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ADS-B教学实验方案引言ADS-B教学系统是为了让学生学习ADS-B原理、ADS-B系统组成、ADS-B信号处理技术。
可以通过ADS-B教学系统进一步研究分析ADS-B位置的精度、准确性、稳定性、实时性，设计基于ADS-B的空中碰撞告警系统，混合空域的空中交通管理系统（UTM）设计。
也可以研究ADS-B报文解析、设计显示终端、基于ADS-B的广域多点定位系统开发。
系统可以在教室内演示空中二次雷达A,C/S模式和ADS-B的模拟信号发射，地面的信号接收、解析、显示。
目录1.方案架构2.组成的设备及工作方式3.最小结构组成1.方案架构方案均由ADS-B设备实物搭建，其中ADS-B应答机有轨迹模拟功能配合信号衰减器可在室内工作，无人机ADS-B应答机和便携式ADS-B设备均可在地面驱动正常工作。
在实验室内部就可以组成一套完整的ADS-B教学系统。
2.组成的设备及工作方式1)ADS-B应答机ping200XRping200XR是一款全功率（250W）应答机，支持A,C/S应答和ADS-B广播。
集成GPS和气压高度计，通过上位机软件配置ICAO地址、呼号、应答机编码身份信息和模拟飞行轨迹，配合天线衰减器在室内工作不会造成信号干扰。
教学场景模拟示例：✧飞机空中遇险应答机挂遇险代码7600、7700。
✧多台应答机模拟飞机空中碰撞的场景，从而研究ADS-B空中避撞告警算法。
✧模拟民航飞机、通用飞机、无人机的混合空域飞行，研究混合空域空中交通管理方法和无人机空中交通管理 UTM）。
2)便携式ADS-B收发机SkyEcho2SkyEcho2是一款自带电池的ADS-B收发机，发射模式为DF-18，发射功率20W。
应用于没有ADS-B的通航飞机和轻型运动型飞机，在国内已有数十家通航公司选用。
设备在英国获得CAA 的批准使用。
SkyEcho2具有ADS-B接收功能，可以与多款电子飞行包软件兼容实现飞行员掌握空中交通情况。
ADS_B实验学院航空航天学院专业电子与通信工程学号姓名指导教师陈华伟小组成员ADS_B实验地面设备接收——运用信标机一、实验目的：1)了解ADS-B监视系统功能、设备安装等基本要求；2)掌握ADS-B监视系统工作原理、工作流程；3)了解民航标准ADS-B报文数据格式；4)掌握ADS-B报文解析数据内容，解析原理。
二、实验原理：ADS-B OUT是指航空器发送其位置信息和其他信息。
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。
OUT是机载ADS-B设备的基本功能。
ADS-B发送的航空器水平位置一般源于GNSS系统，高度源于气压高度表。
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，起到类似于雷达的作用。
ADS-B信标机主要是完成对ADS-B地面站的标校与测试，其功能如下a) 能够发射1090ES的ADS-B（DF18）报文；b) 能够正确地编码设置的如航班号，飞行高度，识别码，飞行速度等信息；ADS-B信标机主要由天线单元、发射模块、终端模块、电源模块组成。
通过通信接口（RS422）设置到信标机内部的参数（如飞机航班号、飞机的GPS位置、飞机地址、飞机高度、飞行速度等），按S模式数据格式18号报文打包，通过发射模块将编码后的信息发射出去。
再由ADS-B地面站接收并解码出报文信息，并与预设的各种参数进行对比，如果解码出的信息与设置到ADS-B信标机中的参数相同，则ADS-B信标机与ADS-B地面站都工作正常；否则，有故障发生。
如此，便可达到检测ADS-B接收机工作状态的目的。
ADS-B模拟系统，支持1090 ES协议，具有接收S模式的DF17、DF18报文能力；实时接收、处理并输出模式A/C/S、ADS-B信息，包括24-bit飞机地址、UTC时间信息（基于GPS）、信号强度、S模式下行报文、高度信息、位置信息、水平和垂直速度信息、最近位置修正时间信息、飞机ID、飞机种类、Squitter 种类、应答机能力、紧急和告警信息等；具有ASTERIX CAT 21数据输出接口；显示终端具有动态航迹显示功能。
ADS-B在南中国海的应用分析摘要:随着南中国海航班量的增大和国际ADS-B航路的实施,ADS-B作为一种新兴监视技术在南中国海的应用显得尤其重要。
本文主要通过对南中国海空域ADS-B数据完好性,可靠性及信号覆盖范围等重要数据分析了ADS-B在南中国海的应用情况。
