航行新技术ADS

　　摘要：ADS-B IN作为广播式自动相关监视（ADS-B）的高级应用，目前是航行新技术研究和应用的热点。本文首先介绍了ADS-B IN在运输航空中的各类主要应用场景，对ADS-B IN技术国外政策和应用情况进行了分析，最后提出了中国运输航空ADS-B IN的应用建议，供民航业内同行参考。 

　　一、引言 

　　广播式自动相关监视（ADS-B）是国际民航组织确定的未来主要监视技术，ADS-B IN是ADS-B的高级应用，在美国和欧洲正处于航行新技术研究和应用的热点领域。 

　　ADS-B IN技术可应用于飞行的全阶段，一方面，可以实现空域系统空间上更精确的利用，以满足未来更高密度空域的需求；另一方面，ADS-B IN还能够支持时间上更精确的操作，将传统的基于间隔的空域管理体系过渡到基于时间的空域管理体系，节约航班间隔时间，提升空域容量，减少燃油损耗，同时还能够增强航班运行的可预测性。 

　　二、ADS-B IN在运输航空的应用场景 

　　ADS-B IN在运输航空的实际应用包括：空中情景意识AIRB（Airborne Traffic Situational Awareness）、进近目视间隔VSA（Visual Separation on Approach）、驾驶舱交通信息显示辅助目视间隔CAVS（CDTI Assisted Visual Separation）、增强型驾驶舱交通信息显示辅助目视间隔ECAVS（Enhanced CDTI Assisted Visual Separation）、高度层变更程序ITP（In-Trail Procedure）、间隔管理IM（Interval Management Spacing）、场面情景意识SURF （Basic Surface Situation Awareness）&场面情景意识-指示/告警SURF IA（SURF Indication Alerts）。 

　　（一）空中情景意识AIRB 

　　AIRB通过 CDTI向机组提供周围它机信息，例如，相对水平距离、它机的地面航迹、高度等，以及根据需要为飞行员提供飞机识别码和速度信息，辅助机组获取舱外它机，并提供超出视距的它机情景态势。AIRB应用于整个飞行阶段，AIRB能够提高飞行员的交通态势信息感知，尤其是没有装备TCAS的飞机，效果更加明显。 

　　（二）进近目视间隔VSA 

　　VSA是在目视进近过程中，使用CDTI辅助机组获取和维持与前一架它机的视觉接触。并将从CDTI上获取的信息与舱外目视信息建立联系，从而在进近过程中跟随前面的飞机并与其保持联系。VSA主要应用在进近阶段，其在运行过程中，机组人员必须与它机保持视觉接触。 

　　（三）驾驶舱交通信息显示辅助目视间隔CAVS 

　　CAVS（CDTI辅助目视间隔）与VSA类似，在目视气象条件下执行目视间隔进近，使用CDTI辅助机组获取和维持与前方飞机或指定它机的视觉接触。VSA与CAVS的根本区别在于，在使用CAVS过程中，当舱外它机信息短暂丢失时，机组可以继续通过CDTI获取它机信息，持续运行CAVS。CAVS应用于进近阶段，CAVS能降低目视进近的气象条件限制，提高机场到达吞吐量。 

　　（四）增强型驾驶舱交通信息显示辅助目视间隔ECAVS 

　　ECAVS是对现有CAVS功能的增强，能进一步降低目视进近的能见度要求，把CAVS航空电子设备的使用范围扩大到非目视气象条件。ECAVS应用于进近阶段，能够显著改善空管和飞行员进行目视进近时对不同天气条件的适应性。 

　　（五）高度层变更程序ITP 

　　ITP指配备合适设备的飞机在获取的信息满足ITP启动标准的前提下，机组通过执行爬升或下降机动实现高度层的变更，在机动期间可以应用更小的纵向间隔，从而提高飞行效率和安全。ITP应用主要用于无雷达海洋航路及边缘地区空域中，ITP能够使得飞行高度接近于飞机的最佳巡航高度，提升燃油效率并保护环境。同时ITP还能够帮助飞行员实现理想飞行高度，提升客舱舒适度和保障飞行安全。 

　　（六）间隔管理IM 

　　IM融合了地面系统和驾驶舱系统，空中交通管制员和机组人员结合使用该应用，以更有效地实现交通流中飞机之间的精确间隔。IM应用的目的是让飞行员实现或维持IM飞机与空管指定的它机的分配间隔目标。IM运行能够提升繁忙机场航班吞吐量、缩短飞行间隔、提升飞机运行效率。 

　　（七）场面情景意识SURF&场面情景意识-指示/告警SURF IA  

　　SURF通过CDTI为飞行员提供周围飞机和地面车辆的增强的交通态势信息，可以辅助机组在滑行、起飞和最后进近着陆阶段的操作。SURF IA是SURF 的升级，能够增强飞行员对跑道安全相关的交通信息的情景态势感知，增加飞行员及时采取行动正确处理信息的概率，对于减少跑道入侵事件和其他的场面冲突。 

　　三、国外ADS-B IN应用与政策分析 

　　（一）美国ADS-B IN应用分析 

　　美国FAA重点关注ADS-B IN CAVS、ECAVS和IM应用。FAA组织开展了基于ADS-B IN的间隔改进评估项目（ADS-B IN Retrofit Spacing Evaluation，简称AIRS演示验证）。2019年底，美国航空的A321机队（超过300多架飞机）开始加装ACSS公司的ADS-B IN设备，在Phoenix机场实施基于IM的间隔管理和CAVS进近应用，项目预计到2022年结束。该项目应用研究进程如下图所述。 

