CN114049796A - 一种定向传输ads-b广播信号的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定向传输ADS‑B广播信号的方法，提供了扩展ADS‑B基站监视范围的信息处理方法。首先，通过对ADS‑B消息中字段的设定，为ADS‑B消息添加了转发请求消息，转发请求消息会指定其附近的某航空器协助转发ADS‑B消息，达到扩展ADS‑B基站监视范围的目的。本发明尤其适合跨洋飞行或极地飞行这类存在监视盲区的场景。本发明完全依赖现有的机载设备和地面站，也不需要卫星通信链路，为一种协作式的航空器监视方案，尤其适合跨洋、极地以及沙漠地区的飞行。

Description

一种定向传输ADS-B广播信号的方法

技术领域

本发明涉及一种信号传输方法，特别是一种定向传输ADS-B广播信号的方法。

背景技术

安全、高效是航天器飞行的首要准则，空中交通管制便是由于这两个准则而诞生并发展壮大，现如今的空中交通管制服务在大部分时候可以在管制员的监视器上显示出航空器的实时经纬度、航向、高度、国际民航组织ICAO(International Civil AviationOrganization)地址码等一系列信息，而这则得益于数十年来监视设备的不断发展。

如今的监视手段主要有一/二次雷达、广播式自动相关监视ADS-B(AutomaticDependentSurveillanceBroadcast)广播信息、多点定位MLAT(Mulilateration)等，其中ADS-B由于其低廉的价格而广受好评，目前正在逐步向全世界范围推广。然而，和另外两种监视手段相同，ADS-B同样存在需要地面基站的问题。虽然星基的ADS-B已经被实验验证了可行性，然而其昂贵的价格导致其如今还不可能被大范围推广。受限于短波无线电只能视距传播的特点，航空器与地面基站间ADS-B信息的传输距离无法超过300海里，于是这种依赖于地面基站接收消息的方式决定了其在极地飞行、跨洋飞行以及沙漠地区飞行时永远会存在监视盲区，因为我们无法将基站建在极地、大洋中心和沙漠腹地。

正因如此，如今的洋区飞行在监视盲区采用的是程序管制，在此期间航空器无法出现在管制员的雷达屏幕上，这严重影响了管制员对于航空器的控制能力，也使得在广播信道和报文信道受短暂干扰的情况下管制员便会失去定位航空器的能力。这一情况也导致了跨洋飞行的航空器之间的安全间隔比内陆飞行的安全间隔更大，从而限制了每条航路上的航班数量。

ADS-B广播信息会自动广播每架航空器自身的信息，从而让周围的航空器可以得知自身的存在从而提前避免冲突。如果设计一种方法，让每架原先无法被地面基站监视的航空器的信息都可以通过一条链路传输到地面基站能够监视到的空域中，那么便可以让管制员看到每架原本处于盲区的航空器的确切位置，从而方便管制员的调度。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种定向传输ADS-B广播信号的方法。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种定向传输ADS-B广播信号的方法。通过航空器协助转发的方式扩展ADS-B基站的监视范围。

一种定向传输ADS-B广播信号的方法，包括如下步骤：

步骤1，航空器通过全球导航卫星***(Global Navigation Satellite System，GNSS)导航信息判定本航空器位置是否在ADS-B地面基站的监视范围之内；

步骤2，对于在地面基站监视范围内的航空器采用当前通用的ADS-B编码方式进行其自身信息的广播，对于不在地面基站监视范围内的航空器A即转发请求消息的初始航空器，在其广播信号中选用保留字段作为转发请求消息，表示该航空器不在地面基站的监视范围内，并在转发请求消息中采用ICAO地址码的方式指定其广播范围内的航空器B即航空器A指定的下一跳航空器，协助航空器A转发含有转发请求消息的ADS-B广播信息，同时在转发请求消息中定义三个比特位用于记录转发次数；

步骤3，航空器B中的ADS-B信息处理设备解析并提取航空器A广播的ADS-B信息，若此ADS-B信息中含有转发请求消息，且该转发请求消息中指定了航空器B为下一跳航空器，则首先判断航空器B自身是否在地面基站的监视范围内，如在监视范围，则对航空器A后续广播的所有ADS-B信息进行转发，并在转发次数字段中加1，如不在监视范围内，则寻找下一个协助航空器B转发的航空器C，并修改航空器A发送的转发请求消息中的ICAO地址为下一个协助转发的航空器C，同时在转发次数字段中加1；

