ADS-B系统数据质量研究

DOI:10.19392/j.cnki.1671-7341.201819085

科技风2018年7月

ADS-B系统数据质量研究

张彦伟

民航新疆空中交通管理局　新疆乌鲁木齐　830011

摘　要:ADS-B作为一种新型的监视手段,正在被中国民航大规模的试验与应用,为了配合航空管制人员的管制需求,加快ADS-B技术的应用,民航组织在制定相关标准、设备改装、地面基站建设、技术论证与运行试验等方面投入很多资源。在国家大力推进ADS-B实施的情况下,新疆地区先行,作为第一个将ADS-B技术正式应用于实际运行中的地区。ADS-B数据质量的优劣会直接影响到监视数据的处理和应用,但影响其数据质量的因素又是多方面的,所以对ADS-B数据质量进行详尽的分析评估就显得十分重要。从ADS-B基础数据入手的针对1.4以上版本的监视数据的进行分析研究,对ADS-B数据接入监视系统有非常重要的意义。

关键词:ADS-B;数据;质量分析1绪论

ADS-B(Automatic-Dependent-Surveillance-Broadcast,广播式自动相关监视)是利用空一地、空一空数据通信完成交通监视和信息传递的一种航行新技术。ADS-B作为民航局空管局大力推广应用的新型监视技术手段,在2017年取得了很大进展。新疆作为全国首个以ADS-B为空中交通管制监视依据的地区,正式上线运行。经过几年的测试性运行在积累了一定的经验之后,ADS-B系统终于从幕后走到台前,与此同时对ADS-B数据的依赖性也大幅提升。新的环境、新的要求也是新的挑战,对ADS-B的数据质量也提出了更高的要求。对ADS-B数据质量进行研究分析,把无效的、不可靠的数据隔离在监视数据处理之外将大幅提高空中交通管制效率。

2ADS-B技术2.1技术简介

ADS-B技术是一种飞行器通过机载导航设备获得的飞行器飞性状态数据(高度、速度、方位)等相关信息进行解析后,按照国际民航组织确定的相关标准格式组成报文,通过(地空、地地)数据链路,按照一定的发送规则进行广播式发送,ADS-B可使用下列三种数据链:

VDL-4(模式4甚高频数据链)工作于VHF频段(108~136.975MHz),单信道带宽25khz;数据率19600bps,调制方式为GFSK。

UAT(通用访问收发机)工作于单一宽带信道,设计频段为978MHz;数据率1Mbps调制方式为GFSK。

1090ES(S模式的基于异频雷达收发机的1090ES数据链)工作于传统二次雷达使用的1090Mhz频段。数据率为1Mbps,调制方式为PPM。目前,1090ES数据链路应用最广。

ADS-B地面站接收到飞行器发送的报文后进行解析,然后通过多种数据传输链路(路由、卫星、微波等),传输至ADS-B数据站及数据中心进行后续处理,发布给相关的用户。

2.2应用现状

中国民航在先后在成都至拉萨航线ADS-B试验性运行,将航路飞行间隔大幅降低;成都至九寨沟、中国南海海域开展了ADS-B测试验证工程。民航在管制、传输、基站建设等方面取得了大量经验,为ADS-B的推广应用奠定了基础。在国家大力推进ADS-B实施的政策引导下,新疆地区作为第一个将ADS-B技术正式应用于飞行服务的地区起到一个很好的带头作用,这使得ADS-B技术的优势更加凸显,必将会加快ADS-B在全国的推广。

3ADS-B数据质量因素以及分析

ADS-B是一种基于卫星定位系统(GPS、北斗等),并依赖于地面基站以及数据处理中心的监视手段。决定ADS-B监视数据质量的关键因素,也主要来自信号传播、地面基站数据传输以及数据中心数据处理能力三个方面。

3.1ADS-B信号传播

ADS-B(OUT)主要工作在1090MHZ频段,与二次雷达工作94

频段相同。无线电信号可能会被干扰,主要包括同频率干扰、邻频道干扰、带外干扰、互调干扰和阻塞干扰等。干扰将导致性能下降,质量恶化,信息误差或者丢失,甚至阻断了通信的进行。

