ADS-B(Automatic Dependent Surveillance–Broadcast)，中文全称为“广播式自动相关监视系统”，是继雷达之后，现代航空监视与通信领域的一项革命性技术。它重新定义了空中交通管制(ATC)中通信、导航和监视(CNS)三大核心要素，正成为全球空管现代化和低空经济发展的关键基础设施。本报告将从多个维度对ADS-B设备进行深入剖析。
一、 核心定义与系统构成
ADS-B是一种基于卫星导航的、无需人工干预的自动监视技术。其名称精准地概括了其四大特征：
- 自动（Automatic）： 数据传送无需机组人员干预，全程自动化。
- 相关（Dependent）： 其发送的数据完全依赖于机载系统(主要是全球导航卫星系统GNSS)提供的精确位置、速度等信息。
- 监视（Surveillance）： 提供飞机的四维位置(经度、纬度、高度、时间)、识别码、速度、航向等丰富状态信息。
- 广播（Broadcast）： 采用广播式、点对多点的通信方式，发送的信息可被任何具备接收能力的用户(如其他飞机、地面站)接收。
一个完整的ADS-B系统由机载设备和地面设备两大部分构成，形成空地一体化的监视网络。
- 机载设备： 这是ADS-B功能的核心载体，主要包括：
- 定位模块： 高精度GNSS接收机(如GPS)，用于确定飞机的精确位置。
- 数据处理与通信单元： 数据链收发机(应答机)，负责将整合的飞行参数编码成标准报文并广播出去。根据功能不同，可分为仅发射的ADS-B Out设备、仅接收的ADS-B In设备，以及兼具收发功能的ADS-B收发机。
- 显示单元： 驾驶舱交通信息显示器(CDTI)，用于向飞行员显示接收到的周边交通态势和飞行信息服务(FIS-B)，增强情景意识。
- 地面设备： 主要包括地面接收站、数据处理与传输设备，以及空管中心的显示终端和应用软件。地面站接收飞机广播的信息，处理后提供给空中交通管制员，同时也能向航空器广播补充信息，如交通信息服务(TIS-B)和飞行信息服务(FIS-B)。
二、 技术原理与工作模式
ADS-B的工作原理可以概括为“感知-广播-接收-应用”的闭环。
信息获取与广播： 机载GNSS接收机持续获取飞机的精确位置、速度、航向等数据。机载数据处理单元将这些信息，连同飞机识别码(如航班号)、气压高度、爬升率等，按照特定协议格式打包，通过数据链以大约每秒1次(最高可达2Hz)的高频率自动广播出去。这个过程形象地说，就是飞机在不断“喊话”，宣告“我是谁、我在哪、我要去哪、我飞多快”。
数据链路： ADS-B主要使用两种国际通用的数据链路，其选择取决于航空器类型、空域和地区法规：
1090ES（1090 MHz Extended Squitter）： 基于传统二次监视雷达S模式应答机的扩展。这是国际长途航班和18.000英尺以上空域的首选和强制标准，确保了全球互操作性。
UAT（978 MHz Universal Access Transceiver）： 主要在美国用于通用航空，工作在978MHz频段。其优势在于成本低、机载设备加装简单，且专门用于传输丰富的FIS-B(如气象、航行情报)信息，避免了与雷达共用1090MHz频段可能造成的链路拥堵。
两种基本工作模式：
ADS-B Out： 这是ADS-B的基本和强制性功能。指飞机向外广播自身信息。它是空中交通管制进行监视的主要数据源。美国联邦航空管理局(FAA)等机构已强制要求在大部分管制空域运行的航空器必须装备ADS-B Out设备。
ADS-B In： 这是可选但价值巨大的功能。指飞机接收并处理来自其他飞机(ADS-B Out)或地面站(TIS-B/FIS-B)广播的信息。它能将周边空中交通态势和实时气象信息显示在驾驶舱的CDTI上，极大提升飞行员的情景意识和自主避障能力。
三、 主要应用领域
ADS-B设备的应用已渗透到航空运行的各个环节，其价值主要体现在以下几个方面：