步骤4，航空器A在发送了ADS-B消息转发请求后，通过ADS-B信息处理设备监测航空器B是否协助转发了航空器A广播的ADS-B消息，若航空器B已经正常协助转发，则航空器A继续重复执行步骤1，否则挑选另一航空器作为航空器B协助航空器A转发，并在一定的时间窗口内将无响应的航空器的协助转发优先级下调；

步骤5，如果航空器B尝试了其可选的全部适合转发的航空器，转发后均无响应，则停止协助航空器A转发ADS-B消息；

步骤6，航空器A接收到的航空器B的转发消息出现20％以上的丢失后，航空器A将在一定时间内发送两个转发请求，分别给当前的航空器B和新的航空器B’，并在同时接收到新的航空器B’的转发消息后终止当前航空器B的转发请求，并将新的航空器B’作为航空器B，准则适用于航空器B和C之间、C和D之间；

步骤7，当航空器A通过GNSS导航信息判定自身处于ADS-B地面基站的监视范围内时，终止转发请求并发送不包含转发请求消息的ADS-B广播。

本发明中，步骤1包括：

步骤1-1，航空器通过GNSS信息解析模块获知其自身位置；

步骤1-2，航空器将自身位置与机载计算机中存储的ADS-B地面基站的监视范围相对照，判断自身是否可以被地面基站直接监视，或者由地面基站通过空中交通态势信息(TrafficSituation Information-Broadcast，TIS-B)消息或ADS-B消息直接告知航空器是否被地面基站直接监视。

本发明中，步骤2包括：

步骤2-1，对于处于地面基站监视范围内的航空器，航空器广播的ADS-B消息不做任何改变，而对于地面基站监视范围之外的航空器，则添加一个转发请求消息，该转发请求消息的内容为ADS-B消息内容，转发请求消息中预留字段作为自定义字段，在自定义字段中定义一个比特位作为待转发代码，以表明该ADS-B消息是否需要被转发；

步骤2-2，在步骤中2-1所述的转发请求消息的自定义字段中，添加定义连续的24个比特位用于指定协助转发的航空器ICAO地址；

步骤2-3，在步骤中2-1所述的转发请求消息的自定义字段中，添加定义3个比特位用于记录转发次数，转发次数初始值为0。

本发明中，步骤2-2包括：

步骤2-2-1，航空器A在其机载计算机中保存周边航空器的位置信息，形成交通信息表，在交通信息表中存储所接收到的ADS-B信息的航空器24位ICAO地址码、经度、纬度、高度和航向；

步骤2-2-2，将航空器A的每个周边航空器的位置信息与ADS-B地面基站的监视范围相对照，按照(L₁-L₂-λ|θ_A-B|)为判定依据，对转发优先级进行排序；其中L₁为航空器A到航空器B的距离，始终为正值，L₁取值范围限定为0到航空器A历史接收到的L₁最大值的90％；L₂为航空器B到监视范围的最短距离，当航空器B处于监视范围以外时，该值取正，当航空器B处于监视范围以内时，该值取负；λ为比例系数，数值越大对航空器B飞行方向要求越高，反之则对航空器B所在位置要求越高，|θ_A-B|为航空器A与航空器B的飞行方向夹角的绝对值，为非负数；

步骤2-2-3，航空器A每次发送转发请求消息时优先选取前一次转发的航空器B，当交通信息表中前一次转发的航空器B的转发优先级小于当前最高优先级航空器的优先级的60％时，选用当前最高优先级的航空器作为新的转发航空器，即成为新的航空器B，并将其ICAO地址码填入最新生成的转发请求消息中。

本发明中，步骤3包括：

步骤3-1，对于处于地面基站监视范围内的航空器B，航空器B的通信管理单元将转发除了转发请求消息以外的所有ADS-B消息，并将转发请求消息中的转发次数加1后直接转发；

步骤3-2，对于处于地面基站监视范围之外的航空器B，寻找到航空器C作为其转发请求消息的目标，并将航空器C的ICAO地址码填入转发请求消息中的相应位置代替航空器B的地址码，并将转发请求消息中的转发次数加1。

