ADS-B(广播式自动相关监视)地面站是构建现代空中交通监视网络的核心基础设施。它不仅是传统雷达监视的重要补充，更是低空经济、通用航空和广域无缝监视的关键使能技术。以下将从多个维度对ADS-B地面站设备进行深入剖析。
一、 ADS-B技术核心概念与地面站的定位
在深入设备细节前，有必要理解ADS-B的基本原理，这决定了地面站的设计目标。
ADS-B是一种航空监视技术，其核心是“自动”、“相关”、“监视”、“广播” 。
- 自动（Automatic） ：飞机上的机载设备自动生成并发送信息，无需飞行员或管制员干预。
- 相关（Dependent） ：信息的生成依赖于飞机自身的机载系统，特别是全球卫星导航系统(GNSS)，以获取精确的四维位置(经度、纬度、高度、时间)及其他信息 。
- 监视（Surveillance） ：提供用于空中交通监视的关键数据，包括飞机识别号、位置、高度、速度、航向等 。
- 广播（Broadcast） ：信息以广播形式向外发射，任何配备相应接收设备的飞机或地面站都可以免费接收 。
ADS-B系统通常分为OUT和IN两种模式 。ADS-B地面站的核心功能，首先是接收和处理来自空中航空器的ADS-B OUT广播信号。此外，高级的地面站还具备ADS-B IN功能，能够向航空器广播交通信息(TIS-B)和飞行信息服务(FIS-B)。
因此，地面站在整个ADS-B系统中扮演着“信息枢纽”的角色：它接收、解码、校验来自空中的广播信息，并将其转换为标准格式，通过通信网络传输至空中交通管制(ATC)中心，最终显示在管制员的屏幕上，形成实时、精确的空域态势图 。
二、 ADS-B地面站设备的主要组成部分
一个典型的ADS-B地面站是一个集成化的系统，而非单一设备。根据资料，其硬件组成可以归纳为以下几个关键部分 ：
1. 天线系统：
ADS-B接收天线：用于接收航空器在1090MHz频段(1090ES模式)广播的信号。天线通常为全向天线，以确保360度覆盖。安装时，天线与主机之间的射频电缆距离一般不超过30米 。
GNSS天线：用于接收全球卫星导航系统(如GPS、北斗)信号，为地面站提供高精度的时间同步和位置基准。这是确保所有接收到的航空器信息具有统一、准确时间戳的关键 。GPS天线为可选配置，距离主机通常不超过10米 。
信标机天线：在某些配置中可能存在，用于其他辅助功能 。
射频接收与信号处理单元：这是地面站的“心脏”。
接收单元（RXU） ：负责对ADS-B天线传来的1090MHz射频信号进行初步处理 。
信号处理板（SPB）/信号处理单元（SPU） ：对接收到的信号进行解码，提取出原始的ADS-B报文(如DF17、DF18格式报文)。此模块具备实时基带数字信号解码和CRC校验能力，确保数据的有效性 。
2. 数据处理与通信单元：
单板计算机（SBC）/数据处理单元：对解码后的报文进行进一步处理，如坐标转换、数据融合、完好性检查等，并将其封装成标准的空管数据交换格式(如ASTERIX Cat 021)。
通信接口与网络单元：提供以太网接口(通常为RJ45)，通过TCP/IP网络(支持UDP/TCP协议)将处理后的数据稳定、低延迟地传输至远程的ATC中心或监控系统 。高级功能包括支持静态IP/DHCP、组播/广播模式，以及向多个客户端同时发送数据 。
3. 支撑与辅助系统：
机柜与电源模块：为所有设备提供安装空间和稳定的电力供应，电源输入范围通常较宽(如100-240VAC或24VDC)。设备功耗通常较低，例如有产品仅为25瓦 。
4. 监控与维护系统：
本地监控系统（LCMS） ：用于现场配置、状态监控和数据检索的维护笔记本电脑 。
站点监控器（Site Monitor） ：可选设备，用于对地面站自身状态进行远程监控和告警 。
冗余配置：为满足高可靠性要求，关键部件(如接收机、数据处理单元)常采用双机冗余配置，具备自动/手动切换功能，确保数据输出的连续性和稳定性 。
三、 工作原理与流程
ADS-B地面站的工作流程是一个从物理信号到管制信息的转化链条 ：
信号接收：空中装备ADS-B OUT的航空器，利用GNSS确定自身精确位置，并每秒1-2次在1090MHz频率上广播包含位置、速度、识别号等信息的信号 。
信号解码与处理：地面站的ADS-B接收天线捕获这些广播信号。信号经过射频接收通道(包含低噪声放大、滤波等)，送至信号处理单元进行解码，还原出数字报文。