通过分析证明了ADS-B在南中国海的实用性,为ADS-B监视技术的实际应用方面提供相应的经验。
关键词:ADS-B 完好性可靠性广播式自动相关监视(ADS-B)是一种基于全球卫星定位系统(GNSS)和空地、空空数据链通信的航空器运行监视技术。
随着航空领域的迅猛发展,传统的雷达监视手段已无法满足日益增长的空管监视需求。
ADS-B作为新兴的监视技术受到了国际民航的重视和推广。
三亚飞行情报区于2008年在西沙永兴岛安装ERA公司的ADS-B 设备,为南中国海空域提供ADS-B监视服务。
作为我国首先提供ADS-B监视服务的飞行情报区,推动了ADS-B监视新技术在我国的实际应用,为推广应用ADS-B监视技术提供相关宝贵经验。
中南空管局通过对南中国海ADS-B信号进行评估,证明了ADS-B技术在南中国海的实用性和重要性。
1 ADS-B概述ADS-B指的是航空器不需要人工的操作或地面站的询问,通过广播模式的数据链自动提供由机载导航设备和定位系统生成的数据,用于在无雷达覆盖地区提供ATC监视等应用服务。
航空器通过GPS进行定位,并同时将气压高度表、速度表等机载设备信息协同位置信息输入机载应答机,由机载应答机通过数据链向外周期性广播飞机的呼号、高度、速度等其他相关的附加数据。
其它装载ADS-B设备的航空器也可接收到广播信息并进行显示,作为空空监视。
ADS-B地面站接收到广播信息并传送到管制中心自动化显示,作为空地监视。
同时地面站能将空中交通情报服务信息(TIS-B)及飞行情报服务信息(FIS-B)发送给航空器。
2 ADS-B数据完好性分析ADS-B数据完好性是指ADS-B报文能否用于自动化系统。
link appraisement中国民用航空中南地区空中交通管理局湖北分局图1 （输出交换机和输出防火墙的连接）图2 （DOP1输出链路配置示例）图3 （DOP2输出链路配置示例）出交换机和输出防火墙连接如图1所示。
表2 （A网输出防火墙配置）接口安全区域连接类型VLAN模式用途GE1/0/0untrust access201交换输出链路1 GE1/0/1trust access201交换输出交换机输入GE1/0/2untrust access202交换输出链路2 GE1/0/3trust access202交换输出交换机输入GE1/0/4untrust access203交换输出链路3 GE1/0/5trust access203交换输出交换机输入GE2/0/0trust access204交换输出交换机输入GE2/0/1untrust access204交换输出链路3 GE2/0/2trust access205交换输出交换机输入CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2021·中国科技信息2021年第7期信科技先锋冯发龙《中国科技信息》杂志微智库成员冯发龙，年龄，32，性别，男，最高学历，本科，学科专业方向，通信工程，民航监视技术研究，职称，工程师，学位，工学学士，所在单位，民航湖北空管分局，微信，fafa333022，微博，Email，caacfengfalong@，手机，135********，兴趣爱好，钢琴、羽毛球，掌握语言，英语。
个人简介教育背景工作经历2006—2009 ：甘肃省武威第一中学2009—2013 ：中国民航大学2013—至今：中国民用航空中南地区空中交通管理局湖北分局民航监视老技术即二次雷达S 模式，在国外已经广泛运用在实际中，国内处于刚起步状态，S 模式运用在国内需要不断探索，将S 模式的作用发挥出来，充分利用空域资源。
ADS-B广播式警告系统ADS-B全称是Automatic Dependent Surveillance - Broadcast，中文是广播式自动相关监视，顾名思义，即无需人工操作或者询问，可以自动地从相关机载设备获取参数向其他飞机或地面站广播飞机的位置、高度、速度、航向、识别号等信息，以供管制员对飞机状态进行监控。
它衍生于ADS（自动相关监视），最初是为越洋飞行的航空器在无法进行雷达监视的情况下，希望利用卫星实施监视所提出的解决方案。
原理介绍ADS-B系统是一个集通信与监视于一体的信息系统，由信息源、信息传输通道和信息处理与显示三部分组成。
ADS-B的主要信息是飞机的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)全球卫星导航系统(GNSS);(2)惯性导航系统(INS);(3)惯性参考系统(IRS);(4)飞行管理器；(5)其它机载传感器。