本发明中，步骤3-1包括：

步骤3-1-1，航空器B每接收到一个航空器A的ADS-B消息，均保留50ms的信号处理时间，并在接收到该消息后的50-100ms内随机时间转发；

步骤3-1-2，转发消息与航空器B自身的ADS-B消息之间不小于12ms的间隔，转发消息与转发消息之间不小于8ms的间隔。

本发明中，步骤4包括：

步骤4-1，航空器B进行消息转发时，在转发请求消息中的转发次数字段加1用于区别整个转发过程的不同阶段，若航空器A接收到的转发请求消息中的转发次数字段比自身发出的值增加1时，则判定航空器B已协助其转发ADS-B消息；

步骤4-2，如果航空器A在2秒的时间窗口内并未收到航空器B的转发消息，则判定为航空器B无法代为转发，则在交通信息表中将该航空器B下调至最下端，并设定一个时间间隔；

步骤4-3，航空器A选取当前交通信息表中处于最高优先级的航空器作为新的航空器B，并重复步骤2。

本发明中，步骤5包括：

步骤5-1，如果步骤4-3中的航空器B同样处于地面基站监视范围之外时，则寻找航空器C代为转发航空器A和航空器B的ADS-B消息，如果航空器B将交通信息表中除去航空器A以外的所有航空器均尝试了一次并均无响应，则航空器B发送两次转发地址码为全0的转发请求消息即停止转发消息以通知航空器A将不再转发航空器A的ADS-B消息，并立刻停止转发航空器A的消息；

步骤5-2，航空器A在收到航空器B的停止转发的消息后，将航空器B从交通信息表中调至最低优先级，并选取当前处于最高优先级的航空器作为新的航空器B，并重复步骤2。

本发明中，步骤6包括：

步骤6-1，当航空器A在本应接收到航空器B的转发请求消息的时间窗口内以20％以上的比例没有接收到转发请求消息时，则判定航空器B不再适合转发自身的ADS-B消息，航空器A将在交通信息表中寻找除去航空器B以外的处于最高优先级的航空器B’，并在随后间隔100ms以上发送两个转发请求消息分别给航空器B和航空器B’，如果航空器B’转发了航空器A的消息，则航空器A停止发送ICAO地址码为航空器B的转发请求消息，航空器B’成为新的航空器B；

步骤6-2，当航空器B超过24s没有收到航空器A的转发请求消息时，发送两次转发地址码为全0的转发请求消息以通知航空器A不再转发其消息。

本发明中，步骤7包括：

步骤7-1，当航空器通过GNSS或TIS-B消息判定自身已处于ADS-B地面基站的直接监视范围内时，将再发送两次转发请求消息并将其中的待转发代码置零，以通知航空器B不再转发ADS-B消息；

步骤7-2，航空器B在收到航空器A的待转发代码为零的转发请求消息后，将发送两次转发地址为全0的转发请求消息以告知航空器A已停止为其转发消息。

有益效果：

1、本发明基于ADS-B监视技术，通过定义转发请求信息的方式，将原本不处于地面基站直接监视范围的ADS-B信号通过指定航空器进行转发，从而扩大了地面基站的监视范围，让原本处于监视盲区的航空器可以显示在管制员的监视器上。

2、本发明完全依赖现有的机载设备和地面站，也不需要卫星通信链路，为一种协作式的航空器监视方案，尤其适合跨洋、极地以及沙漠地区的飞行。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为一种定向传输ADS-B广播信号的方法示意图。

图2为请求转发流程图。

图3为协助转发流程图。

图4为航空器信息表示意图。

图5为转发请求消息报文格式示意图。

图6为转发请求消息报文中ME字段部分示意图。

图7转发航空器排序算法示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种定向传输ADS-B广播信号的方法，提供了扩展ADS-B基站监视范围的信息处理方法。通过对ADS-B消息中字段的设定，为ADS-B消息添加了转发请求消息，转发请求消息会指定其附近的某航空器协助转发ADS-B消息，达到扩展ADS-B基站监视范围的目的。本发明尤其适合跨洋飞行或极地飞行这类存在监视盲区的场景。

一种定向传输ADS-B广播信号的方法。通过航空器协助转发的方式扩展ADS-B基站的监视范围。

一种定向传输ADS-B广播信号的方法，包括如下步骤：

步骤1，航空器通过全球导航卫星***(Global Navigation Satellite System，GNSS)导航信息判定本航空器位置是否在ADS-B地面基站的监视范围之内；

