基于ADS-B技术的地基监控系统

        ADS-B地基监控技术研究背景

         欧美等国家根据近十年地基监测系统对大量航空器开展高度保持性能监测得到的结果,发现航空器的性能随着机龄的增长存在恶化的趋势,同一机型的航空器由于其运行情况的不同,高度保持性能也存在差异。同时,航空器的加改装情况,以及飞行过程对飞机蒙皮、静压系统的损坏都会对高度保持性能产生影响。因此,只有开展长期监控工作才能有效地发现机队的高度保持性能变化规律。

        近年来,国内机队规模增长显著。根据ICAO 附件6对于长期监控的要求,中国RMA一直致力于地基监控系统的研究。2012年以来,在澳大利亚地区监控组织(AAMA)和泰国亚洲地区监控组织(MAAR)的帮助下,中国RMA积极开展建立基于ADS-B技术的航空器高度保持性能监控系统研究。这一系统具有长期自动监控能力,并能够开展大批次机队数据分析。通过这一系统不仅可以实现自动实时监控,还能够实现测高学系统误差数据稳定性分析。

       目前中国RMA已建立ADS-B监控系统,并突破了核心算法和关键技术,通过与美国FAA的解算软件以及澳大利亚和泰国解算结果的比较,证明了我们解算结果的有效性。在2013年4月召开的地区空域安全监控评估工作组(RASMAG)第18次会议上,中国RMA获得了ICAO对于利用ADS-B数据进行航空器高度保持监控解算的国际授权。

        中国地区ADS-B监控覆盖范围

        目前,基于ADS-B技术的地基监控系统可以实现对中国国内大部分地区的覆盖。目前站点覆盖情况如下

        ADS-B监控过程描述

        具备ADS-B out能力的航空器只要飞经ADS-B地面站覆盖的区域,即可被自动监测。其监测航迹数据通过ADS-B数据传输网络自动传送到位于北京的数据处理中心,通过中国RMA的数据分析解算系统,计算得到每架航空器的高度保持性能分析结果。

        ADS-B监控报告发布和数据共享机制

       中国RMA每月定期进行ADS-B监控数据的解算和分析,监控数据和结果的发布机制是:

      1. ADS-B监控报告发布机制

       • ASE有问题或不合格航空器的监控结果发布:对于国内航空运营人的航空器,中国RMA及时和负责的管理局、监管局以及航空公司联系,提供问题或不合格航空器的监控报告;

       •ASE合格的航空器:对于国内航空运营人的航空器,中国RMA每季度会为每个航空运营人发布本公司机队的ADS-B监控报告,并同时将该报告提供给负责的管理局和监管局

       2. ADS-B监控数据共享:

       目前根据ICAO要求,监控数据不直接提供给航空运营人,只在RMA之间共享。中国RMA每月将数据处理结果按照ICAO要求格式上传到指定的数据共享网站。同时,中国RMA也将接收其他RMA就所辖地区航空运营人在中国RVSM空域飞行的ADS-B监控结果查询。

   对于国外航空运营人的航空器,当出现问题或不合格航空器的监控数据和分析结果,中国RMA将及时和负责的RMA联系。

       中国RMA开展的ADS-B数据处理分析流程

       中国RMA在获取到航空器的ADS-B监测数据后,主要通过以下流程计算得到航空器的高度保持性能分析结果:

  • 航空器ADS-B位置原始数据处理和高度保持性能计算

    解析ADS-B数据中的航空器几何高度可以作为航空器的真实位置,通过气象插值和高度基准面转等步骤,完成对于航空器高度保持性能结果解算,但由于此时还无法判断航空器高度保持性能(ASE)的几何高度基准面情况,需要开展进一步分析;

  • 航空器基准面确定

     基于ADS-B的航空器高度保持性能监控技术利用航空器自身下发的GPS高度位置信息进行解算,而航空器GPS高度基准面存在基于WGS-84椭球面(HAE)和平均海平面(MSL)两种情况,所以在获得航空器高度保持性能结果后需要通过数据分析进行基准面选择。下图给出了我国空域内HAE和MSL的差异情况(HAE和MSL之间的差异称为高程异常)。

        航空器高度保持性能(ASE)是飞机自身属性。当航空器飞行航迹穿越高程异常变化的区域时,对于高度基准面是HAE的航空器,其基于HAE的ASE值基本保持不变,而基于MSL的ASE值则随着高程异常的变化而改变,类似的对于高度基准面是MSL的航空器,其基于MSL的ASE值基本保持不变,而基于HAE的ASE值则随着高程异常的变化而改变。利用这一规律可通过统计方法确定航空器基于正确基准面情况的高度保持性能结果。下图给出了一个基准面分析的实例,从图中可以看出该架航空器的GPS高度基准面为MSL。

  • 航空器高度保持性能变化的趋势性分析

通过大尺度时间段上数据的积累,分析单架航空器、航空器监控组别或机队整体的高度保持性能随时间变化的趋势。下图给出了具有ASE趋势性变化的航空器实例。

  • 航空器ASE分布拟合

通过对航空器进行ASE分布模型拟合,可以发现航空器ASE的其它特征(如航空器左右高度表高度保持性能存在差异等)

  • 航空器性能综合分析

通过对航空器进行航空器性能综合分析,可以得到单架航空器在其所有可获得ADS-B数据的时段内高度保持性能的整体情况和变化趋势分析。