廣播式自動回報監視（ADS-B）系統

中華航空公司 王泰程

壹、 前言

由於全球各國商務往來、旅遊業等的日益發展，國與國之間的

航空運輸需求增加，航線航班日漸密集，導致各地區空域的空中交通瀕臨相當擁擠的程度；傳統的航管系統逐漸無法應付現今的航管需求。因此，在各空運航線密集地區航管單位積極地尋找新的航空管理方法或技術，於是新一代的飛航管理 (Air Traffic Management) 與重新整合通訊、導航、監視 (Communication-Navigation-Surveillance) 的概念應運而生。相較現有的雷達系統，廣播式自動回報監視（ADS-B）系統更精確、全面及可靠，通過 ADS-B系統，空中交通管制員監視器上顯示的飛機更新更快，同時亦能提供顯示飛機型號、呼號、方向、高度及速度等資訊。

ADS-B系統在全美範圍內的部署工作將於 2013年完成。整個

網路需要 800台 ADS-B地面基站，目前已經安裝了 300多台；美國聯邦航空總署（FAA）規定，到 2020年，所有在美國空域飛行的飛機都必須要安裝 ADS-B系統。

圖一 (摘錄自 Airbus FAST Technical Magazine )

貳、 CNS/ATM的架構及運作

國際民航組織 (ICAO) 鑑於航空運量的快速成長，各國間航航班

日益頻繁，以目前的傳統輔助導航設施、程序、規範等，已漸漸不勝負荷飛航管制業務，為解決未來將更加沉重的飛航管制業務、通訊不良、航路擁擠等狀況，國際民航組織 (ICAO) 在 1983 年成立未來空中導航系統 (FANS) 特別委員會負責研究、鑑定和評估航管領域中新的觀念和新的技術，經過 FANS 委員會研究後，在 1988 年提出結論，認為現有飛航管制系統受到種種設備上的限制，無法有效大幅提昇航管效益，更無應付決未來航空業界將面臨許多在飛航管理上的挑戰，必需以全新的通信、導航、監視 (Communication, Navigation, Surveillance-CNS) 的技術，來支援或汰舊換新飛航管理 (Air Traffic Management-ATM) 上的傳統輔助導航設施、程序、規範等。

完整的 CNS/ATM 觀念由 ICAO 於 1991 年第十屆航空導航

會議中提出，並獲各會員國認同，會議上同時建議 ICAO 擬訂全球合作計畫，並由各區規劃實施。根據 ICAO CNS/ATM 執行工作小組的規劃，CNS/ATM 將自西元 2000 年起逐步開始與傳統系統平行運作，並以西元 2010 年為目標年。

CNS/ATM 的主要架構包括：

通訊 (Communication)：以資料連結 (Data Link) 為主，在資料傳遞上，以資料連結與語音通訊並行作業，在越洋通訊上，以衛星通訊 (SatCom)，取代高頻通訊 (HF)。 導航 (Navigation)：以衛星導航 (GNSS) 為主 ，衛星導航取代地面輔助導航設施，如 VOR/DME 及 ILS 等系統。 監視 (Surveillance)：以自動相關監視 (Automatic Dependent Surveillance, ADS) 為主，自動相關監視將取代越洋飛航之語音位置回報，以及航路或終端時的雷達功能。 飛航管理 (Air Traffic Management)：以飛航管理為主，結合CNS 環境，以飛航管理取代程序管制，允許較小的航機間隔，容納更大流量航機在最佳航路中順暢飛行。

圖二 CNS/ATM 的主要架構

(從 http://www.ads-b.com摘錄)

CNS/ATM 的運作

通訊、導航、監視與飛航管理系統（CNS/ATM）的主要架構就是利

用新的電腦技術與衛星科技，讓航空器的通訊性能、導航性能、監視

性能能夠大幅提昇，成為一個無間隙的飛航環境，因此有足夠的資源

與技術可以建立飛航管理系統，讓飛航更順暢、空域能夠具有更大的

使用彈性，並能夠充分的使用電腦自動化系統，降低管制員與飛行員

的工作負擔，避免人為疏失所可能造成的危險。

圖三 CNS/ATM 的運作圖

(從 ”台北飛航情報區ADS-B 數據鏈的建構”摘錄)

