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ADS-B在美国空中交通系统中的下一步发展

发布时间:2021-11-29 23:10:25
新闻来源:《国际航空》 张阳帆 陈蕾
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发布时间:21/11/29 23:10
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新闻来源:《国际航空》 张阳帆 陈蕾

       FAA对广播式自动相关监视(ADS-B)的空域授权已经实施了一年多.虽然仍存在很多问题,但FAA正与航空公司及航电设备制造商合作,推动其在空中交通系统的进一步应用发展。

       ADS-B是利用空地、空空数据通信完成交通监视和飞行信息传递的一种监视技术,由多地面站和机载站构成,以网状、多点对多点方式完成数据双向通信。监视数据可来自不同的机载数据源,包括水平位置、气压高度等。机载ADS-B 应用功能可分为发送(OUT)和接收(IN)两类。

       迄今为止,美国联邦航空局(FAA)针对广播式自动相关监视发送(ADS-B Out)的空域授权已经实施了一年多。虽然ADS-B作为美国空中交通系统最新的主要监视手段仍存在航班ID问题,但FAA正与航空公司及航空电子设备制造商合作开发新的ADS-B应用程序和标准,以期解决现有问题。

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       01  ADS-B的现状与问题

       当前,FAA针对ADS-B的工作重点是解决呼号不匹配(CSMM)问题,即航空运输和通用航空飞机上的ADS-B Out收发器正在广播的飞行ID,与飞行员提交的飞行计划中的飞机ID无法匹配。ADS-B收发器广播的19位信息包含飞行ID以及通过GPS获得的高度、速度和位置等。

       在2021年8月5日举行的网络研讨会中,FAA的航空安全检查员詹姆斯·肯尼表示,FAA在5月份通过通用航空公司的飞机收发器观测到了2293条呼号不匹配问题。肯尼认为,呼号不匹配情况主要是由三个原因造成的:第一点是ADS-B收发器的飞行ID字段在安装过程中编程错误;第二点是航空表演运营商等组织使用了未认证的呼叫信号;第三点是相关维护事件,例如在设备维护中,电池断开或航空电子设备断电时,ADS-B收发器中的航班ID字段会重置为出厂默认设置。

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       据FAA表示,呼号不匹配的原因之一是当飞机进行维修且电源与飞机断开时,ADS-B装置的飞行ID字段将重置为出厂设置。

       FAA目前正在就呼号不匹配问题与航空公司接洽,并已取得了一些进展。呼号不匹配现象目前虽仍存在,但对飞行员开展了大量的培训教育活动后,该问题的影响已不像过去一样严重。

       FAA与航空公司除了调查ADS-B的飞行ID问题以外,还在调查不良发射器问题(NPE)。NPE是指配备ADS-B Out的飞机不符合FAR 91.227的合规要求(例如飞机发送的重量值不正确等)。2021年4月起,FAA改变了每月为ADS-B传输记录NPE的方式,消除了飞行员或机组相关的类似呼号不匹配等错误。

       FAA目前正使用新程序处理ADS-B的诸如操作、设备等问题,但截至目前,FAA尚未彻底调查通用接入收发器和1090兆赫扩展电文(1090ES)发射器之间的NPE差异。


       02  ADS-B为航空公司带来运行效益

       就大多数飞行员而言,ADS-B Out仅作为监视来源,并不是飞行操作优势的主要促成因素,但其操作优势已经逐渐体现。ADS-B给国家空域系统带来了重大升级,将监视范围扩大到了FAA以前没有大量雷达覆盖的机场和地区。

       随着航空公司新增了多条美国境内航线,扩大监控和ADS-B的范围可能带来很多好处。西南航空公司新增的航线目的地包括科罗拉多州的一些山区,该公司的整个波音737机队均配备了ADS-B Out收发器。虽然无线电波无法穿透山区,但ADS-B地面站却可以延伸到那些无线电波难以到达的地区。

       西南航空公司的技术飞行员兼空域和导航项目经理特雷·特纳表示,新增的目的地没有传统的雷达覆盖或空中交通服务,但配备ADS-B以后益处显而易见。例如,科罗拉多州汽船泉市的HDN机场和特鲁里得市的MTJ机场均部署了广域多点定位(WAM)服务,使得位于丹佛的航路交通控制中心可以对HDN机场内装备有ADS-B的飞机进行监视。西南航空公司往返夏威夷的飞机同样配备了ADS-B设备,实现了基于性能的通信与监视(PBCS)。

