引言
我国是一个航空大国，随着民用空中交通流量的快速增长和低空空域管理改革深入开展带来的通用航空快速发展，民航呼伦贝尔空管站首次实现了多信号源组合监视在航路上的应用。从2013年至今，区域内先后建设11个多基站测量定位系统，在满足场面和终端区监视的同时，实现了对高空航线的有效监视覆盖，提高了飞行的安全性和空域的利用率。也实现了多传感器覆盖的ADS-B、广域多点相关系统和雷达的组合监视，保证了系统数据的精度和完整性，满足了空中交通监视所需要的导航精度、导航完整性和监视完整性要求。这种综合监视的方法，有助于推动多监视源的应用。
一、概述
广播式自动相关监视系统(ADS-B)是未来军航和民航主要的航空监视技术之一，它融合了ADS、TCAS和场面监视三者的特点，极大地增强空中交通监视的功能。与常规的一次二次雷达监视相比，ADS-B技术更新率高且延迟较小，应用范围更为广泛。此外ADS-B的成本只有雷达系统的十分之一左右，并且建成以后不管从使用寿命还是维护成本上，都是明显优于雷达系统的。例如在澳大利亚，因为它有辽阔的土地和高山，不适合安装常规的雷达，现已应用ADS-B及与之交联的广域多点相关监视(WAMLAT)作为该国的空中交通监视系统。在美国，FAA在其机场场面检测设备项目(ASDE-X：Airport Surface Detection Equipment Mode X)中，开展了相关技术的应用研究，并正计划把这一系列引入到美国本大陆。我国台湾地区的航空机构也使用与ADS-B交联的WAMLAT。这种WAMLAT提升了ADS-B的性能，通常表示为ADS-X，这里的“X”的含义为ADS-B功能的延伸。但是还必须看到，单一的依赖基于GPS的ADS-B实施空中交通监视会存在影响空中交通服务的可靠性和有效性的问题。这是本文下一节要讨论的内容。
二、监视源构造
在基于雷达部署的管制区内，由于其覆盖是重叠的，故当任何单一雷达信号丢失后，其余雷达站仍能提供所需要的监视信息。同样，ADS-B地面站亦应满足多重覆盖。但ADS-B由于依赖全球导航卫星系统对目标进行定位，所有广播式自动相关系统本身不具备对目标的位置的验证功能。如果飞机给出的位置信息有误，远端站设备无法判断。在全球导航卫星系统失效情况下，广播式自动监视系统不能正常工作。因此有必要探究其他独立的监视信息源或其他监视手段。
三、ADS-B各性能指标
RTCA的MOPS(最小使用性能标准)、MASPSDO-242A和DO-260A采用NAC、NIC、SIL三个参数来衡量ADS-B导航的性能指标。具体的定义如下：
1.导航数据类别(NAC)——用于确定飞机广播数据的精确程度，NAC不能低于95%。
2.导航数据完整性类别(NIC)——说明报告飞机位置数据的完整性的范围。
3.监视数据完整水平(SIL)——评价NIC参数超标时完整性范围的概率。
二次雷达与ADS-B相比，跟踪飞机的方法不同。由于ADS-B已经建立了性能评估方式，因此对ADS—B系统的监视数据的完整性范围的界定即有了依据。独立在GNSS外的监视系统可以采用相似的标准，但是由于监视方法的不同，建立等效的独立监视系统标准是难以实现的。因此需要用一种标准化的参数来衡量其他的监视系统。
现有的ADS-B的参数是根据飞机通过GNSS提供的信息，用“N”表示导航的完整性和精度。为了区分不同的监视源，用S表示监视，如表1所示。
表1性能指标概括
| 性能 | 机载ADS-B | 多点相关系统或二次雷达 |
| 水平和垂直边界 | 导航完整性类别（NIC） | 监视完整性类别（SIC） |
| 95%水平和垂直精度边界 | 位置导航精度类别（NACp） | 位置监视精度类别（SACp） |
| 超过完整性范围的概率 | 监视完整性水平（SIL） | 监视完整性水平（SIL） |
ADS-B的监视性能也可采用如表2的分类。
表2ADS-BNAC分类
| NACp | 95%水平精度 | 95%垂直精度 |
| 0 | ≥18.52m | 无 |
| 1 | ＜18.52m | 无 |
| 2 | ＜7.408m | 无 |
| 3 | ＜3.704m | 无 |
| 4 | ＜1852m | 无 |
| 5 | ＜926m | 无 |
| 6 | ＜555.6m | 无 |
| 7 | ＜185.2m | 无 |