　　图1 AIRS演示验证项目实施计划 

　　AIRS演示验证项目是CAVS、ECAVS和IM应用与ATC自动化系统融合的大规模演示验证。 

　　FAA认为CAVS能够降低目视进近的气象条件限制，提高机场到达吞吐量，且不依赖于空管系统的升级，已开始部署该能力。 

　　ECAVS是对CAVS功能的增强，能显著改善空管和飞行员进行目视进近时对不同天气条件的适应性，但其需要空管自动化系统做一定程度升级和对进近程序的更改，可在近期内实现。 

　　IM能够提升繁忙机场航班吞吐量和飞机运行效率，但其依赖更加复杂的空管自动化系统升级和对飞行程序的更改，甚至需要先进的数据链技术支撑，并且会推动运行方式的转变，预期可在近期实现初始IM运行，并在中远期实现TBM环境的IM运行。 

　　同时，FAA认为ITP应用能够提高飞行员情景意识，减少巡航阶段的燃油消耗，提高飞行性能和乘客舒适度，增强偏远地区或者无雷达管制区域的飞行能力，并已开始进行ITP的能力部署。FAA密切关注SURF-IA的发展，认为其告警功能能够减少跑道入侵，提升场面安全，但目前技术标准还未成熟，仍存在技术挑战。 

　　（二）美国ADS-B IN实施政策分析 

　　美国NextGen计划的目标是将美国国家空域系统运行体系转变至基于航迹的运行（TBO，Trajectory Based Operations）。ADS-B IN是该TBO运行概念下的非常重要的子系统，可被应用于整个飞行任务的所有阶段，也是FAA NextGen计划的关键支撑技术。为推动ADS-B IN技术在美国的应用，FAA于2020年正式发布了ADS-B实施路线图，提出了对未来推动ADS-B IN应用以实现TBO全面运行的工作策略和规划建议。 

　　图2 美国ADS-B IN实施路线图 

　　为推动ADS-B IN的实施策略，FAA从4个方面同步开始进行研究和部署： 

　　1.运行概念研究和验证（Concept and Ops Development） 

　　图2中的灰色部分，预计在2023年完成。 

　　2.技术标准和设备研制（Avionics Standards&Development） 

　　图2中的绿色部分，ADS-B IN航电技术标准和适航标准的制定工作，以及后续的设备开发和认证工作，预计在2025年完成。 

　　3.ATC自动化系统升级（ATC Automation Development） 

　　图2中的蓝色部分，为最终实现IM运行，FAA将从2021年开始升级ATC自动化系统，提供指示航空器ADS-B IN能力的功能；并根据IM应用的Phase A、B、C三个阶段所需，逐步升级ATC自动化系统；在2030年以后进一步升级Data Comm功能，以适应更复杂的IM运行。 

　　4.运行方式研究（Operational Development） 

　　图2中的紫色部分，从2020年启动，伴随ADS-B IN实施的整个阶段，包括CAVS运行研究、初始IM运行研究（AIRS演示验证项目）、IM Phase A、B、C运行研究、动态TBO和DataComm环境的IM运行研究。 

　　（三）欧洲ADS-B IN实施政策分析 

　　欧洲目前ADS-B IN处在应用验证阶段，欧洲对推动SURF/SURF-IA应用改善机场场面运行安全和效率，持较为积极的态度。欧洲单一天空计划联合执行体（SESAR JU）于2019年4月发布了SESAR 2020计划。该计划确定了SESAR在2019年至2021年间的投资框架和工作方向。其中对SESAR一直持续进行的超大规模演示第二阶段包括了“机场场面管理、机场安全网和机载空中交通态势感知”演示项目，该项目包括了ADS-B IN的SURF和CAVS综合运行演示，旨在提升机场及终端区的安全和效率。 

　　四、中国ADS-B IN应用建议 

　　对中国民航运输航空ADS-B IN应用的建议如下： 

　　（一）建议持续跟进研究国外运行实施情况 

　　保持对ADS-B IN技术发展情况和美国、欧洲ADS-B IN运行实施情况的持续跟进，研究ADS-B IN技术在FAA 的TBO运行中提升安全和效率的典型案例和成功经验，为国内的ADS-B IN应用提供借鉴。 

　　（二）建议制定中国民航ADS-B IN实施路线图 

　　依据ADS-B IN技术当前发展情况和欧美应用实践，结合中国民航运输航空运行需求，建议考虑制定中国民航ADS-B IN实施路线图，将运输航空ADS-B IN技术应用分为近期、中期、远期三个阶段。近期（2020-2025）开展ADS-B IN各项初级应用试点验证；中期（2026-2030）开展初级应用试点运行、高级应用（IM）试点验证；远期（2031-2035）开展高级应用试点运行。 

　　（三）建议加快ADS-B IN应用配套的保障能力建设 

　　由于ADS-B IN技术应用是建立在航空器ADS-B OUT能力基础条件上，一方面应当确保中国民航ADS-B机载设备加改装政策的实施效果；另一方面还需考虑开展中国民航航空器ADS-B OUT性能监测平台建设及异常情况保障体系建设，持续确保航空器ADS-B OUT能力满足ADS-B IN运行要求。 

　　（四）建议出台ADS-B IN设备标准和运行规范 

　　研究制定ADS-B IN相关设备的技术标准、适航标准和运行规范，为ADS-B IN的应用运行提供指导。由于通用航空与运输航空都使用1090MHz链路，还应考虑制定通用航空ADS-B技术运行规范，以保障运输航空ADS-B IN运行安全。 

　　五、结束语 

　　ADS-B IN是实现航空系统现代化，向航行新概念进化的关键技术之一。ADS-B IN能够用于飞行的全阶段，显著提升飞行安全，提高空域运行效率，并能促进高密度空域的更高效运行。ADS-B IN技术在国内运输航空的应用，将有力助力民航强国建设，促进民航高质量发展。（作者：何东林 中国民用航空局第二研究所）