第 1 章 緒    論

1.1 研究背景
新技術(shù)的應(yīng)用不僅可以提高管理效率，而且在很多時(shí)候還可以降低建設(shè)成本和管理成本。 飛機(jī)航跡信息的獲取一直都是航空管理中一項(xiàng)重要內(nèi)容。航跡獲取有兩種方式，一種是主動(dòng)探測(cè)，另一種是被動(dòng)獲取。所謂主動(dòng)探測(cè)就是主動(dòng)向飛機(jī)發(fā)送探測(cè)信號(hào)，根據(jù)返回的信號(hào)確定航跡數(shù)據(jù)。所謂被動(dòng)獲取，就是被動(dòng)等待飛機(jī)的航跡數(shù)據(jù)報(bào)告。 主動(dòng)探測(cè)主要是依靠雷達(dá)的探測(cè)能力雷達(dá)探測(cè)技術(shù)目前也經(jīng)歷了兩代發(fā)展[4]。第一代稱為一次雷達(dá)，只具有電磁波探測(cè)功能。第二代稱為二次雷達(dá)。二次雷達(dá)是具有詢問應(yīng)答能力，除了獲取外形、速度、位置等信息外，還可以獲得更多的飛行信息。但這種詢問應(yīng)答能力需要飛機(jī)的配合，即需要在飛機(jī)上安裝應(yīng)答機(jī)。 被動(dòng)獲取早期主要靠飛機(jī)上攜帶的電臺(tái)，由飛機(jī)員通過電臺(tái)向地面站或其它飛機(jī)語音匯報(bào)飛機(jī)的位置。但這種方式效率低，而且容易出錯(cuò)，需要一種更為精確的自動(dòng)化方式來主動(dòng)報(bào)告飛機(jī)的飛行數(shù)據(jù)。 ADS-B[5]就是目前最新的飛行數(shù)據(jù)被動(dòng)獲取技術(shù)。ADS-B 的全稱是 Automatic Dependant Surveillance -Broadcast，即廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視。ADS-B 包括了一系列標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和一系列的設(shè)備組成。這些設(shè)備包括一套機(jī)載設(shè)備用于飛行數(shù)據(jù)的獲取和計(jì)算，如GNSS（Global  Navigation  Satellite  System，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）、大氣壓高度傳感器等。還有 2 套通信設(shè)備，一套用于向周圍廣播 ADS-B 數(shù)據(jù)。這種廣播是不是一次性的，而是周期性地產(chǎn)生。另一套用于接收周圍的 ADS-B 數(shù)據(jù)。 
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1.2 國內(nèi)外研究與發(fā)展現(xiàn)狀
用 ADS-B 技術(shù)獲取航跡信息需要多方面的支持。一方面要研究 ADS-B 的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，另一方面需要建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施�；A(chǔ)設(shè)施包括飛機(jī)上需要安裝的機(jī)載 ADS-B 設(shè)備，以及需要建立的 ADS-B 地面站。 ADS-B 的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式目標(biāo)由國際民航組織（ICAO）負(fù)責(zé)，多個(gè)國家參與，共同制訂相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，如 ICAO ANNEX 10 Vol.IV[7]，ICAO DOC 9871[8]等。此外，各個(gè)國家也有自己定義的一些標(biāo)準(zhǔn)，如美國 RCTA（Radio Technical Commission for Aeronautics，航空無線電委員會(huì)）制訂的 ADS-B 標(biāo)準(zhǔn)有[9] DO-260 Minimum Operational Performance Standards for 1090 MHz Automatic Dependent Surveillance - Broadcast (ADS-B)、DO-260B Minimum Operational Performance Standards for 1090 MHz Extended Squitter  Automatic  Dependent  Surveillance  -  Broadcast  (ADS-B)  and  Traffic Information Services - Broadcast (TIS-B)、DO-249 Development and Implementation Planning  Guide  for  Automatic  Dependent  Surveillance  Broadcast  (ADS-B) Applications 等。 ADS-B 技術(shù)源于歐洲，卻在美國首先得到應(yīng)用，美國從 1992 年就開始研究 ADS-B技術(shù)，并開始逐步應(yīng)用。目前已經(jīng)全面推開，計(jì)劃到 2016 年，實(shí)現(xiàn)基于 ADS-B 全面航管服務(wù)。 歐洲由于雷達(dá)站部署比較完善，并不急于應(yīng)用 ADS-B 技術(shù)。再加上數(shù)據(jù)鏈技術(shù)方面的不兼容，造成了歐洲與國際標(biāo)準(zhǔn)的脫節(jié)。目前歐洲也逐步開始重視 ADS-B 技術(shù)的應(yīng)用，但其應(yīng)用的目標(biāo)不是替代二次雷達(dá)，而是作為二次雷達(dá)的有效補(bǔ)充。 
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第 2 章 ADS-B 技術(shù) 