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位置信息和其它附加信息的提取、处理及有效算法，并且形成清晰、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，最后以伪雷达画面实时地提供给用户。
相对于航空器的信息传递方向，ADS-B分为两类：发送（OUT）和接收（IN）。
其中OUT是ADS-B的基本功能，它负责将信号从飞机发送方经过视距传播发送给地面接收站或者其他飞机。
ADS-B IN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，为机组提供运行支持和情境意识，如冲突告警信息，避碰策略，气象信息。
ADS-B系统工作主要基于的机载设备有：（1）ATC 应答机：它是ADS-B系统的核心，负责收集和处理有关参数，由ATC天线通过数据链向地面站和其他飞机广播。
1090 ES ADS-B 地面站技术指标解析及测试方法推荐 Technique specification and testing method of1090 ES ADS-B ground station1. 引言广播式自动相关监视ADS-B(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast)是一种基于全球卫星定位系统和利用空地、空空数据链通信完成交通监视和信息传递的空管监视新技术[1]。
国际民航组织已经将ADS-B 作为未来监视技术的主要发展方向，国外许多国家和地区都在积极推进该项技术的应用。
中国民航结合自身监视的现状和未来发展的需求，确定了我国运输航空ADS-B 采用1090MHz 扩展电文（简称1090 ES ）数据链技术，并制定了ADS-B 发展规划、应用原则和总体策略，提出了中国民航ADS-B 地面站的建设实施路线。
为了保证ADS-B 实施和建设的质量，中国民航努力推行地面站（接收）设备使用许可测试工作，颁布了相应的行业标准《1090兆赫扩展电文广播式自动相关监视地面站（接收）设备技术要求（MHT4036-2012）》（简称技术要求），旨在规范地面站设备的设计与制造过程，保证地面站设备的产品质量及性能指标能够满足应用要求。
由于ADS-B 技术在国内的应用还比较少，国内大多数民航从业者未实际接触过地面站设备，对技术要求中的各种指标及其测试方法也不甚了解。
因此，有必要针对其中的部分技术指标进行解释和说明，并在此基础上推荐合理的测试方法，使其可作为地面站（接收）设备的使用许可测试、工厂及现场验收、定期维护等工作的参考。
2. 1090 ES ADS-B 地面站（接收）设备1090 ES 地面站（接收）设备是ADS-B 系统的重要组成部分，它通过接收、解码由航行器和场面车辆广播的信息，经处理后产生标准的数据报告传给用户。
符合技术要求规定的地面站系统框架如图1所示。
Civil Aviation University of China毕业设计(论文)专业：电子信息工程学号： 071044138学生姓名：张一瀚所属学院：电子信息工程指导教师：苏志刚教授二〇一一年六月中国民航大学本科生毕业设计（论文）ADS-B（1090ES）数据报文生成技术研究Research for the Generation ofADS-B (1090ES) Data Packets专业：电子信息工程学生姓名：张一瀚学号：071044138学院：电子信息工程指导教师：苏志刚教授2011 年 6 月创见性声明本人声明：所呈交的毕业论文是本人在指导教师的指导下进行的工作和取得的成果，论文中所引用的他人已经发表或撰写过的研究成果，均加以特别标注并在此表示致谢。
与我一同工作的同志对本论文所做的任何贡献也已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
毕业论文作者签名：签字日期：年月日本科毕业设计（论文）版权使用授权书本毕业设计（论文）作者完全了解中国民航大学有关保留、使用毕业设计（论文）的规定。
特授权中国民航大学可以将毕业设计（论文）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。
同意学校向国家有关部门或机构送交毕业设计（论文）的复印件和磁盘。