步骤2，对于在地面基站监视范围内的航空器采用当前通用的ADS-B编码方式进行其自身信息的广播，对于不在地面基站监视范围内的航空器A即转发请求消息的初始航空器，在其广播信号中选用保留字段作为转发请求消息，表示该航空器不在地面基站的监视范围内，并在转发请求消息中采用ICAO地址码的方式指定其广播范围内的航空器B即航空器A指定的下一跳航空器，协助航空器A转发含有转发请求消息的ADS-B广播信息，同时在转发请求消息中定义三个比特位用于记录转发次数；

步骤3，航空器B中的ADS-B信息处理设备解析并提取航空器A广播的ADS-B信息，若此ADS-B信息中含有转发请求消息，且该转发请求消息中指定了航空器B为下一跳航空器，则首先判断航空器B自身是否在地面基站的监视范围内，如在监视范围，则对航空器A后续广播的所有ADS-B信息进行转发，并在转发次数字段中加1，如不在监视范围内，则寻找下一个协助航空器B转发的航空器C，并修改航空器A发送的转发请求消息中的ICAO地址为下一个协助转发的航空器C，同时在转发次数字段中加1；

步骤4，航空器A在发送了ADS-B消息转发请求后，通过ADS-B信息处理设备监测航空器B是否协助转发了航空器A广播的ADS-B消息，若航空器B已经正常协助转发，则航空器A继续重复执行步骤1，否则挑选另一航空器作为航空器B协助航空器A转发，并在一定的时间窗口内将无响应的航空器的协助转发优先级下调；

步骤5，如果航空器B尝试了其可选的全部适合转发的航空器，转发后均无响应，则停止协助航空器A转发ADS-B消息，同理该准则适用于航空器B和C之间、C和D之间，以此类推；

步骤6，航空器A接收到的航空器B的转发消息出现20％以上的丢失后，航空器A将在一定时间内发送两个转发请求，分别给当前的航空器B和新的航空器B’，并在同时接收到新的航空器B’的转发消息后终止当前航空器B的转发请求，并将新的航空器B’作为航空器B，准则适用于航空器B和C之间、C和D之间，以此类推(下文中所有航空器A和航空器B之间的沟通方式均可类推至航空器B和C、C和D等之间，以下不再赘述)；

步骤7，当航空器A通过GNSS导航信息判定自身处于ADS-B地面基站的监视范围内时，终止转发请求并发送不包含转发请求消息的ADS-B广播。

本发明中，步骤1包括：

步骤1-1，航空器通过GNSS信息解析模块获知其自身位置；

步骤1-2，航空器将自身位置与机载计算机中存储的ADS-B地面基站的监视范围相对照，判断自身是否可以被地面基站直接监视，或者由地面基站通过空中交通态势信息(TrafficSituation Information-Broadcast，TIS-B)消息或ADS-B消息直接告知航空器是否被地面基站直接监视。

本发明中，步骤2包括：

步骤2-1，对于处于地面基站监视范围内的航空器，其广播的ADS-B消息不做任何改变，而对于地面基站监视范围之外的航空器，则添加ADS-B消息作为转发请求消息，本发明中，优选的，转发请求消息中选取DF字段为18,CF字段为0的，将转发请求消息中ME字段内的TYPE Code值设置为29，SUBTYPE Code值设置为1，并定义其中第41比特位为待转发代码，以表明该ADS-B消息是否需要被转发，待转发代码为1则需要转发，0则不需要转发；

步骤2-2，在步骤2-1所述新添加的转发请求消息的ME字段中定义42-75位连续的24个比特位用于指定另一航空器协助步骤2-1中所述航空器转发ADS-B消息；

步骤2-3，在步骤2-1所述新添加的转发请求消息的ME字段中定义76-78位的3个比特位用于记录转发次数，转发次数初始值为0。

本发明中，步骤2-2包括：

步骤2-2-1，航空器A在其机载计算机中保存周边航空器的位置信息，形成交通信息表，在交通信息表中存储所接收到的ADS-B信息的航空器24位ICAO地址码、经度、纬度、高度和航向；

