[发明专利]一种与ADS－B相关的UAT数据链OPNET仿真模型

说明书

技术领域

本发明涉及一种UAT数据链OPNET仿真模型，特别是一种能够用于ADS-B的UAT数据链仿真模型，可以作为对于仿真工具OPNET原有标准库的扩充，属于航空通信技术领域。

背景技术

空中交通管制的根本目的是使航线上的飞机安全、有效和有计划的在空域中飞行，管制员需要对管制空域内飞机的飞行动态进行实时监视。

传统的雷达监视手段采用询问应答方式对目标探测。从长远来看，雷达系统自身具有很多局限性，限制了监视性能的提高。雷达波束的直线传播形成了大量雷达盲区，无法覆盖海洋和荒漠等地区；雷达旋转周期限制了数据更新率的提高，从而限制了监视精度的提高；无法获得飞机的计划航路、速度等态势数据，限制了跟踪精度的提高和短期冲突检测告警STCA的能力。因此，需要开发新的监视手段。

广播式自动相关监视ADS-B利用航空器自动广播由机载星基导航和定位系统生成的精确定位信息，地面设备和其他航空器通过航空数据链接收此信息，卫星系统、飞机以及地基系统通过高速数据链实现空天地一体化协同监视。ADS-B不仅克服了传统雷达监视手段的一些问题，并且具有精度高、更新率高、应用范围广、地面设备建设和维护费用低等优势。

目前的空管监视系统主要包括A/C模式或S模式的二次监视雷达，广播自动相关监视(ADS-B)。ADS-B是新航行系统新增的监视方式之一，由卫星导航、空地数据链、先进的地面处理和显示系统组成。ADS-B依靠的地空数据链系统有三种：VDL-4(甚高频数据链模式4)、1090 ES(扩展S模式应答机)和UAT(通用访问收发信机)，其中UAT是专门为ADS-B设计的一种数据链，它的系统结构简单、稳定性强，工作于单一宽带信道，具有1Mbps的传输速率。UAT数据链的上行链路接入方式为固定时隙接入，下行链路接入方式为随机接入，接入方式比较简单。UAT数据链具有报文容量大、信息更新率高、接入方式简单、研制费用低等特点，已经被ICAO批准用于通用航空领域。

作为一种新的航空数据链，需要对它进行全方位的研究，使它能够融入到现有的航空数据通信网络中，适应日益繁重的网络负载，并能够适应未来的新的网络通信技术。因此，如何对这种数据链进行优化设计和规划是一个很重要的问题。

这种新的通信数据链，面临的第一个问题是如何构建新的网络、测试新的协议等，而网络发展成熟后又会有升级改造成熟网络的问题。无论是构建新网络，升级改造现有网络，或者测试新协议，都需要对网络的可靠性和有效性进行客观地评估，从而降低网络建设投资的风险，使设计的网络有很高的性能，或者使测试结果能够真实反映新协议的表现。另外，UAT数据链将来会发展成为一个容纳几百架甚至几千架飞机的大型、复杂网络。传统网络设计和规划方法主要靠经验，对于复杂的大型网络，很多地方由于无法预知而抓不住设计的要点，无法适用于对UAT数据链的研究，因此需要新的网络规划和设计手段。这种新的网络规划和设计手段以其独有的方法为网络的规划设计提供客观、可靠的定量依据，缩短网络建设周期，提高网络建设中决策的科学性。这种技术就是网络仿真技术。

OPNET仿真软件是目前一款流行的网络仿真软件，它是在1987年由MIT的两个博士创立的，目前已有超过2700个用户；这些用户分布在企业、网络运营商、仪器配备厂商以及军事、教育、银行、保险等领域。利用OPNET可以为某些客户创建特别的模型库，例如UMTS和IPv6等模型，方便客户的使用，也有利于网络仿真的不断完善和扩充。

UAT数据链是一种新的航空数据链，它的性能还不被人们所了解，因此在将这种新型的数据链投入实际应用之前需要对它进行评估。然而，民航领域中的评估验证工作成本很高并且具有风险；在实际评估中，有许多条件也无法满足，比如飞机的数目不可能很多，但评估又需要很多的飞机。因此，在实际评估前要进行模拟仿真评估，来弥补实际评估的不足并为实际评估提供一定的依据。

目前，针对UAT数据链的网络仿真工作在我国刚刚起步，尚未有关于UAT的网络仿真模型可以参考借鉴。国外很多国家都有关于基于UAT数据链的ADS-B系统性能的仿真模拟，如美国的RTCA早在2001年3月就出过ADS-B TLAT(Technical Link Assessment Team)Report，但是由于以上研究都是以美国的民航现状和当地的地理环境为基础，并且没有公布相关的技术细节。

本发明提出了一种适合于UAT数据链的OPNET网络仿真模型，利用此模型可以对UAT数据链进行网络仿真，便于研究者对UAT数据链进行规划设计和研究分析。

发明内容