參、 廣播式自動相關監視(ADS-B)系統

在新的航空管理系統中，航空交通監視的部分主要是依靠廣播式

自動相關監視系統（ADS-B）來取代現有的傳統主動搜尋雷達監視，ADS-B系統利用精確的全球性衛星定位 (GPS) 獲得航機位置資訊，藉由完善的通訊系統以廣播的方式傳遞給附近的使用者，以達到更安全、更有效率的飛行。而且 ADS-B 的運作較不受環境與地形因素的影響，可以提供較為完整而連續的運作，且利用數據化的資料有較傳統監視系統更大的運作彈性，目前世界各國已積極地在發展 ADS-B 的相關技術。

什麼是廣播式自動相關監視(ADS-B)系統？

ADS-B 是廣播式自動相關監視系統，亦即一種航空交通監視系

統，而且是使用全球性導航衛星系統、航機的航電設備和地面基礎設施，能夠在航機和航管地面站 (air-to-ground即 aircraft to ATS) 或是空對空 (air-to-air即 aircraft to aircraft) 之間準確和迅速自動地傳送飛航訊息；其中包括有航機的識別、位置、高度、速度和其他數據或資訊。

在現今空中交通管理，ADS-B 可以說是徹底的新技術，是整合「通信-導航-監視」技術運用。已經被證實和認證作為可行低成本的替換傳統雷達成為常規雷達，ADS-B允許飛行員和航管人員 「比以前更能看得見」 且控制航機以更為精確和涵蓋更大百分比的地表範圍。

圖四 (從 http://www.ads-b.com摘錄)

( ADS-B )是代表字首字母的縮寫詞：

圖五 (從 http://www.ads-b.com摘錄)

Automatic – It’s always ON and requires no operator intervention 自動 - 系統一直在運作且無需操作者介入

Dependent – It depends on an accurate GNSS signal for position data 相關 - 它取決於一個準確 GNSS訊號為位置數據

Surveillance – It provides “Radar-like” surveillance services, much like RADAR 監視 - 它提供「雷達似的」監視服務，很像雷達

Broadcast – It continuously broadcasts aircraft position and other data to any aircraft, or ground station equipped to receive ADS-B 廣播 - 它對裝有可接收 ADS-B訊號設備的其他任何飛機或者地面

站連續廣播航機位置和其他數據

ADS-B系統是如何的運作？

圖六 (從 http://www.ads-b.com摘錄)

ADS-B系統的組成

地面站基礎設施 (Ground Station Infrastructure)

ADS-B 地面站設備包括一個接收器單位、天線和一臺站點顯示器。

不同於雷達，ADS-B所佔用地基和功率需要量是相當小的；除了電

池，也能利用太陽能和風力作為產生的電能來源，所以 ADS-B地面

站可以安裝在較為偏遠地區。

Atigun Pass, Alaska Typical

solar-powered shelte

Receiver Unit

航機機載設備 (Aircraft Avionics)

與 ADS-B系統功能有關的主要機載設備包括數據鏈系統、GNSS 接

收機及 IN功能所需要的CDIT (Cockpit Displayed Traffic Information)

等。即

a. Mode-S 1090ES Transponder

b. GNSS Receiver

c. 1090ES Receiver。目前唯一用來接收並解碼 1090 MHz 訊息的

航電設備，安裝在 TCAS Computer 上。未來，依性能需求，ADS-B

IN 接收機也可能安裝在航機的其他組件上。

雖然一些次級雷達 (SSR) 的答應機可以用於 ADS-B 信號，但是不

包含 SSR 答應機功能、獨立的 ADS-B機載航電系統亦可以滿足

ADS-B 功能要求。

圖七 (從 Honeywell ”ADS-B Industry Day”摘錄)

圖八 (從 Honeywell ”ADS-B Industry Day”摘錄)

系統的數據連結(Data Link)

ADS-B可以使用幾不同的數據連結技術對地面站或航機播送數據或

相關訊息。

圖九 ADS-B 系統運作圖

(從 ”台北飛航情報區ADS-B 數據鏈的建構”摘錄)