步骤2-2-2，将航空器A的每个周边航空器的位置信息与ADS-B地面基站的监视范围相对照，按照(L₁-L₂-λ|θ_A-B|)为判定依据，对转发优先级进行排序；其中L₁为航空器A到航空器B的距离，始终为正值，L₁取值范围限定为0到航空器A历史接收到的L₁最大值的90％；L₂为航空器B到监视范围的最短距离，当航空器B处于监视范围以外时，该值取正，当航空器B处于监视范围以内时，该值取负；λ为比例系数，数值越大对航空器B飞行方向要求越高，反之则对航空器B所在位置要求越高，|θ_A-B|为航空器A与航空器B的飞行方向夹角的绝对值，为非负数；

步骤2-2-3，航空器A每次发送转发请求消息时优先选取前一次转发的航空器B，当交通信息表中前一次转发的航空器B的转发优先级小于当前最高优先级航空器的优先级的60％时，选用当前最高优先级的航空器作为新的转发航空器，即成为新的航空器B，并将其ICAO地址码填入最新生成的转发请求消息中。

本发明中，步骤3包括：

步骤3-1，对于处于地面基站监视范围内的航空器B，航空器B的通信管理单元将转发除了转发请求消息以外的所有ADS-B消息，并将转发请求消息中的转发次数加1后直接转发；

步骤3-2，对于处于地面基站监视范围之外的航空器B，寻找到航空器C作为其转发请求消息的目标，并将航空器C的ICAO地址码填入转发请求消息中的相应位置代替航空器B的地址码，并将转发请求消息中的转发次数加1。

本发明中，步骤3-1包括：

步骤3-1-1，航空器B每接收到一个航空器A的ADS-B消息，均保留50ms的信号处理时间，并在接收到该消息后的50-100ms内随机时间转发；

步骤3-1-2，转发消息与航空器B自身的ADS-B消息之间不小于12ms的间隔，转发消息与转发消息之间不小于8ms的间隔。

本发明中，步骤4包括：

步骤4-1，航空器B进行消息转发时，在转发请求消息中的转发次数字段加1用于区别整个转发过程的不同阶段，若航空器A接收到的转发请求消息中的转发次数字段比自身发出的值增加1时，则判定航空器B已协助其转发ADS-B消息；

步骤4-2，如果航空器A在2秒的时间窗口内并未收到航空器B的转发消息，则判定为航空器B无法代为转发，则在交通信息表中将该航空器B下调至最下端，并设定一个时间间隔；

步骤4-3，航空器A选取当前交通信息表中处于最高优先级的航空器作为新的航空器B，并重复步骤2。

本发明中，步骤5包括：

步骤5-1，如果步骤4-3中的航空器B同样处于地面基站监视范围之外时，则寻找航空器C代为转发航空器A和航空器B的ADS-B消息，如果航空器B将交通信息表中除去航空器A以外的所有航空器均尝试了一次并均无响应，则航空器B发送两次转发地址码为全0的转发请求消息即停止转发消息以通知航空器A将不再转发航空器A的ADS-B消息，并立刻停止转发航空器A的消息；

步骤5-2，航空器A在收到航空器B的停止转发的消息后，将航空器B从交通信息表中调至最低优先级，并选取当前处于最高优先级的航空器作为新的航空器B，并重复步骤2。

本发明中，步骤6包括：

步骤6-1，当航空器A在本应接收到航空器B的转发请求消息的时间窗口内以20％以上的比例没有接收到转发请求消息时，则判定航空器B不再适合转发自身的ADS-B消息，航空器A将在交通信息表中寻找除去航空器B以外的处于最高优先级的航空器B’，并在随后间隔100ms以上发送两个转发请求消息分别给航空器B和航空器B’，如果航空器B’转发了航空器A的消息，则航空器A停止发送ICAO地址码为航空器B的转发请求消息，航空器B’成为新的航空器B；

步骤6-2，当航空器B超过24s没有收到航空器A的转发请求消息时，发送两次转发地址码为全0的转发请求消息以通知航空器A不再转发其消息。

本发明中，步骤7包括：

步骤7-1，当航空器通过GNSS或TIS-B消息判定自身已处于ADS-B地面基站的直接监视范围内时，将再发送两次转发请求消息并将其中的待转发代码置零，以通知航空器B不再转发ADS-B消息；