（保密的毕业论文在解密后适用本授权说明）毕业论文作者签名：指导教师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要世界民航业的快速增长与传统的非自动监控方式的空中交通管制方式之间的矛盾越来越突出，广播式自动相关监视技术可以为解决这一矛盾提供有效途径。
文章针对上述问题，在全面了解广播式自动相关监视数据内容的基础上，结合现役飞机的运动特点和飞行员、空管人员的需要，进行了空中交通态势显示系统软件的设计需求分析，并开发了适用的机载应用软件。
软件测试结果表明，飞行员可以通过显示器清楚地看到相邻目标飞机的位置，并了解目标飞机的飞行意图、速度、航向角等其它信息，自主地保持飞行的安全间隔。
展示了该项目为飞行安全的改善带来的好处。
关键词：广播式自动相关监视；空中交通态势；显示系统ABSTRACTThe conflict between the rapid growth of the world's civil aviation industry and the traditional way of non-automatic monitoring methods for air traffic control is more and more prominent, automatic dependent surveillance-broadcast technology provides an efficient way to solve this contradiction. In this paper, based on a comprehensive understanding of Automatic Dependent Surveillance –Broadcast data, combined with active movement of aircraft characteristics and the need for pilots and air traffic controllers, the design requirements analysis of Display of Air Traffic Information System are carried out and airborne display application software is developed. Software test results show that pilots can clearly see the location of adjacent target aircrafts through the display and learn the flight intent, speed and heading of target aircrafts, independently to maintain flight safety interval. The project is fully demonstrated the improvement of flight safety benefits.Key words: automatic dependent surveillance-broadcast; air traffic situation; display system目录1 引言 (1)1.1 研究背景及目的 (1)1.2 研究现状 (2)1.3 论文结构 (3)2 ADS-B监视技术 (4)2.1 ADS-B技术原理简介 (4)2.1.1 ADS-B OUT (4)2.1.2 ADS-B IN (5)2.2 ADS-B机载系统 (5)2.2.1 机载系统的组成 (5)2.2.2 GNSS接收系统 (5)2.2.3 数据链系统 (5)2.2.4 驾驶舱交通信息显示器 (6)2.3 ADS-B主要信息与显示技术 (6)2.4 本章小结 (7)3 空中交通态势显示软件设计 (8)3.1 ADS-B系统仿真的基本思路 (8)3.1.1 航迹模拟子系统 (9)3.1.2 CDTI子系统 (9)3.1.3 报文处理子系统 (9)3.2 显示系统设计准则 (9)3.3 显示系统关键技术 (9)3.3.1 对地图/航图的处理 (9)3.3.2 目标飞机的数据读取与显示 (13)3.3.2 目标飞机相对运动的两种解决方案 (14)3.3.3 闪烁问题 (16)3.4 显示系统的实现 (18)3.5 本章小结 (21)4 结论 (22)参考文献 (23)致谢 (24)附录A：程序清单（刻在光盘里，不装订） (25)附录B：外文翻译资料 (26)1引言1.1 研究背景及目的伴随着世界航空运输量的飞速增长，航行系统面临着新的挑战，如何在新的条件下保证飞行安全，提高航行系统的容量和运行效率已成为人们普遍关注的问题，而提高交通态势的监视能力是保证飞行安全、缩小飞行间隔并提高空域利用率的基本条件之一。