Mode-S Extended Squitter 1090 (1090 ES)

1090MHz S模式擴展自發電文數據鏈（1090 ES）是國際民航組織

ICAO推薦的、全球可互用的 ADS-B地空數據鏈。

Universal Access Transceivers (UAT)

UAT數據鏈，是美國 FAA 提出的一種數據鏈路格式，工作頻率在

978MHz，雙向傳輸。在小型通用航機普遍選裝的"通用訪問電臺"

（UAT）上開發的地空雙向數據鏈。

1090 ES與 UAT

選裝不同數據鏈裝備的航機之間不相互通信，（除非航機同時選裝

了兩種資料鏈設備）。很顯然，1090 ES數據鏈通信主要用於高空

航路運行，目的是改善空中交通管制監視能力；而 UAT數據鏈通信

僅用於低空運行的通用航空飛行活動，目的是改進航機的空中避撞

能力和飛行情報截獲能力。

VHF data link (VDL Mode 4)

VDL Mode 4 是由瑞典民航局主導發展，ICAO Aeronautical Mobile

Communications Panel (AMCP) 所命名，歐洲體系大力提倡 VDL

Mode 4，認為只有 VDL Mode 4 可以提供即時、雙向溝通的航空應

用及 ADS-B 的功能。

利用 VDL Mode 4 可以提供空對空自由傳播，不需地面站支援，是

作為 ADS-B 通訊的最佳媒介，利用 VDL Mode 4，ADS-B 使用者

可以相互傳遞所需的信息。藉由 VDL Mode 4 作為數據通訊的

ADS-B，可以免去傳統雷達昂貴且複雜的地面旋轉雷達，降低地面站

架設及維修的費用。應用 VDL Mode 4 的 ADS-B 地面站僅需簡單

的一個 VDL Mode 4 答應機搭配一個天線即可完成架設，所需的成

本低廉、裝備簡單且維修容易。

ADS-B〝OUT〞及 ADS-B〝IN〞

ADS-B是使用 GNSS、航機航電裝備和地面基礎設施，在航機和 ATC

之間的監視系統準確地和迅速傳送飛航訊息。 ADS-B包括二個作用：

ADS-B out和 ADS-B in。 ADS-B out，定義為必須能夠傳送 ADS-B

訊息，是運作系統的核心。從地面和直接地從其他航機能夠收到和顯

示 ADS-B訊息和廣播服務，稱為 ADS-B in。

圖十 (從” Automatic Dependent Surveillance – Broadcast (ADS-B) Study and

Implementation Task Force”摘錄)

何謂 ADS-B〝OUT〞？

ADS-B發射器能將航機的識別碼、位置和高度，顯示給航管人員。

信號從航機大約每 1秒被廣播出來，如果航機在 ADS-B 地面站的涵

蓋面之內，數據可以傳遞給 ATC設施，用於提供空中交通服務資訊。

圖十一 (從” Automatic Dependent Surveillance – Broadcast (ADS-B) Study and

Implementation Task Force”摘錄)

圖十二 (從 ” ADS-B, Automatic Dependent Surveillance-Broadcast”摘錄)

何謂 ADS-B〝IN〞？

ADS-B IN具體的運用仍在發展中，航機也許也裝備了 CDTI (Cockpit

Display of Traffic Information) 和相關的接收器 (例如 TCAS

Computer …等航電設備)，藉以接收航機的廣播訊息、或地面站所傳

播的導航、地形警示、氣象雷達和交通服務等資訊。

CDTIs也許是手持或是固定的且與其他系統結合，如同移動式的導航

地圖顯示器。

圖十三 (從” Automatic Dependent Surveillance – Broadcast (ADS-B) Study and

Implementation Task Force”摘錄)

圖十四 (從 ” ADS-B, Automatic Dependent Surveillance-Broadcast”摘錄)

