摘 要： 介绍了Asterix Category 033协议的数据项组成、编码的内容以及在监视应用中的关键作用，研究了该协议的CRC编码方式以及报文的组装方式，提出了每个数据项的内容在监视终端和地面接收处理基站中的处理方法。所研究和分析成果为Asterix Category 033协议生成与解析报文提供了依据。
关键词： Asterix Category 033协议；UAT；监视；CRC校验；ADS-B
0 引言
广播式自动相关监视（ADS-B）[1-6]是基于GPS卫星定位和地/空数据链通信的航空器运行监视系统。与传统雷达监视技术相比，ADS-B具有使用成本低、精度误差小、数据更新率高以及监视能力强等明显优势，对于高密度飞行区域的空中交通服务（如场面监视等）也有广泛的应用前景。许多国家把它当作下一代监视技术的发展方向。而ADS-B分为UAT模式、1090ES模式和VDL4模式[7]，本文就UAT模式下的Asterix Category 033协议的编码、解析以及在监视终端的应用进行分析研究，为地面站和监视终端软件的开发以及空管自动化的应用提供参考。
1 Category 033 UAT模式的报文协议构架[1]
目标报告的格式基于欧洲航空安全组织所采用的用于监视数据交换的Asterix信息标准。Asterix结构以及编码的背景信息见1997年11月发布的SUR. ET1. STOP5. 2000-STD-01-01文件“Asterix”的第一部分“欧洲航空安全组织监视数据交换”。
用户应用规范（UAP）作为一种机制，分配数据项到Asterix信息数据字段，并包含为了成功地对这些信息进行编码和解码而需要标准化的所有必要信息。一种Asterix数据类型（CAT）由一套数据项（包含于此数据类型的有效信息中）来定义。来自UAT模式的地面站目标报告的Asterix数据类别己被定为“033”。该数据类别定义了Asterix Category 033数据的编解码方式，同时也说明了该标准与其他协议标准（RTCA DO-282A/282B、RTCA DO-242A等）的引用和参考关系。
1.1 Category 033 UAT模式的报文组装原理
Category 033报文是地面站和网络进行数据交换的报文格式，ADS-B数据源需要转换为这种报文形式在网络中进行传输。Category 033报文的格式如表1所示。同步序列分为同步头和尾同步序列，都为固定的4 B，其格式为：0x01FFFFFF。报文内容中包括了Category 033的数据项，这些数据项如表2所示。CRC校验为2 B，其作用是确保报文在传输过程中的完好性。CRC校验的实现采用查表的方式，首先生成长度为256的CRC数据表，然后把要进行CRC校验的内容与CRC数据表中的随机异或而获得CRC的值。
1.2 Category 033协议的数据项及应用
在Category 033协议中，数据项是报文的组装内容，每个数据项的内容都是监视终端处理的依据，而且在Category 033协议中，有些数据项是必须包含的，有的数据项是可选择的，这些都要根据地面站的配置以及目标的报文来决定，因此在监视系统的设计过程中，既要考虑到应用监视终端对数据项的需求和实时性，同时也考虑到数据项在网络传输中是否影响网络的带宽。根据表2，现将Category 033协议中一些关键的数据项以及在监视终端软件设计中的关键作用作详细的说明。
（1）数据源标识符：表示Category 033协议报文来自哪个地面站，它包含了系统区域码（SAC）和系统标识码（SIC）两个方面的内容，方便监视终端识别信息源。
（2）链路技术指示符：表示该数据链路的模式，在1090ES、UAT、VDL4和其他链路中选择。
（3）星历基准时间：报告目标此刻位置的当日时间。该时间戳有利于监视终端对目标状态的更新和目标报文的丢弃。由于每个地面站的时间都是通过GPS获得同步，Category 033协议报文网络数据包到达具有不确定性，可以比较该时间戳而避免目标在监视界面上出现倒退的现象发生。
（4）目标地址：目标的唯一标识，监视终端根据该数据项对目标的状态进行更新。
（5）完整性及精确度参数：明确了Category 033协议报文的完好性，如果该参数的值不满足民航规定的完好性指标，就把该报文丢弃。该数据项包括导航完好性、监视完好性以及位置完好性类别。
（6）纬度/经度：目标的WGS-84地理坐标，给出了目标当前的位置。
（7）气压高度：给出了目标的飞行高度。
（8）目标呼号：目标的航班号，该数据项方便管制员记忆，不是唯一的，管制员与飞行员进行通话就使用目标的呼号。
（9）目标状态：表示目标是否处在紧急状态，如医疗事故、最低燃料、无法通信、劫机等，监视终端可以根据该数据项给管制员呈现目标的状态。
其他的数据项包括目标的速度、航向、目标的机型类别等。
1.3 Category 033协议报文的编解码处理
Category 033协议报文的编码是按照表中的字段参考编号顺序进行编码，然而一条Category 033协议报文不是包含所有数据项，而数据项的有无与目标发送的ADS-B数据源有关，为了明确Category 033协议报文中包含的数据项，在报文内容中规定标识了数据项的协议，报文内容的具体格式如表3所示。数据项标识中， 1 B能标识7个数据项的有无，根据表2可以知道，要标识所有的数据项，只需用3 B就足够了。表4给出一个Category 033协议报文的编码的实例。
根据表4可知，字节的某一位用来表示数据项，如果为1表示数据项被编码，否则没有该数据项。当某一字节的7 bit都被编码了，如果后面还有数据项，该字节的第8 bit必须设置为1，否则为0。由表4可以得到数据项标识的编码为0xFFCE，只用了2 B，而该条报文所包括的数据项为版本号、数据源标识符、链路技术指示符、星历基准时间、目标地址、完整性和精度参数、纬度/经度、气压高度、速度（空中）、目标呼号、发射机类别和目标状态。该条报文的长度为41 B，其中数据项总字节数为34 B，数据项标识为2 B，CRC校验为2 B，Category 033报文长度为2 B，报文类型标识为1 B。