在空中交通管理行业，一直认为雷达监视管制技术是应对未来挑战的致胜法宝。
但是，现实的问题却是异常严重，空域越来越拥挤，雷达越建越密集，扇区越分越复杂，空管员的安全压力却越来越大等等。
现在，空管监视技术最发达的美国也意识到，即便是毫无瑕疵的雷达监视系统，也很难应对新一代航空运输系统[1]快速发展的挑战，空中交通不得不运用新的管理理念，来克服雷达监视管制能力的极限。
那么，这个新的空管理念就是：“自由飞行”[2]。
广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance – Broadcast, ADS-B）技术将替代传统的雷达监视负责新空管系统的监视部分。
可以通过ADS-B 技术提高飞行员的交通态势感知能力和飞行安全。
与雷达监视技术相比，ADS-B技术能提供更高精度的数据，且数据更新率更快[3-4]。
相信在不久的将来ADS-B技术会完全取代雷达监视技术[5-6]。
ADS-B技术将是实现“自由飞行”空管理念不可缺少的技术基础。
自由飞行的技术前提是飞机必须具备空中协同监视能力。
飞行员可以通过驾驶舱交通信息显示器（Cockpit Display of Traffic Information, CDTI）清楚地看到相邻目标飞机的位置，并了解目标飞机的飞行意图、速度、航向角等其它信息，自主地保持飞行的安全间隔并可以缩小间隔标准[7-8]。
由此可见，“自由飞行”就是在飞行员具备交通安全责任能力的前提下，能有效分担地面空管员安全责任的一种飞行规则。
利用ADS-B系统，可准确的对空中和地面的飞机进行实时跟踪定位，实现自动监控和警告，避免飞机危险接近，有助于减小飞机的间隔，从而扩大飞行容量，提高了空域和机场的利用率，可有效提高空管指挥的管理水平，保证飞行训练的安全，提高空中管制和塔台指挥飞机的监控水平。
近年来，世界各国普遍加快了对ADS-B 技术的研究和推广应用。
美国首先在阿拉斯加地区通用航空飞机上推广应用了ADS-B 技术，并计划2014 年前在全境使用ADS-B 系统；澳大利亚计划在大部分商用喷气客机上装备ADS-B 机载设备；而在我国以及整个亚洲地区，对该技术的应用基本还是空白。
ADS-B是一种对我国未来航空事业的发展非常有利的监视技术。
采用ADS-B 技术进行空中交通管制的成本较低，利用GPS 卫星定位信号精度较高的特点，结合已较为成熟的计算机和网络技术，在民航领域应用ADS-B 技术具有以下意义：1）在现在没有导航设施的地区，如极地、高山地区及远离大陆的海平面开辟新航路，增加空域的使用范围。
2）在导航精确度的提高及冲突告警能力加强的前提下，缩小飞机之间飞行安全间隔[9]，增加空域使用密度。
3）在传统的空管体制下，飞行员在无空管人员带领下，只能按照预先设定的航线飞行，无法做有弹性的航线变化与高度变化。
ADS-B技术的应用使飞机在无空管设施的辅助下仍能做爬升、下降及转弯等动作，躲避危险灾害的地区与不利飞行的气流层，节省燃油消耗，增加安全性与效率性。
4）在无空管设施控制的地区，飞行员仍能利用ADS-B设备接收目标飞机的信号，当与其它飞机在同一高度水平穿越飞行时，仍能保持高度的安全性。
5) ADS-B主要实施空对空监视，一般情况下，只需机载电子设备（GPS接收机、数据链收发机及其天线、驾驶舱冲突显示器），不需要任何地面辅助设备即可完成相关功能[10]，大大节省了设备成本。
ADS-B系统将由机载导航设备获得的航空器实时经度、纬度、高度等位置信息和三维速度信息及其他可能附加信息（冲突告警信息，飞行员输入信息，航迹角，航线拐点等信息），再增加必要的航空器标识、航空器类别信息向空中和地面进行广播，供其它航空器和地面设备接收和显示。
本文研究的仿真实现了ADS-B IN的信息显示，可以直接用于教学。
1.2 研究现状自从1991年，ADS-B技术首次在瑞典首都的Bromma机场成功演示，在ICAO 新航行系统发展规划的指导下，欧洲、北美和澳大利亚等地区的航空组织进行了卓有成效的研究和实验。
研究和实验的成果表明，随着航空机载设备智能化程度越来越高，地/空双向数据通信能力越来越强，ADS-B技术的应用前景一片光明。
2002年，澳大利亚民航安全局在首次成功完成ADS-B 空地协同运行实验以后，立即制定了澳洲大陆ADS-B 实施计划。