信号干扰主要来自周围电磁环境,恶劣的电磁环境将直接影响到ADS-B数据质量。所以在ADS-B基站选址之前要对周围电磁环境进行检测,将周围电磁环境不符合要求的待选地址排除。在ADS-B基站建站之后,要对基站工作频段进行实时监控当发现异常要及时排查。

3.2ADS-B数据传输

ADS-B基站接受到飞行数据后,多采用私有(专用网)或者公有网络(Internet)将数据传送至数据处理中心。网路数据传输主要有三种通信传输模式单播、组播(多播)以及广播。

单播是接收端与发送端之间的端到端连接。“端到端”指每个需要接受信息的用户都从发送端接收远程流。仅当用户发出申请时,才发送数据流。组播简而言之就是一对一组的通讯模式,即只有在相同组的用户才可以接收到此组内的所有数据,而在网络传输中只向有需求的用户复制并转发其所需数据。这样仅通过一次数据传输就可以将数据发送给多个有需要(加入组)的用户,又能确保不在组中的用户通讯不受到干扰。广播可以理解为一对所有的通讯模式,在网络传输过程中,网络会对其中任何一个用户发出的数据包都进行直接转发,所有在网用户都不管你是否需要这个信息,你都会接收到这个信息。广播不需要进行路由选择,所以其网络成本十分低廉。

单播通过网络对每个用户发送数据流,总流量=用户数×用户流量;在用户多或者每个用户都产生巨大流量的活动中,网络传输将无法支持庞大的数据流。现有的网络带宽是金字塔结构,如果全部使用单播协议,将造成网络主干不堪重负。

广播就是网络向网内每一个用户都同时发送数据包,不论这些用户是否需要这个数据包。如果仅仅通过路由器、交换机等网络设备控制其传输,那么将极易产生广播风暴。广播风暴(broadcaststorm)简单的讲是指当广播数据拥塞整个网络,并占用大量网络带宽,导致网络业务运行缓慢,甚至彻底崩溃,这就发生了“广播风暴”。

组播从根本上解决了单播传输效率低以及广播风暴的问题。当网络中的某些用户需求某个或者某组数据时,数据源只需要发送一次数据,组播便可以通过路由器并借助相关协议为数据包建立树型路由,使信息在最恰当的分支点才开始复制和分发,从而达到最优的传输效果。

ADS-B基站建设必定是大规模且成系统的,对数据的实时性、可靠性以及稳定性要求很高,所以做好详细的IP地址规划以及网络拓扑设计是十分重要的。选择组播为数据传输的模式,能有效提高数据传输效率并能有效避免广播风暴,降低由传输链路带来的运行风险。(下转第97页)

　科技风2018年7月

过改造后大森数控机床的工作效率明显提高,对复杂零件的加工精度也进一步提高,数控机床中的自动换刀系统、润滑装置、主轴系统性能等都比改造前有了明显提升,可靠性能佳。在试运行中,机床在工作中可实现多次换刀,未出现异常。

5结语

本次研究项目的顺利完成不仅可以增加可用设备,节约再购置资金,而且还可以使专业教师掌握数控设备机械硬件和电路连接等专业知识极其工作原理,提高教师维护和维修机电设备的技能水平,为今后系部设备的维护维修,开展相关专业的教学和节约设备维护成本提供有力保障。本文通过对FANUC系统支持下大森数控机床进行改造,一方面说明了改造对提升数控机床性能的重要作用,另一方面也说明了改造对数控机床长期使用的重要性。本次研究重点对FANUC系统及大森数控该机床的结构特性进行了分析,并对经过改造后得到的数控机床的实际运行效果进行了全方位地评估,发现经过改造机械零件的加工效率大大提高,产品质量也进一步提升。

参考文献:

[1]卜祥正.基于FANUC系统的普通铣床6M612的数控

电子信息

化改造[J].山东工业技术,2017(03):1-2.

[2]祝战科.依托世界一流技术创新高职专业人才培养模式的研究与实践———陕西工业职业技术学院FANUC数控系统应用中心运行实践[J].继续教育,2016,30(12):47-49.