1.4 Category 033协议在UAT监视系统中的应用
UAT模式的ADS-B是美国MITRE／CAASD IR&D从1995年开始研制的多用途的地空数据链通信模式，主要用于美国的通用航空监视。在全世界范围内，除了美国用UAT模式的ADS-B外，只有中国民航飞行学院在使用自主研发的UAT模式的ADS-B监视系统，该系统在飞行学院运行了10年之久，为国内ADS-B技术的应用和推广提供了参考。其系统构架如图1所示。
在图1中，主要包括了UAT地面站、网络设备、UAT数据处理服务器和监视终端等硬件，而且地面站通过网络送出的数据都是基于Category 033协议的报文。下面分别对每个重要的部件功能作详细的论述。
（1）UAT地面站
在该监视系统中，UAT地面站接收机载设备发出的ADS-B报文，并处理Category 033协议的报文，通过UDP/IP的网络传输方式发送给UAT数据处理服务器。
（2）UAT数据处理服务器
数据服务器的功能就是接收地面站发来的Category 033协议的报文，并对报文进行跟踪过滤，对不同地面站重叠区域的目标进行处理，把接收到的正确报文转发给登录服务器的监视终端，同时也能把本服务器接收到的地面站报文转发给其他服务器。因此UAT数据服务器具有对数据加密[8]的功能，把收到地面站的数据包进行加密，通过TCP/IP的传输方式发送给登录到服务器的监视终端和其他服务器。UAT数据处理服务器的作用就是充分利用Category 033协议的报文，把Category 033协议的报文发送到地面站监视范围外的区域，供更多的监视终端使用。
（3）监视终端
监视终端通过登录服务器获得服务器转发的加密Category 033协议的报文，并对其进行解密，获得Category 033协议的报文并对其进行解析显示，向管制员呈现目标的运动轨迹以及在空中的状态，方便管制员对目标进行直观的监控。图2展现了对Category 033协议报文解析的呈现方式。
2 Category 033的应用前景
通过以上对Category 033协议的分析以及在实际应用系统中的使用验证，可以了解该协议在UAT监视系统中组装ADS-B数据包和解析该协议编码的数据包的方法，分析了Category 033协议中的数据项在UAT监视系统中的关键应用，为UAT模式的ADS-B地面站设计以及后端的监视应用提供了理论依据和设计方法。
3 结论
Category 033协议是一种基于UAT模式的ADS-B数据编码规范，明确了UAT模式数据传输的统一格式，方便监视终端的设计，使ADS-B数据在应用层得到高效的处理。同时数据的编码过程中添加了同步头和CRC校验处理，使数据的可靠性和安全性得到了保证。随着ADS-B监视系统的深入应用，空中交通广播（TISB）[2-3]报文在Category 033协议中的应用将会成为未来发展方向。
参考文献
[1] FAA-E-2973. Ground-based transceiver（GBT）for broadcast services using the universal access transceiver（UAT）data link[S]. Depantment of Transportation， Federal Aviation Administration， 2004-01-15.
[2] SC-186， RTCA DO-282A. Minimum operational performance standards for universal access transceiver （UAT） automatic dependent surveillance-broadcast（ADS-B）[S]. RTCA， Inc.， 2004.
[3] SC-186， RTCA DO-282B. Minimum operational performance standards for universal access transceiver（UAT） automatic dependent surveillance-broadcast（ADS-B）[S]. RTCA， Inc.， 2009.
[4] SC-186， RTCA DO-260A. Minimum operational performance standards for 1 090 MHz extended squitter automatic dependent surveillance-broadcast（ADS-B） and traffic information services-broadcast （TIS-B）[S]. RTCA， Inc.， 2003.
[5] SC-186， RTCA DO-260B. Minimum operational performance standards for 1 090 MHz extended squitter automatic dependent surveillance-broadcast（ADS-B） and traffic information services-broadcast （TIS-B）[S]. RTCA， Inc.， 2009.
[6] SC-186， RTCA DO-242A. Minimum aviation system performance standards for automatic dependent surveillance broadcast （ADS-B）[S]. RTCA， Inc.， 2002.
[7] 李自俊.ADS-B广播式自动相关监视原理及未来的发展和应用[J].中国民航飞行学院学报，2008，19（5）：11-14.
[8] 刘引川，杨成.基于UAT数据链的ADS-B系统加密研究[J].中国西部科技，2011，10（30）：32-33.