步骤7-2，航空器B在收到航空器A的待转发代码为零的转发请求消息后，将发送两次转发地址为全0的转发请求消息以告知航空器A已停止为其转发消息。

实施例

图1为本发明所述一种定向传输ADS-B广播信号的方法示意图。其中的航空器A和航空器B均处于地面基站的监视范围之外，因而其广播的ADS-B数据无法被管制人员通过地面站点接收，航空器C则处于监视范围之内，本发明提出了一种转发协议实现了航空器A请求航空器B协助转发其ADS-B消息，航空器B再进一步请求航空器C转发其转发的航空器A的ADS-B消息，从而让地面基站可以通过航空器C获取到航空器A的位置、方向、速度等各项参数，从而协助管制员在跨洋飞行、极地飞行中更加准确的掌握空中态势，做出更准确的决策。

图2为请求转发流程图，描述了航空器A在请求航空器B协助其转发ADS-B消息的过程。其中判断是否在监视范围内依赖于地面基站发布的监视范围和航空器当前位置的关系；判断是否已建立转发路径依赖于是否接收到了转发次数+1后的航空器A的ADS-B消息；判断转发路径是否需要变更则依赖于转发优先级，当前航空器B的转发优先级数值(L₁-L₂-λ|θ_A-B|)低于排于首位的60％时，则变更转发路径，此外当2s内未收到转发次数+1后的航空器A的ADS-B消息时，判定航空器B无法代为转发，则变更转发路径，最后当收到航空器B发送两次转发地址码为全0的“转发请求消息”以通知航空器A将不再转发航空器A的ADS-B消息时，则变更转发路径。

图3为协助转发流程图，描述了航空器B协助航空器A以及航空器C协助航空器B转发ADS-B消息的过程。其中判断是否存在需要本机转发的消息依赖于是否接收到“转发请求消息”且其中指定的协助转发航空器的ICAO地址为自身。当存在需要自身协助转发的消息时，航空器需判断其自身是否在地面站的监视范围内，如在监视范围内则直接编码发送“转发请求消息”，并协助转发原航空器的ADS-B消息；当不在监视范围内时，则需判断其是否已经与别的航空器建立了转发路径。如果已经建立了转发路径，则按照该路径编码“转发请求消息”，并转发原ADS-B消息，如果没有建立转发路径，则在航空器信息表中寻找适合转发的航空器，并将该航空器的ICAO地址填入“转发请求消息”中，并进行广播，从而建立转发路径。最后，航空器需定期判断转发路径是否需要变更，如需变更则需从航空器信息表中重新选取适合转发的航空器。

图4为航空器信息表，其中汇总了航空器接收到的全部ADS-B消息，在本实施例中，该信息表的排序方式依赖于转发优先级。转发优先级以(L₁-L₂-λ|θ_A-B|)为判定依据，其中L₁为航空器A到航空器B的距离，始终为正值，为了降低航空器B无法接收到航空器A广播的风险，L₁取值范围限定为0到历史上接收到的L₁最大值的90％。L₂为航空器B到监视范围的最短距离，当航空器B处于监视范围以外时，该值取正，当航空器B处于监视范围以内时，该值取负。λ为比例系数，可视业务需求调整，其数值越大对航空器B飞行方向要求越高，反之则对航空器B所在位置要求越高，|θ_A-B|为航空器A与航空器B的飞行方向夹角的绝对值，为非负数。

图5为转发航空器排序算法示意图，用于各航空器在寻找下一个转发节点时对周边航空器的排序。图中的B1、B2、B3分别为航空器A周边的航空器，即待选择的航空器B，图中表明了(L₁-L₂-λ|θ_A-B|)中各参数所对应的部分，通过对该公式计算结果降序排列，可以得到航空器信息表，从而确定该航空器在请求其他航空器协助转发时的顺序。当某航空器B在被请求协助转发后，2s内未收到相应的转发消息，则判定该航空器B无法代为转发，则在交通信息表中将该航空器B下调至最下端，并设定20分钟时限。

图6为本实施例设置的转发请求消息报文格式。本实施例中采用当前保留的DF＝18，CF＝0，作为转发请求消息的标志位，在地址码部分填入发送该请求的航空器(即航空器A)的ICAO地址码，并在ME字段中填入相应内容(具体见图7)，最后在校验位中填入校验码。

