数据的时间和坐标变换。数据关联, 一般是报告和航迹关联。状态估计, 估计和预测飞机的运动学特性、身份属性、内部和外部关系以及航迹的可信度。

数据配准包括对某个融合节点收到的广播式自动相关监视数据和雷达数据进行测试和修改所需的所有处理, 从而可以比较和关联多个数据项。数据配准是对输入到一个融合节点上的所有数据进行转换, 形成统一格式、时空坐标系和置信度描述。数据配准包含通用的格式化、时间外推、坐标变化、配准偏差补偿和证据调节等五个过程。数据关联使用匹配的数据信息确定应该关联哪些数据以提高状态估计性能。

4 结束语

广播式自动相关监视技术对未来空中交通管理领域的发展影响极深远, 其无可替代的优越性, 将为通信、导航、监视技术带来革命性变化。广播式自动相关监视技术如果能与传统的雷达系统良好的协作融合, 将会大大提高现有的空管监控效率。在空中管制方面利用广播式自动相关监视技术的逐步成熟稳定与全球化的推广应用, 紧跟国际发展动态, 遵循ICAO相关标准, 结合我国实际, 制定相关发展策略及技术对策, 走上一条全面实施现代化管理, 改善安全与提高效率的中国特色的航空空域管理的发展之路。

摘要：随着国际民航组织发展的CNS/ATM系统的实现, 广播式自动相关监视技术得到广泛的应用, 使得空中交通管制更灵活、更有效。本文对广播式自动相关监视技术的数据来源进行分析, 提出一种与雷达相融合的分布式方案构想与设计。

关键词：空中交通管制,雷达,广播式自动相关监视,数据融合

参考文献

[1]张天平, 郝建华, 许斌, 丁丹.广播式自动相关监视技术及其在空管中的发展与应用[J].电子产品世界, 2009, (06) .

[2]张文涛.一种基于业务信息流的空管信息系统安全评价指标体系[J].计算机安全, 2009, (04) .

[3]张青竹, 张军, 刘伟, 朱衍波.民航空管应用广播式自动相关监视的关键问题分析[J].电子技术应用, 2007, (09) .

[4]何桂萍, 徐亚军.广播式自动相关监视数据链的比较及特性研究[J].中国民航飞行学院学报, 2010, (04) .

[5]张天平, 郝建华, 许斌, 丁丹.广播式自动相关监视在空中交通管制中的应用与发展[J].电子元器件应用, 2009, (07) .

循环水自动监视控制系统 篇5

关键词：循环水,可编程控制器GE90-70,控制系统

1 系统工艺流程说明

本装置是生产循环冷却水产品, 用于化工生产中物料的冷却和转动设备发热部件的冷却。本装置从各用户返回的循环水 (回水) 靠其剩余压力进入冷却配水槽, 经配水槽和喷嘴降水均匀分配到淋水装置上, 淋下。与逆向空气气流接触, 部分水分蒸发, 水中热量随上升气流被带出, 时CW水降温至20～30℃后注入集水池, 沉淀后溢流入平衡池。在集水池中加入次氯酸钠和硫酸灯化工料控制CW水质, 再又P151～P154泵压升至0.6Mpa输送给各有关用户使用。为本厂的聚乙烯, 聚丙烯, 环氧乙烷, 乙二醇灯装置提供CW循环冷却水。

2 P LC系统

2.1 GE90-70硬件介绍

GE90-70 PLC是先进的可编程控制器, GE Fanuc系列90家族中高性能, 大规模的系列。其主要性能如下:

(1) 结构紧凑单槽的CPU模块, 在CPU模块中有两个主要的处理器。一个是Intel微处理器用于处理一些模拟量和特殊功能控制。另一个是布尔运算协议用于执行高速的开关量控制。

(2) 所有的CPU模块具有浮点运算功能。

(3) 系统机架采用标准VEM (Versa Module Eurocard) 总线结构。可安装超过300家的第三家VME标准模块。

(4) GE 90-70 PLC I/O容量最大开关量1288点, 模拟量8192点。

(5) CPU的内存从512K字节到6M字节。

(6) 具有高密度 (32点) 的AC或DC输入/输出模块。

(7) 具有标准的硬件方式, 可响应开关量或模拟量中断输入。可处理64个事故中断和16个时间中断。

(8) 很方便的系统和模块自诊断功能, 且极易故障排除。

(9) 在CPU模块内, 有电池支持的内部日历和时钟。

(10) 具有GeniuS分布式I/O模块子系统和Field-Control系统配置, 且可构成双总线的系统冗余配置。

2.2 BTM和BRM组成的分布式网络, 如图1。

网络描述:在系列90-70 PLC系统配置中, 常具有扩展I/O机架。通常CPU机架为0号机架, 扩展I/O机架为1-7号机架。机架之间的联接是通过总线传输模块BTM (安装在CPU机架2号槽位) , 总线接收模块BRM (安装在其它I/O机架的第1槽位上) 和I/O电缆组成。从CPU机架到最后一个扩展I/O机架之间的联接电缆最大距离为50英尺 (15米) 。I/O连接电缆是18线的并行联接电缆。