| 8 | ＜92.6m | 无 |
| 9 | ＜30m | ＜45m |
| 10 | ＜10m | ＜15m |
| 11 | ＜3m | ＜4m |
航空无线电技术委员会对非雷达区域使用广播式自动相关系统也定义了在航路运行的最低标准。广播式自动相关系统要求等效于现行的雷达性能，其监视的航路位置精度为558。如表3。
表3雷达和ADS-B在航路的性能要求
| 雷达性能 | ADS-B | ||||
| 精度 | 完整性 | ||||
| 飞行阶段 | 精度（95%） | 精度（95%） | SACp | NIC | SIL |
| 航路（10公里间隔） | 911m | 558m | ≥6 | ≥4 | ≥2 |
四、ADS-X监视技术
ADS-X多点相关监视是ADS-B技术的应用，ADS-X也成为三角定位，利用现有应答机(A模式、C模式和S模式应答机)信号，来确定发射源或飞机位置，ADS-X与ADS-B的硬件是完全兼容的，两者接收的数据也是一模一样的，因此可以直接用ADS-B的硬件来完成ADS-X技术。ADS-X系统通常配置多个远端站，由多个远端站同时接收飞机的应答信号，并根据各个远端站的到达时间进行精确定位。多个远端站的数据可同时输出到管制中心，互为冗余备份，增加系统的可靠性。此外，一旦GNSS出现问题，导致ADS-B系统无法正常工作时，ADS-X系统仍然可以按照特定的算法对空中的目标进行精确的定位。在实际使用中，ADS-X系统和ADS-B系统并不冲突，且具有互补性。ADS-X系统与ADS-B系统结合使用，可作为ADS-B系统的备份系统。ADS-X系统还具有验证导航精度。电子欺骗检测等扩展功能。因此在多传感器监视架构中，ADS-X系统具有明显的优势，是未来空管监视发展的主流方向。
五、监视数据对比
为了探究广域多点信号源的各个功能，区分每一个监视传感器的性能。图一所示是呼伦贝尔管制区内多点台站精度分布。如图所示，当把这些传感器组合在一起时，形成看有10个传感器的航路监视网。从图1可以看出，监视位置精度与位置监视精度类别有关。图2给出了300公里内多监视源信号导航位置监视精度的对照。ADS-B由于基于全球定位系统，所以有相对稳定的监视精度。二次雷达是一个在固定时间内对目标扫描的系统，因此误差呈线性规律。ADS-X系统的监视精度是由传感器的位置和飞机位置相对地面传感器的几何形状来确定。从图2可以看出，在更远的距离范围内，多点相关监视将提供比雷达更好的精度。
表4所示是三种监视源在100公里和300公里范围的SACp值。从表中可以看出，多点相关监视很容易达到ADS-B在航路和终端区域监视的性能要求。对于10公里间隔的航路，ADS-B的最小SACp是6，多点相关监视支持的SACp为7;对于5公里间隔终端区域，ADS-B的最小SACp是7，多点相关监视支持的SACp为9。
表4SACp类别实例
| SACp | ||
| 监视源 | 100公里范围 | 300公里范围 |
| ADS-B | 9 | 9 |
| 雷达 | 6 | 5 |
| 多点相关监视 | 9 | 7 |
红色区域：精度<30米，SACp≥9
蓝色区域：30米≤精度<50米，SACp=8
黄色区域：50米≤精度<92米，SACp=7
紫色区域：92米≤精度<185米，SACp=6
图1多点相关系统精度
图2监视源数据与对应的SACp
六、多传感器组合监视的应用
图3给出了呼伦贝尔空管站目前在区域中使用的监视构架，即由二次雷达、ADS-B和广域多点相关监视组成。从图2看出，ADS-B和广域多点总能提供比二次雷达更好的监视精度，在航路也能获得比雷达更好的数据。在多传感器监视构架中，来自各传感器的数据经自动化系统融合后进入管制中心。
图3呼伦贝尔空管站监视构架
七、总结
本文从监视精度和监视完整性，以及导航监视设备所需要的冗余覆盖和安全性出发，分析了呼伦贝尔管制区目前在航路监视上所采用的一种方法，可以作为ADS-B或ADS-X系统的推广方案。(民航呼伦贝尔空管站 崔博)
参考文献
[1] RTCA DO-242A ADS-B最低航空性能标准.
[2] RTCA DO-260A ADS-B和TIS 1090MHz最低操作性能标准.
[3]罗景青，空间时差定位系统的精度分析，电子对抗.
[4]李自俊.ADS-B广播式自动相关监视原理及未来的发展和应用.