图7为本实施例设置的转发请求消息报文中ME字段部分，设置TYPE Code＝29，SUBTYPE Code＝1。待转发代码用来标记该航空器的ADS-B消息是否需要被转发，0为不需要，1为需要。转发航空器ICAO地址码用来填入请求其协助转发ADS-B消息的航空器的ICAO地址，转发次数字段则记录该转发路径已经经过了几个中间节点，初始值为0。

本发明提供了一种定向传输ADS-B广播信号的方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种定向传输ADS-B广播信号的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，航空器通过GNSS导航信息判定本航空器位置是否在ADS-B地面基站的监视范围之内；

步骤2，对于在地面基站监视范围内的航空器采用当前通用的ADS-B编码方式进行其自身信息的广播，对于不在地面基站监视范围内的航空器A即转发请求消息的初始航空器，在其广播信号中选用保留字段作为转发请求消息，表示该航空器不在地面基站的监视范围内，并在转发请求消息中采用ICAO地址码的方式指定其广播范围内的航空器B即航空器A指定的下一跳航空器，协助航空器A转发含有转发请求消息的ADS-B广播信息，同时在转发请求消息中定义三个比特位用于记录转发次数；

步骤3，航空器B中的ADS-B信息处理设备解析并提取航空器A广播的ADS-B信息，若此ADS-B信息中含有转发请求消息，且该转发请求消息中指定了航空器B为下一跳航空器，则首先判断航空器B自身是否在地面基站的监视范围内，如在监视范围，则对航空器A后续广播的所有ADS-B信息进行转发，并在转发次数字段中加1，如不在监视范围内，则寻找下一个协助航空器B转发的航空器C，并修改航空器A发送的转发请求消息中的ICAO地址为下一个协助转发的航空器C，同时在转发次数字段中加1；

步骤4，航空器A在发送了ADS-B消息转发请求后，通过ADS-B信息处理设备监测航空器B是否协助转发了航空器A广播的ADS-B消息，若航空器B已经正常协助转发，则航空器A继续重复执行步骤1，否则挑选另一航空器作为航空器B协助航空器A转发，并在一定的时间窗口内将无响应的航空器的协助转发优先级下调；

步骤5，如果航空器B尝试了其可选的全部适合转发的航空器，转发后均无响应，则停止协助航空器A转发ADS-B消息；

步骤6，航空器A接收到的航空器B的转发消息出现20％以上的丢失后，航空器A将在一定时间内发送两个转发请求，分别给当前的航空器B和新的航空器B’，并在同时接收到新的航空器B’的转发消息后终止当前航空器B的转发请求，并将新的航空器B’作为航空器B；

步骤7，当航空器A通过GNSS导航信息判定自身处于ADS-B地面基站的监视范围内时，终止转发请求并发送不包含转发请求消息的ADS-B广播。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1包括：

步骤1-1，航空器通过GNSS信息解析模块获知其自身位置；

步骤1-2，航空器将自身位置与机载计算机中存储的ADS-B地面基站的监视范围相对照，判断自身是否可以被地面基站直接监视，或者由地面基站通过TIS-B消息或ADS-B消息直接告知航空器是否被地面基站直接监视。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤2包括：

步骤2-1，对于处于地面基站监视范围内的航空器，航空器广播的ADS-B消息不做任何改变，而对于地面基站监视范围之外的航空器，则添加一个转发请求消息，该转发请求消息的内容为ADS-B消息内容，转发请求消息中预留字段作为自定义字段，在自定义字段中定义一个比特位作为待转发代码，以表明该ADS-B消息是否需要被转发；

步骤2-2，在步骤中2-1所述的转发请求消息的自定义字段中，添加定义连续的24个比特位用于指定协助转发的航空器ICAO地址；

步骤2-3，在步骤中2-1所述的转发请求消息的自定义字段中，添加定义3个比特位用于记录转发次数，转发次数初始值为0。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤2-2包括：

步骤2-2-1，航空器A在其机载计算机中保存周边航空器的位置信息，形成交通信息表，在交通信息表中存储所接收到的ADS-B信息的航空器24位ICAO地址码、经度、纬度、高度和航向；