2.3 软件介绍

(1) 为了解决本系统中大量同类型的设备, 程序量也很大的状况, 如果按普通的编程方式, 将会浪费大量的时间在变量的建立以及结构相同的程序上, 用的CIMPLICITY Machine Edition (简称ME) 采用结构化的编程方式, 同时中间变量由Excel宏程序自动生成后导入PLC编程软件中, 这样节省了大量的时间。

(2) CIMPLICITY Plant Edition作为上位机程序的开发工具, 其功能本人认为西门子的WinCC相似, 但是CIMPLICITY Plant Edition有它更加强大的VB脚本系统, 他为"类"的开发奠定了坚固的基础, 它是灵活的可伸缩的, 可以适合单位的人机界面到网络化的监督控制和数据采集系统。在产品的各层次上都具有互联的功能, 这是我们能够获得各个层次的集成而不需要在一个网络中进行重复组态。CIMPLICITY Plant Edition是由服务器和浏览站组成的基于客户服务器体系结构的系统, 服务器负责数据的采集和分配, 浏览站可对采集到的数据进行访问以便观察和控制。服务器和浏览站可以很容易得通过网络连接在一起完全的共享数据甚至都不需要从一个点到另一个点复制你的点数据库, 例如, 数据点只需要组态一次而且只需要在服务器商进行一次组态。屏幕画面也只需在网路中的一个位置上进行开发和储存, 而网络上的其它的CIM-PLICITY显示系统都可以对他访问。

3 系统画面的监视控制功能说明

本套自动化控制系统的上位机监视控制画面由数据总揽、工艺流程1 (风机部分) 工艺流程2 (水泵及调节阀部分) 、趋势图、报警浏览器五组画面构成。

4 主要程序介绍

4.1 风机系统

本装置是生产循环冷却水产品, 靠风机运行带动化工生产中物料的冷却。从各用户返回的循环水 (回水) 靠其剩余压力进入冷却配水槽, 经配水槽和喷嘴降水均匀分配到淋水装置上, 淋下。与逆向空气气流接触, 部分水分蒸发, 水中热量随上升气流被带出, 时CW水降温至20～30℃后注入集水池, 沉淀后溢流入平衡池。本套系统系统共有4个风机, 分别是C151, C152, C153, C154。每个风机控制对应配水槽内温度属于4个独立系统。

4.2 风机主要连锁

风机运行连锁主要受震动, 位移, 间向, 和边速箱温度控制, 如果其中一个条件高于连锁设定值, 风机无法启动;运行当中其中一个高于连锁值, 风机将停止运行。

4.3 泵的连锁要求

本系统现场设备有4台泵, 4个泵的工作状态可以在设备所在画面, 通过背景颜色或文字表示设备的启, 停状态。4个泵控制方法是可以同时手动运行, 也可3个泵运行一个泵作为备用泵。系统要求在泵启动6s内如果压力属于正常状态泵继续运行, 如果不满足泵停止运行。设备所在画面4个泵有自动和手动控制, 当处于手动控制时, 可以随意启停任意现场泵, 当处于自动状态时, 3个泵运行, 一个泵处于备用状态, 运行的3个泵其中一个停止备用泵自动运行。

结束语

针对循环水处理系统的系统, 设计了以工控机为上位机, PLC为下位机的水处理监控系统。以GE90-70为软件平台开发的上位机监控软件, 实现了循环水处理流程的自动控制, 可视化。运行人员可以对设备阀门, 泵, 风机进行灵活控制。还可以对巡行数据进行曲线绘制, 保存, 调用和打印。另外, 程序具有联锁保护盒报警功能。该监控系统已投入现场运行, 实践表明, 该系统界面友好、操作方便、运行稳定可靠。

参考文献

[1]邹柏敏.自动化控制理论[M].北京:机械工业出版社, 2007.

[2]向碗成.控制仪表与装置[M].北京:机械工业出版社, 2006.

[3]殷洪义, 吴建华.PLC原理与实践[M].北京:清华大学出版社, 2008.