肆、 ADS-B系統對於航管及飛航安全上的助益

日益繁忙的空中交通，對於飛行員與航管人員工作負荷及壓

力的承受能耐是一大挑戰，ADS-B系統的發展提供了一些助益。

a. 利用 ADS-B 的 CDTI 顯示系統，使飛行員有完整且清晰的飛行狀態顯示，獲得更多的飛行資訊，增加航路及終端地區的飛航安全。

b. 藉由 CDTI 及數據化的通訊系統，減少飛行員與航管人員間的溝通問題。

c. 利用 ADS-B 的 CDTI 及空對空通訊能力，加強航機自主監視的能力，減少航機不必要的接近所引發的危險，減輕航管人員的負擔，增加飛航安全。

d. ADS-B 整合 TCAS 可以提高防撞系統的能力，增加碰撞預警的範圍，並能夠在危險可能發生的時候提出解決方案，減輕飛行員的壓力及 TCAS的誤判。

圖十五 (從 ” ADS-B for Dummies – 1090 MHz Extended Squitter”摘錄)

e. 在越洋及偏遠地區利用 ADS-B 配合 ADS-A (Automatic

Dependent Surveillance-Addressed，點對點)，提供強化的監視能力，保障航機在目前無導航監視功能的地區飛航安全。

f. 藉由 ADS-B 可以加強機場平面的監視能力，預防跑道入侵、航

機走錯跑道等問題，增強機場平面的安全性，並可提高機場的管理及使用效率。

g. ADS-B 的監視範圍包含機場、航路及進場區域，提供航機機場到機場的全面監視能力，單一的導航監視系統，更可以降低飛行員儀器操作上的複雜度。

伍、 結語

ADS-B系統概念產生與發展，利用新觀念想法，非但減低飛

行員與飛航管理人員得工作負擔，更是提了升飛航管理上的品質效率以維護飛航的安全。

就航空公司來說，在航空用油成本高的時期，航管的品質效

率提升間接也使航機減少在等待上的油耗，節省營運成本。 當然，有了新觀念和新技術是可以提升品質效率，但是後續

的維持是必要的。所以就航空公司而言，航機維護要求絕對的品質不可有折扣，除了符合公司營運航機派遣的需求，更要能配合飛航管理上的要求，以達成共同維護空中交通飛航安全目的。

陸、 參考資料

‧ Australia Government Civil Aviation Safety Authority (CASA)，

〝ADS-B, Automatic Dependent Surveillance-Broadcast〞(http://www.casa.gov.au/pilots/download/ads-b.pdf).

‧ International Civil Aviation Organization (ICAO)〝Automatic

Dependent Surveillance – Broadcast (ADS-B) Study and

Implementation Task Force〞Brisbane, Australia, 24-26 March

2003 (http://www.icao.int/icao/en/ro/apac/adsb_2003/wp09.pdf). ‧ FAA〝Surveillance and Broadcast Services〞

(http://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/ato/service_units/enroute/surveillance_broadcast/).

‧ NAV Canada〝ADS-B Hudson Bay Implementation〞

(http://www.navcanada.ca/ContentDefinitionFiles/Services/ANSPrograms/ADS-B/ADS_B_Brochure_EN.pdf).

‧ NAV Canada AERONAUTICAL INFORMATION CIRCULAR

18/07 〝INTRODUCTION OF AUTOMATIC DEPENDENT

SURVEILLANCE BROADCAST (ADS-B) AIRSPACE IN THE VICINITY OF HUDSON BAY〞(http://www.navcanada.ca/ContentDefinitionFiles/Services/ANSPrograms/ADS-B/AIC_07_18_EN.pdf).

‧ European Organisation for the Safety of Air Navigation,

EUROCONTROL〝ADS-B for Dummies – 1090 MHz Extended

Squitter〞

‧ Honeywell〝ADS-B Industry Day〞

‧ ADS-B (Automatic Dependent Surveillance)

(http://www.ads-b.com). ‧ 民航華東空管局 王魯傑〝ADS-B在美國〞

(http://wiki.carnoc.com/wiki/ADS-B%E5%9C%A8%E7%BE%8E%E5%9B%BD/).

‧ 高志忠，〝台北飛航情報區 ADS-B 數據鏈的建構〞，民國九十一年

七月二十八日。

‧ 中國民用航空局飛行標準司 信息通告〝廣播式自動相關監視

(ADS-B)在飛行運行中的應用〞，2008年 9月 8日。