Kódování ADS-B
ADS-B je zkratka pro Automatic Dependent Surveillance-Broadcast. Jedná se o satelitní sledovací systém. Parametry, jako je poloha, rychlost a identifikace, jsou přenášeny prostřednictvím rozšířeného dotazovače Mode S (1090 MHz). V současné době většina letadel vysílá zprávy ADS-B neustále. Od roku 2020 musí letadla civilního letectví v Evropě a Spojených státech splňovat požadavky ADS-B. Stará letadla, která nejsou v souladu s požadavky ADS-B, musí být během několika let dovybavena nebo vyřazena. 2023
Struktura zprávy
Rámec ADS-B je dlouhý 112 bitů a skládá se z pěti hlavních částí, které jsou znázorněny následovně:
+----------+----------+-------------+------------------------+-----------+ | DF (5) | CA (3) | ICAO (24) | ME (56) | PI (24) | +----------+----------+-------------+------------------------+-----------+
10001 Zpráva ADS-B civilního letadla začíná Downlink Format 17. Prvních 5 bitů odpovídá binárně. Bity 6–8 indikovaly schopnost transpondéru. Poté je zahrnut 24bitový kód transpondéru (také známý jako ICAO kód). Poslední dva segmenty jsou 56bitové užitečné zatížení a 24bitová parita. Tabulka 1.1 uvádí klíčové informace zprávy ADS-B.
| Struktura rámu ADS-B | |||
| Bit | č. bitů | Zkratka | Informace |
| 1–5 | 5 | DF | Downlink formát |
| 6–8 | 3 | CA | Možnost transpondéru |
| 9–32 | 24 | ICAO | Adresa letadla ICAO |
| 33–88 | 56 | MĚ | Zpráva, rozšířený dotazovač |
| (33–37) | (5) | (TC) | (Zadejte kód) |
| 89–112 | 24 | PI | ID parity/dotazovače |
Stojí za zmínku, že ADS-B Extended Squitter odeslaný z transpondéru módu S používá Downlink Format 17 ( DF=17). Vysílací subsystémy ADS-B nezaložené na transpondéru a vysílací zařízení TIS-B používají formát downlink 18 ( DF=18). Použitím sestupného formátu 18 namísto 17 bude přijímací subsystém ADS-B/TIS-B vědět, že zpráva pochází ze zařízení, které nelze přezkoumat.
Schopnost
Druhé pole zprávy ADS-B se skládá ze tří bitů, které indikují úroveň transpondéru. Hodnota způsobilosti může být desetinná hodnota mezi 0 a 7. Definice těchto hodnot jsou uvedeny v tabulce 1.2 .
| Možnost transpondéru režimu S (CA) | |
| CA | Definice |
| 0 | Transpondér úrovně 1 |
| 1–3 | Rezervováno |
| 4 | Transpondér úrovně 2+, |
| s možností nastavení CA na 7, | |
| na zemi | |
| 5 | Transpondér úrovně 2+, |
| s možností nastavení CA na 7, | |
| ve vzduchu | |
| 6 | Transpondér úrovně 2+, |
| s možností nastavení CA na 7, | |
| buď na zemi, nebo ve vzduchu | |
| 7 | Znamená, že hodnota Downlink Request je 0, |
| nebo stav letu je 2, 3, 4 nebo 5, | |
| buď ve vzduchu, nebo na zemi | |
Adresa ICAO
V každé zprávě ADS-B lze odesílající letadlo identifikovat pomocí kódu odpovídače módu S přiděleného podle předpisů ICAO [Blythe et al. 2011] . Kód transpondéru módu S je také často označován jako ICAO adresa nebo hexadecimální kód .
Adresa ICAO se nachází od 9 do 32 bitů v binární podobě (nebo 3 až 8 v hexadecimálních pozicích). Jedinečná ICAO adresa je přiřazena každému odpovídači módu S letadla a slouží jako jedinečný identifikátor pro každé letadlo.