[3]王强.FANUC系统U盘传输加工程序的设计与实现[J].设备管理与维修,2014(S2):126-128.

[4]尹昭辉,周礼根.FANUC系统在数控车床改造中的应用[J].机床与液压,2013,41(10):185-187.

[5]牛志斌,李文斌,武俊光.FANUC系统用户自定义软操作开关功能的实现[J].制造技术与机床,2012(11):157-160.

[6]刘旭,杨世光.CA6163型机床进给系统数控化改造中纵向同步带传动副的选型与计算[J].科技信息,2012(19):323.

项目成果:本论文为浙江交通技师学院《大森数控车床系统改造方案研究》项目阶段性研究成果

作者简介:方韶剑(1984-),男,本科,职称讲师,研究方向:机械加工制造。

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(上接第94页)

3.3ADS-B数据处理

ADS-B数据处理是ADS-B为民航系统提供监视服务的最后一关,从数据层面剔除异常的、无效的以及错误的数据将有效提高空管监视系统的服务质量。

首先,检查ADS-B数据中的数据源项,提取其中的SAC和SIC,并和用户规定的数据源表进行比对,以检查数据来源的合法性。

其次,数据处理时应能对接收到的ADS-B数据的完好性(NUC、NIC、NAC、SIL)作必要的检查,能正确检测并处理异常的ADS-B数据。当ADS-B位置报告数据的精度指标,NUC值低于5或者NIC低于6或者SIL低于2时,应当对数据进行隔离,根据需求确定是否将数据输出。提取ADS-B数据处理的各类时标数据项,并根据时标的类型进行数据验证、传输延迟判定、位置或高度补偿等合理的应用。其系统处理时间延时应控制在100毫秒以内。当时标有效性超出用户设定值时,相应的ADS-B数据应予以丢弃处理,并通过预推算法补全航迹数据。

其系统刷新率不应低于相同环境下的航管雷达系统数据刷新率。

最后ADS-B数据处理应当根据速度以及上升下降率相关数据,建立系统航迹模型并形成经验曲线,根据经验曲线与ADS-B数据进行比较形成系统航迹,提高系统航迹精度。

4小结

经过近几年的运行测试总结运行当中暴露来的问题,不难发现ADS-B系统数据质量的高低主要取决于信号传播、数据传输以及数据理能力三个方面。选择适合建站场地;建立相对完善的网络传输拓扑;制定合理的数据筛选规则才能有效提高ADS-B数据的数据质量。

参考文献:

[1]沈笑云,唐鹏,张思远,焦卫东.ADS-B统计数据的位置导航不确定类别质量分析[J].航空学报,2017-1.

[2]张军,刘伟,朱衍波.ADS-B数据评估技术研究,Chi-neseJournalofAeronautics[J].2011-8.

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(上接第95页)当对周边场景进行优化处理,减少贴图数量,其次在提取贴图照片的过程中应当严格控制质量,对已选中的贴图也要进行严格的处理。利用“挤出”与“放样”命令对放样模型图形的步数与路径数进行优化处理,删除掉模型中看不到的面,最大限度的减少计算机的运算次数。

在对真实效果场景进行贴图处理的过程中,要尽量保证贴图的清晰度,在次基础上减少贴图的分辨度,为了减少细节上的损失,提高虚拟现实的系统速度,在注重效果的同时,减低分辨率是最好的选择[3]。

四、结语

综上所述,作为一名工程师,就必须要掌握3Dsmax技术,

它能够实现对场景的逼真刻画,且与传统的计算机软件相比,3Dsmax与Vue插件的结合更加的便捷实用,其所显示出的完美也是其他软件无法比拟的,因此在现在建筑工程设计中,必须具备3Dsmax技术的应用能力。

参考文献:

[1]倪烨.3DSMAX在虚拟场景建模中的应用分析[J].无线互联科技,2016,(22):142-143.

[2]石芸.基于微课的《3DSMAX》课程教学研究[J].信息与电脑(理论版),2017,(07):231-232.

[3]赵青,李欣亮.基于3DSMAX的虚拟现实建模技术研究[J].电子技术与软件工程,2016,(02):84-85.

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