数据生成与校验：数据处理单元对报文进行解析、CRC校验，提取出有效的飞机航迹信息。同时，利用本地的GNSS时钟为每个数据包打上精确时标 。
数据输出与传输：处理后的数据被格式化为标准格式(如CSV明文、JSON、ASTERIX Cat 021等)，通过高速以太网上传至空中交通管理自动化系统。
信息应用：ATC系统将来自多个地面站的数据融合，在管制员屏幕上生成实时、精确的空域动态图像，用于指挥和间隔保持。地面站也可反向发送TIS-B(转发其他监视源目标)和FIS-B(气象、航行情报)信息给航空器 。
四、 关键技术参数与标准
了解地面站的性能，需关注以下技术参数和协议标准：
工作频率与模式：主要工作在1090MHz，支持1090ES(扩展电文)模式及S模式报文解析 。部分通用航空领域也使用978MHz UAT模式 。
1. 接收性能：
灵敏度：衡量接收弱信号的能力，通常优于-93dBm，高性能设备可达-99dBm 。
覆盖范围：在无遮挡条件下，典型覆盖半径可达350公里至450公里以上 。
动态范围与处理能力：需能同时处理强信号和弱信号，并支持每秒处理数千个报文，同时跟踪数百个目标 。
2. 数据输出标准：
格式：必须支持行业标准的ASTERIX Category 021格式，用于与空管系统交互 。同时常提供更易读的CSV、JSON等格式 。
协议：网络传输通常采用UDP协议，追求低延迟和高实时性 。
可靠性指标：如目标报告错误率要求不高于5×10⁻⁶/小时 ，并具备长时间无故障运行的能力(如9年)。
五、 应用场景与典型案例
ADS-B地面站的应用极其广泛，已从传统民航渗透至低空经济各个领域：
广域空中交通监视：作为雷达的补充或替代，覆盖雷达无法部署的高原、山区、海洋等区域。例如，中国的成都-拉萨航线、西部及南中国海的ADS-B监视工程，有效解决了复杂地形下的监视难题 。加拿大在北极湾地区部署12个冗余地面站，实现了该区域的连续监视 。
机场场面监视与引导：在机场部署，可以监视跑道、滑行道上的飞机和车辆，防止跑道侵入。例如，杭州萧山机场计划为引导车加装ADS-B发射机，结合地面站实现场面无缝监视 。
低空经济与通用航空监视：因其部署灵活、成本低廉，是监管低空空域(如600米以下)的理想技术。通过组网，可覆盖通航机场、无人机起降点等区域，实现对无人机、eVTOL(电动垂直起降飞行器)等所有飞行器的有效监视 。
航空情报服务：通过地面站广播FIS-B信息，为通用航空飞行员提供实时气象、航路等信息，增强情景意识，提升飞行安全 。
六、 优势与局限性分析
基于资料，ADS-B地面站设备的优缺点非常鲜明：
1. 主要优势 ：
成本效益极高：建设投资和长期维护成本仅为传统二次监视雷达的十分之一左右。一套雷达系统需100-400万美元，而ADS-B地面站仅需10-40万美元 。
部署灵活，不受地形限制：设备体积小，对场地和基础设施要求低，可快速部署在高原、海岛、沙漠等雷达难以建设的地区，甚至可用于弥补洋区监视空白 。
数据精度高、更新快：依赖于GNSS，提供的位置信息精度可达10米量级，数据更新率(每秒1-2次)远高于传统雷达(约4-12秒一次)。
可靠性高，维护简便：采用全固态器件，具备自检功能，可无人值守、远程监控，受恶劣天气(如雷击)影响小，使用寿命长 。
信息丰富：不仅能提供位置，还能提供识别号、速度矢量、航向等，有助于快速识别航空器。
2. 存在的局限性或依赖条件：
依赖性：系统完全依赖于航空器机载设备的正常工作和GNSS信号的完好性。如果航空器未装备或关闭ADS-B发射机，或者GNSS信号受到干扰/欺骗，地面站将无法获取其信息 。
非合作目标监视：与雷达主动发射电磁波探测目标不同，ADS-B是一种“合作式”监视技术，无法发现未装备ADS-B应答机的“非合作目标”(如某些无人机、不明航空器)。
数据安全与完整性：广播信号本身缺乏加密和强认证机制，存在被伪造、篡改或欺骗的理论风险，需要额外的安全增强技术。
总结
ADS-B地面站设备是一个技术成熟、经济高效、部署灵活的现代化航空监视节点。它通过接收并处理航空器广播的GNSS定位信息，为空中交通管理、机场运行、低空监管提供了实时、精确、丰富的监视数据。随着全球航空业向更高效、更安全的方向发展，以及低空经济的蓬勃兴起，ADS-B地面站作为关键基础设施，其网络化、智能化部署和应用必将进一步深化和拓展，成为构建未来立体交通网络的基石之一。