2.1 ADS-B 概念 
根據(jù) ICAO 的定義，ADS-B 是一種用于空中交通監(jiān)視的技術(shù)，它通過數(shù)據(jù)鏈將飛機(jī)的飛行狀態(tài)參數(shù)，如航速、位置、高度、告警等信息，周期性廣播給周圍接收范圍內(nèi)所有的用戶。 ADS-B 是全稱是 Automatic  Dependant  Surveillance  Broadcast。這四個(gè)英文單詞也充分說明了 ADS-B 概念的內(nèi)涵。 Automatic：說明 ADS-B 是自動(dòng)運(yùn)行，不需要人為管理或干預(yù)。 Dependant：說明 ADS-B 本身不能產(chǎn)生數(shù)據(jù)，而要依賴于其它來源的數(shù)據(jù)，如 GNSS位置、大氣壓高度等。 Surveillance：說明 ADS-B 的目的就是為了監(jiān)視飛機(jī)的狀態(tài)。 Broadcast：說明 ADS-B 以廣播的形式發(fā)送飛機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)。 Dependant  Surveillance  Broadcast 是一種遞進(jìn)的操作，而 Automatic 描述了這些操作的性質(zhì)，如下圖所示 
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2.2 ADS-B 體系
從空間層次上來看，ADS-B 是一套涉及了天、空、地三個(gè)層次的綜合體系。ADS-B的一些數(shù)據(jù)來源于天上的衛(wèi)星。ADS-B 將衛(wèi)星數(shù)據(jù)封裝之后，，在空中向周圍發(fā)送，地面和空中都可以接收到。 從硬件角度來看，ADS-B包含了三類設(shè)備：數(shù)據(jù)感知設(shè)備、ADS-B OUT設(shè)備和ADS-BIN 設(shè)備。數(shù)據(jù)感知設(shè)備用于獲取飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)，如衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)、高度傳感器等。ADS-B OUT 設(shè)備用于發(fā)送 ADS-B 報(bào)文，ADS-B IN 設(shè)備用于接收 ADS-B 報(bào)文。三者的工作流程是數(shù)據(jù)感知設(shè)備獲取飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)，如速度、經(jīng)緯度、高度。此外，ADS-B 還可以從飛機(jī)的飛行管理系統(tǒng)獲取飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)。所有的 ADS-B 可以的獲得的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)通過 ADS-B OUT 進(jìn)行發(fā)送。ADS-B IN 設(shè)備隨時(shí)都可以接收 ADS-B 報(bào)文。 ADS-B 最終的目的是向下游應(yīng)用擴(kuò)展，用飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)去支撐各種應(yīng)用，如航班跟蹤、空中交通監(jiān)視、空中交通管理、機(jī)場監(jiān)控、飛行監(jiān)控等。 
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第 3 章  航跡數(shù)據(jù)的獲取與處理 .......... 8 
3.1 飛機(jī)身份的識(shí)別 ...... 8 
3.2 飛機(jī)位置信息和速度信息的獲取 .... 13
3.3 航跡數(shù)據(jù)的融合.... 24
3.4 小結(jié) .......... 30 
第 4 章  CPR 編碼與解碼 ..... 31 
4.1 CPR 編碼原理 ........ 31 
4.2  經(jīng)緯度塊的劃分 .......... 31    
4.2.1 區(qū)段的劃分 ..... 31    
4.2.2 箱塊的劃分 ..... 34 
4.3 CPR 的解碼 ..... 35   
4.3.1 全球解碼 ......... 36
4.3.2 本地解碼 .......... 38 
4.4 小結(jié) .......... 41 
第 5 章  航跡獲取與顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ......... 42 
5.1 系統(tǒng)功能需求分析 ....... 42 
5.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)類設(shè)計(jì) .... 43 
5.3 關(guān)鍵流程設(shè)計(jì) ........ 45    
5.3.1 周圍航班顯示流程 ....... 45    
5.3.2 指定航班航跡顯示流程 ...... 46    
5.3.3 飛行數(shù)據(jù)顯示流程 ....... 47 
5.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) ......... 48  