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       西南航空公司的整个机队都配备了ADS-B,包括这架从丹佛国际机场起飞的737飞机。

       虽然ADS-B的优势在短期内很难被飞行员认可,但据美国航空公司飞行员协会(ALPA)表示,由于ADS-B的监视质量比雷达更好更快,因此ADS-B可以改进对短期飞机轨迹的预测。事实证明,ADS-B在雷达停机期间提供不间断的监视。

       FAA在迈阿密航线交通控制中心进行星基ADS-B测试期间,能够在巴哈马群岛的一个雷达中断期间持续监视加勒比海地区装备了ADS-B的飞机。若没有ADS-B,在雷达停止使用时,FAA将被迫使用程序间隔,这将降低效率并带来安全风险。

       ALPA观察到的大多数飞行运行效益都来自以星基ADS-B为特征的海洋地区。例如,由于ADS-B数据能够向搜救人员提供飞机着陆点的飞机位置信息,可用于在迫降或坠机后营救飞行员。ALPA还支持将星基ADS-B与所需的通信性能结合使用,以进一步减少在海洋空域飞行时所需的航班间隔。


       03  第3版应用标准和ADS-B In持续发展

       大多数行业专家认为,ADS-B在为航空公司提供航班运营效益方面的下一步是在显示器上使用ADS-B。

       航空无线电技术委员会(RTCA)186特别委员会在过去十年中一直负责ADS-B的标准化以及持续改进和扩展工作。

      186特别委员会最新发布的1090ES ADS-B第3版最低运行性能标准增加了可用信息(例如,天气信息、频谱监测和空速),支持新的尾迹湍流应用,并增强了天气预报、航班间隔管理等功能。186特别委员会目前正在开发DO-282C,对ADS-B第3版的通用接入收发器(UAT)最低运行性能标准作进一步更新。除此之外,186特别委员会还计划创建DO-260C的变更文件,以解决DO-260C自发布以来发现的错误。

       美国航空公司已承诺为其整个A321机队配备哈里斯公司生产的SafeRoute+系列驾驶舱显示器,以率先实现广播式自动相关监视接收(ADS-B In)效益。目前,A321机队正在升级过程中。

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       美国航空公司正在为其整个空客A321机队配备ADS-B显示屏,此图显示了美国航空公司在2019年12月使用ADS-B技术进行的飞行试验。

       联合飞行员协会(APA)安全委员会表示,引入ADS-B制导显示器后将提供很多新的功能,飞行员可通过iPad电子飞行包中的远程学习模块、机队公告以及空客A320 Crewcast(播客)剧集等方式了解ADS-B In/Out的相关资料。

       联合飞行员协会鼓励飞行员尽快熟悉新工具,并在定期飞行期间使用驾驶舱交通信息显示(CDTI)辅助目视间隔(CAVS)功能,这是一种基于ADS-B In监视系信息的飞行运行应用,能够提高间隔安全性。此外,基于ADS-B的间隔管理(IM)和其他应用程序的演示和部署也将持续进行。在抵达繁忙机场时,使用间隔管理应用程序的飞行员可以更好地控制飞机的间隔,空中交通管制员可通过该应用联系特定飞机的飞行员,告知他们间距目标、飞机应飞行的轨迹以及前方飞机的ID,以便在飞机进入机场时为飞机提供理想的间隔。随后,屏幕上将显示结果供飞行员查看,以帮助其确定飞行速度,跟随指定的飞机并保持安全距离。


       04  结束语

       总体来看,ADS-B可以提高航班的安全性,并为航空公司带来更高效的飞行。联合飞行员协会将与FAA、国家空中交通管制员协会(NATCA)以及其他航空业利益相关者在ADS-B方面携手合作,推动美国国家空域系统的发展。




(张阳帆,陈蕾,中国航空工业发展研究中心)

本文已发表于《国际航空》2021年第11期







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相关法规
广播式自动相关监视(ADS-B)在飞行运行中的应用(2008,现行有效版本)

广播式自动相关监视(ADS-B)管制运行规程(2011,现行有效版本)

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