Tento kód se v zásadě po dobu životnosti letadla nemění. Je však možné přeprogramovat transpondér tak, aby zprávy obsahovaly jinou adresu. To bylo pozorováno u některých vojenských letadel a také u některých soukromých letadel, která se přihlásila do systému adres FAA Privacy ICAO [Gray a Barrett 2019] .
Typy zpráv ADS-B
Abychom zjistili, jaké informace jsou obsaženy ve zprávě ADS-B, musíme se podívat na typový kód zprávy. Typový kód se nachází na bitech 33–37 (nebo prvních 5 bitů segmentu ME). V následující tabulce 1.3ME jsou uvedeny vztahy mezi každým typovým kódem a jeho informacemi obsaženými v segmentu.
| Typový kód ADS-B a obsah | |
| Typový kód | Obsah datového rámce |
| 1–4 | Identifikace letadla |
| 5–8 | Poloha povrchu |
| 9–18 | Poloha ve vzduchu (s nadmořskou výškou Baro) |
| 19 | Rychlosti vzduchu |
| 20–22 | Poloha ve vzduchu (s výškou GNSS) |
| 23–27 | Rezervováno |
| 28 | Stav letadla |
| 29 | Cílový stav a informace o stavu |
| 31 | Provozní stav letadla |
Příklad struktury zprávy ADS-B
Použijme příklad pro ilustraci procesu dekódování. Nejprve je přijata nezpracovaná zpráva, která je reprezentována v hexadecimálním formátu:
8D4840D6202CC371C32CE0576098
Lze jej pohodlně převést na binární. Struktura binární zprávy je zobrazena takto:
+-----+------------+--------------+----------------------+--------------+ | HEX | 8D | 4840D6 | 202CC371C32CE0 | 576098 | +-----+------------+--------------+----------------------+--------------+ | BIN | 10001 101 | 010010000100 | [00100]0000010110011 | 010101110110 | | | | 000011010110 | 00001101110001110000 | 000010011000 | | | | | 110010110011100000 | | +-----+------------+--------------+----------------------+--------------+ | DEC | 17 5 | | [4] ............... | | +-----+------------+--------------+----------------------+--------------+ | | DF CA | ICAO | ME | PI | | | | | [TC] .............. | | +-----+------------+--------------+----------------------+--------------+
Prvních pět bitů ukazuje, že sestupný formát je 17(nebo 10001je binární), což znamená, že zpráva je zprávou ADS-B. Prvních pět bitů pole MEukazuje, že typový kód je 4(nebo binární 00100), což znamená, že zpráva je identifikační zprávou.
V tomto příkladu je ICAO adresa 4840D6( 010010000100000011010110v binárním formátu). Pro zjištění více informací o letadle s danou ICAO adresou lze použít různé online nástroje. 1 Například pomocí předchozího 4840D6příkladu ICAO vrátí výsledek a Fokker 70s registrací PH-KZD.
Vyzkoušejte si to Pomocí pyModeS můžeme zjistit, jaké informace jsou obsaženy v této zprávě ADS-B:
import pyModeS as pms
pms.tell("8D4840D6202CC371C32CE0576098")
Výstup:
Message: 8D4840D6202CC371C32CE0576098
ICAO address: 4840D6
Downlink Format: 17
Protocol: Mode~S Extended Squitter (ADS-B)
Type: Identitification and category
Callsign: KLM1023_
Dostupnost a přenosová rychlost
Různé zprávy ADS-B mají různé přenosové rychlosti. Frekvence aktualizací se také liší v závislosti na tom, zda je letadlo na zemi nebo ve vzduchu, a také na tom, zda je letadlo na zemi v klidu nebo se pohybuje. Tabulka 1.4 uvádí přenosovou rychlost těchto zpráv.