第 5 章 航跡獲取與顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 

5.1 系統(tǒng)功能需求分析 

系統(tǒng)的功能根據(jù)具體的角色相關(guān)，這些角色處于業(yè)務(wù)邏輯中的不同方面，也就是說每個(gè)角色都是只面向系統(tǒng)的與自己相關(guān)的部分功能。 本系統(tǒng)有兩類用戶角色，一類是系統(tǒng)管理員，另一類是普通用戶。系統(tǒng)管理員是最高權(quán)限的用戶，用于進(jìn)行用戶管理、數(shù)據(jù)備份、級(jí)別較高的業(yè)務(wù)邏輯處理等。普通用戶是一類權(quán)限受限用于，只能訪問系統(tǒng)所設(shè)定好的功能。 周圍航班顯示功能是以 ADS-B 設(shè)備為中心，對(duì)于周圍可以接收到 ADS-B 報(bào)文進(jìn)行解析，獲取所有的航班號(hào)，并在以列表的形式顯示。 指定航班航跡顯示是對(duì)選擇的航班號(hào)進(jìn)行查詢，確保其在可接收范圍內(nèi)。對(duì)其航班的軌跡和當(dāng)前位置在地圖上進(jìn)行顯示。 飛行數(shù)據(jù)顯示是對(duì)指定的航班的當(dāng)前飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，包括飛行的高度、水平速度、水平航向、垂直速度、垂直航向、緯度、經(jīng)度等信息。 地圖操作是對(duì)當(dāng)前地圖的顯示進(jìn)行控制，包括地圖的放大、縮小、拖動(dòng)、定位等操作。 系統(tǒng)登錄是對(duì)用戶的身份進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)于合法的用戶進(jìn)一步獲取其角色信息，根據(jù)角色賦予其功能權(quán)限。 密碼修改是針對(duì)于每個(gè)單獨(dú)的用戶的。每個(gè)用戶只能修改自己的密碼，而且在修改密碼之前需要輸入舊的密碼，防止被其他人修改。輸入新的密碼時(shí)，需要重復(fù)兩次，防止輸入錯(cuò)誤。對(duì)于用戶輸入的密碼，還要檢驗(yàn)其合法性，防止密碼過于簡單。用戶密碼要求 8 個(gè)或 8 個(gè)以上字符，包含字母和數(shù)字。 

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總結(jié)

本文工作主要是通過識(shí)別、解碼和融合過程，從 ADS-B 報(bào)文中獲取航跡數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。 完成主要工作如下：航空安全是一個(gè)永恒的話題，是民用航空業(yè)的生命線，是民用航空業(yè)存在和發(fā)展的基礎(chǔ)。馬來西亞航空公司飛機(jī)的失聯(lián)，又一次將航空安全問題擺到普通民眾的面前。航空事故因其事故嚴(yán)重性大、社會(huì)影響廣，所受到的關(guān)注度也更高。 為了提高航空安全性，出現(xiàn)了很多輔助監(jiān)視和管理系統(tǒng)，但無論是什么系統(tǒng)，最重要的是要有數(shù)據(jù)的支撐。ADS-B 技術(shù)能夠以較低的投入成本，提供飛機(jī)的飛行狀態(tài)信息。與雷達(dá)技術(shù)相比，使用 ADS-B 技術(shù)獲取航跡信息具有數(shù)據(jù)精度高、數(shù)據(jù)更新速度快、建設(shè)成本低、適應(yīng)地形能力強(qiáng)等特點(diǎn)。本文就是采用 ADS-B 技術(shù)，獲取飛機(jī)廣播的ADS-B 數(shù)據(jù)，通過對(duì) ADS-B 數(shù)據(jù)內(nèi)容的識(shí)別、解碼和融合，獲取有效的航跡數(shù)據(jù)。 歐美的發(fā)達(dá)國際由于研究 ADS-B 較早，已經(jīng)占據(jù)的先發(fā)的優(yōu)勢(shì)。所有 ADS-B 相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)都是國外制訂的，而且美國、澳大利亞等國家已經(jīng)都有了成熟的應(yīng)用。 我國還處于相關(guān)技術(shù)研究和應(yīng)用試點(diǎn)階段，未來針對(duì) ADS-B 的應(yīng)用還有很大的發(fā)展空間。 
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參考文獻(xiàn)(略)

本文編號(hào)：37799