空中交通管制（核心应用）： ADS-B为管制员提供了比传统雷达更精确、更新更快、成本更低的监视手段。其水平定位精度可达10米量级，更新率最快达0.5秒/次，远高于雷达的5-12秒。这使得管制员能够更安全地缩小航空器间隔，优化航路，提升空域容量和运行效率。在雷达无法覆盖的偏远地区、洋区或复杂地形区域，ADS-B地面站的低成本、易部署特性实现了监视覆盖的延伸。
驾驶舱情景意识与防撞： 装备ADS-B In的飞机，飞行员可以在CDTI上清晰看到周边数十海里内其他航空器的位置、高度和航向，如同拥有了“空中交通态势感知地图”。这为目视避让、协同飞行提供了强大支持，是继TCAS(交通警戒与防撞系统)之后的又一道重要安全防线。
机场场面监视与管理： ADS-B可用于监视机场地面的飞机和车辆活动，防止跑道侵入，提高机场场面运行安全与效率。
飞行信息服务（FIS-B）： 通过UAT链路，ADS-B In可以为通用航空飞行员免费提供高质量的图形化气象信息(如雷达图、云图)、航行情报和空域状态，显著提升了通航飞行的安全性与便利性。
新兴领域应用：
无人机交通管理（UTM）： 随着低空经济的兴起，将ADS-B技术集成到无人机系统中，是实现有人/无人机融合运行、确保空域安全的关键技术路径之一。
航空器追踪与搜救： ADS-B数据可用于实时追踪航班，并在紧急情况下为搜救行动提供精确的最后已知位置。
四、 显著优势与面临的挑战
1. 优势：
高精度与高更新率： 基于GNSS，提供远超传统雷达的定位精度(10米级)和更新速度(~1秒)。
建设与维护成本低： 地面站建设成本仅为二次雷达的约十分之一，且功耗低、维护简便、寿命长。
覆盖范围广： 地面站部署灵活，可快速构建覆盖高原、山区、海洋等雷达盲区的监视网络。
信息内容丰富： 不仅提供位置，还提供身份、速度、航向等丰富数据，支持更高级的管制服务和飞行应用。
增强安全与效率： 为空管和飞行员提供实时、共享的交通态势，是提升空域容量、减少延误、降低油耗和排放的有效工具。
2. 挑战与缺点：
依赖GNSS： 系统完全依赖于GNSS信号的完好性。一旦GNSS信号受到干扰、欺骗或失效，ADS-B Out功能将无法工作，这是其固有的脆弱性。
缺乏加密与认证： 传统的ADS-B信号是明文广播，且没有发送方认证机制，易受到欺骗(发送虚假飞机信号)或注入虚假信息的攻击。
频谱拥堵风险： 1090MHz频段同时被S模式应答机、TCAS和ADS-B共用，在高密度空域可能存在信号冲突和干扰的风险。
设备强制与改装成本： 对现有航空器机队而言，加装或升级符合法规要求的ADS-B设备是一笔不小的投入。
五、 行业标准与未来展望
为了确保全球互操作性和安全，ADS-B设备需遵循严格的行业标准。例如，在美国空域，ADS-B Out设备必须符合TSO-C166b或TSO-C154c技术标准规定，并需要与WAAS(广域增强系统)等高性能的GNSS接收机集成。国际民航组织(ICAO)则持续推动相关标准的完善。
未来，ADS-B技术的发展将聚焦于：
网络安全强化： 推动如ADS-Bsec等项目，为ADS-B信号增加加密和认证机制，抵御欺骗和干扰攻击。
与新兴技术融合： 探索与5G通信、卫星互联网(星载ADS-B接收)等技术的融合，构建更 resilient(弹性)和强大的航空通信、导航、监视(CNS)体系。
深化在低空经济中的应用： 作为成本效益高、部署快速的基础设施，ADS-B将在城市空中交通(UAM)和无人机物流等低空经济场景中扮演先行者和核心角色。
结论
ADS-B设备远非简单的机载应答机升级，它是一个系统性、网络化的航空监视与信息交互革命的核心。它通过将每架航空器转变为智能的、可广播自身状态的网络节点，构建了一个实时、透明、高效的空中交通信息环境。尽管存在对GNSS的依赖和安全性的挑战，但其在提升安全、效率和容量方面的巨大优势已得到全球航空界的公认。随着技术的不断演进和标准的完善，ADS-B将继续作为支柱技术，支撑着从传统民航到蓬勃发展的低空经济在内的整个航空业的未来。