| Rychlosti přenosu zpráv ADS-B (ADS-B verze 2) | ||||
| Zprávy | TC | Pozemní (stále) | Pozemní (pohybující se) | Ve vzduchu |
| Identifikace letadla | 1–4 | 0,1 Hz | 0,2 Hz | 0,2 Hz |
| Poloha povrchu | 5–8 | 0,2 Hz | 2 Hz | - |
| Poloha ve vzduchu | 9–18, 20–22 | - | - | 2 Hz |
| Rychlost vzduchu | 19 | - | - | 2 Hz |
| Stav letadla | 28 | 0,2 Hz ( žádná změna kódu TCAS RA a Squawk ) | ||
| 1,25 Hz ( změna v TCAS RA nebo Squawk Code ) | ||||
| Cílové stavy a stav | 29 | - | - | 0,8 Hz |
| Provozní stav | 31 | 0,2 Hz | 0,4 Hz ( žádná změna NIC/NAC/SIL ) | |
| 1,25 Hz ( změna NIC/NAC/SIL ) | ||||
Stojí za zmínku, že pro Target States a Operational status messages, když dojde ke změně některých klíčových parametrů, se přenos změní na vyšší rychlost po dobu přibližně 24 sekund.
Verze ADS-B
Od doby, kdy byl ADS-B poprvé představen, existují tři různé verze implementací. Hlavním důvodem těchto aktualizací je zahrnutí více informací do ADS-B. Dokumentace, která je k dispozici k těmto verzím a rozdílům, má k uživatelsky přívětivému přístupu dost daleko. Oficiální dokument ICAO 9871 [ICAO 2008] je při čtení matoucí. V této části jsem dal dohromady různé části rozptýlených informací.
Dosud jsou implementovány tři verze ADS-B, počínaje verzí 0 (specifikace definovaná v dokumentu RTCA DO-260). Verze 1 byla představena kolem roku 2008 (DO-260A) a verze 2 kolem roku 2012 (DO-260B). V současné době se vyvíjí verze 3. Dále jsou shrnuty hlavní změny ve verzi 1 a verzi 2.
Od verze 0 do 1
Nejvýznamnějšími změnami ve verzi 1 jsou nové typy zpráv a nahrazení předchozích indikátorů nejistoty novými indikátory integrity. Podrobnosti o všech hlavních změnách v ADS-B verze 1 jsou:
- Přidány zprávy Type Code 28 a 31.
- TC=28: Stav letadla – Stav nouze/priorita a vysílání ACAS RA.
- TC=31: Provozní stav.
- Odstraněny kategorie navigační nejistoty (NUC). Zavedena nová kategorie integrity navigace (NIC) a úroveň integrity sledování (SIL).
- K definování NIC se používá typový kód i doplňkový bit NIC (NIC).
- Doplňkový bit NIC je součástí zprávy o stavu provozu (TC=31).
- Číslo verze ADS-B je nyní uvedeno ve zprávě o stavu provozu (TC=31).
Od verze 1 do 2
Ve verzi 2 jsou kategorie integrity upřesněny ve srovnání s verzí 1. Podrobnosti o hlavních změnách ve verzi 2 jsou:
- Předefinována struktura a obsah zpráv TC=28 a TC=31.
- Zavedeny dva další doplňkové bity NIC.
- NICaje definován ve zprávách o provozním stavu. (TC=31)
- NICbje definována ve zprávách o poloze ve vzduchu. (TC=9–18)
- NICcje definován ve zprávách o provozním stavu. (TC=31)
- Zavedena další úroveň Horizontal Containment Radius (Rc) v rámci NIC=6 zprávy o poloze ve vzduchu (TC=13).
Identifikace verze ADS-B
Existují dva kroky ke kontrole verze ADS-B, protože informace o verzi ADS-B ve verzi 0 nejsou zahrnuty v žádné zprávě.
- Krok 1: Zkontrolujte, zda letadlo vůbec vysílá zprávy ADS-B s TC=31. Pokud není nikdy hlášena žádná zpráva, lze bezpečně předpokládat, že verze je verze 0.
- Krok 2: Pokud jsou přijaty zprávy s TC=31, zkontrolujte čísla verzí umístěná v bitech 41–43 v ME (nebo bitech 73–75 ve zprávě).
Po identifikaci správné verze ADS-B pro letadlo (která se často nemění) lze odpovídajícím způsobem dekódovat související zprávy TC=28 a TC=31.