步骤2-2-2，将航空器A的每个周边航空器的位置信息与ADS-B地面基站的监视范围相对照，按照(L₁-L₂-λ|θ_A-B|)为判定依据，对转发优先级进行排序；其中L₁为航空器A到航空器B的距离，始终为正值，L₁取值范围限定为0到航空器A历史接收到的L₁最大值的90％；L₂为航空器B到监视范围的最短距离，当航空器B处于监视范围以外时，该值取正，当航空器B处于监视范围以内时，该值取负；λ为比例系数，数值越大对航空器B飞行方向要求越高，反之则对航空器B所在位置要求越高，|θ_A-B|为航空器A与航空器B的飞行方向夹角的绝对值，为非负数；

步骤2-2-3，航空器A每次发送转发请求消息时优先选取前一次转发的航空器B，当交通信息表中前一次转发的航空器B的转发优先级小于当前最高优先级航空器的优先级的60％时，选用当前最高优先级的航空器作为新的转发航空器，即成为新的航空器B，并将其ICAO地址码填入最新生成的转发请求消息中。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤3包括：

步骤3-1，对于处于地面基站监视范围内的航空器B，航空器B的通信管理单元将转发除了转发请求消息以外的所有ADS-B消息，并将转发请求消息中的转发次数加1后直接转发；

步骤3-2，对于处于地面基站监视范围之外的航空器B，寻找到航空器C作为其转发请求消息的目标，并将航空器C的ICAO地址码填入转发请求消息中的相应位置代替航空器B的地址码，并将转发请求消息中的转发次数加1。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤3-1包括：

步骤3-1-1，航空器B每接收到一个航空器A的ADS-B消息，均保留50ms的信号处理时间，并在接收到该消息后的50-100ms内随机时间转发；

步骤3-1-2，转发消息与航空器B自身的ADS-B消息之间不小于12ms的间隔，转发消息与转发消息之间不小于8ms的间隔。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤4包括：

步骤4-1，航空器B进行消息转发时，在转发请求消息中的转发次数字段加1用于区别整个转发过程的不同阶段，若航空器A接收到的转发请求消息中的转发次数字段比自身发出的值增加1时，则判定航空器B已协助其转发ADS-B消息；

步骤4-2，如果航空器A在2秒的时间窗口内并未收到航空器B的转发消息，则判定为航空器B无法代为转发，则在交通信息表中将该航空器B下调至最下端，并设定一个时间间隔；

步骤4-3，航空器A选取当前交通信息表中处于最高优先级的航空器作为新的航空器B，并重复步骤2。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤5包括：

步骤5-1，如果步骤4-3中的航空器B同样处于地面基站监视范围之外时，则寻找航空器C代为转发航空器A和航空器B的ADS-B消息，如果航空器B将交通信息表中除去航空器A以外的所有航空器均尝试了一次并均无响应，则航空器B发送两次转发地址码为全0的转发请求消息即停止转发消息以通知航空器A将不再转发航空器A的ADS-B消息，并立刻停止转发航空器A的消息；

步骤5-2，航空器A在收到航空器B的停止转发的消息后，将航空器B从交通信息表中调至最低优先级，并选取当前处于最高优先级的航空器作为新的航空器B，并重复步骤2。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤6包括：

步骤6-1，当航空器A在本应接收到航空器B的转发请求消息的时间窗口内以20％以上的比例没有接收到转发请求消息时，则判定航空器B不再适合转发自身的ADS-B消息，航空器A将在交通信息表中寻找除去航空器B以外的处于最高优先级的航空器B’，并在随后间隔100ms以上发送两个转发请求消息分别给航空器B和航空器B’，如果航空器B’转发了航空器A的消息，则航空器A停止发送ICAO地址码为航空器B的转发请求消息，航空器B’成为新的航空器B；

步骤6-2，当航空器B超过24s没有收到航空器A的转发请求消息时，发送两次转发地址码为全0的转发请求消息以通知航空器A不再转发其消息。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：步骤7包括：

步骤7-1，当航空器通过GNSS或TIS-B消息判定自身已处于ADS-B地面基站的直接监视范围内时，将再发送两次转发请求消息并将其中的待转发代码置零，以通知航空器B不再转发ADS-B消息；

步骤7-2，航空器B在收到航空器A的待转发代码为零的转发请求消息后，将发送两次转发地址为全0的转发请求消息以告知航空器A已停止为其转发消息。

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