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目前，低空空域探测设备已经初步形成以低空监视雷达为代表的非合作式目标监视和以广播式自动相关监视（ADS-B）设备为代表的合作目标监视两大设备方向。
雷达是基于距离测量的探测设备，容易获得较高的距离分辨率和测距精度。雷达设备又分为一次雷达和二次雷达，一次雷达的测距原理是利用电磁波照射到物体后的回波进行信号处理，从而估算出飞行物体的距离、方位和高度，属于主动式监视设备。由一次雷达进行探测目标的过程不需要飞行目标搭载应答机对雷达电磁波进行回复，因此对于所有在空中的飞行目标，理论上都可以被探测到；因为在一次雷达的使用过程中，只能发现目标，而不能判别目标的敌我属性，所以二次雷达几乎是和一次雷达并行发展起来的。由于二次雷达探测飞机的过程是由地面询问机和机载应答机合作完成的，因此飞机上必须装载应答机，二次雷达探测的飞机也称为合作飞机，二次雷达属于被动式监视设备。
ADS-B设备是广播式自动相关监视系统的简称，它和二次雷达相似，都属于被动式监视设备，不同之处在于二次雷达采用的是“问询-应答”机制，而ADS-B机载发射机会按一定时隙广播飞机的信息，由ADS-B地面接收站接收。
雷达是一种电磁传感器，用来对反射性物体检测和定位。其工作可以归纳如下：
（1）雷达通过天线辐射电磁能量，使其在空中传播。
（2）部分辐射的能量被雷达某个距离上的反射体（目标）截获。
（3）目标截获的能量重新辐射到许多方向上。
（4）一部分重新辐射的（回波）能量返回至雷达天线，并被雷达天线接收。
（5）在被接收机放大和做合适的信号处理后，在接收机的输出端做出目标回波是否存在的判决。此时，目标的位置和其他可能有关的信息就能被获取到。
雷达可以在远或近距离，以及在光学和红外传感器不能穿透的条件下完成任务。它可以在黑暗、薄雾、浓雾、下雨和下雪时工作。其高精度测距和全天候工作能力是其最重要的属性之一。
图2-1为雷达的基本框图，展示了一部雷达中常见的组成。
图2-1 雷达的基本框图
图2-1中的功率放大器，为雷达执行特定任务产生合适的波形。其平均功率可能小到毫瓦级也可能大到兆瓦级（平均功率比峰值功率能更好地表明雷达性能指标）。多数雷达使用短脉冲波形，以便一部天线在时间分享的基础上用于发射和接收。雷达发射机不仅必须能够在最大距离上产生检测期望目标需要的峰值和平均功率，而且要能产生特定应用所需要的合适波形和稳定的信号。发射机可以是振荡器或放大器，但后者通常有更多的优点。
双工器的功能是，允许使用单个天线在发射机工作时保护敏感的接收机不被烧坏，并且引导接收的回波信号到接收机而不是发射机。
天线是把发射能量辐射到空间然后在接收时收集回波能量的设备。天线几乎总是定向的，把能量辐射到窄波束中，以此聚集功率的同时可以判定目标方向。一个发射时产生窄定向波束的天线，在接收时通常具有较大的面积，以便从目标收集微弱的回波信号。天线不仅在发射时聚集能量和在接收时收集回波能量，还可以作为一个空间滤波器，提供角度分辨和其他能力。
接收机将接收到的微弱信号放大到可检测到其存在的电平。因为噪声是雷达做出可靠检测判决并提取目标信息的最终制约，要注意保证接收机自身产生很低的内部噪声。大部分雷达工作在微波频段，影响雷达性能的噪声通常来自接收机的第一级，即为图2-1中的低噪声放大器。许多雷达应用中对检测的限制是不需要的环境回波（称为杂波），这时接收机要有足够大的动态范围，其定义为接收机能以某些规定性能工作的最大和最小输入功率电平的比。信号处理器通常位于接收机的中频部分，可描述为接收机从不需要且会降低检测性能的信号中分离出需要信号的部分。信号处理器包括使输出信噪比最大的匹配滤波器，也包括当杂波比噪声较大时使移动目标信噪比最大的多普勒处理。多普勒处理能分离不同的动目标或从杂波中分离出动目标。检测判决在接收机输出端进行，当接收机输出超过预定的门限时就宣告存在目标。如果门限设置过低，接收机噪声会造成过多的虚警；如果门限设置过高，可能会漏掉检测到的目标。决定判决门限电平的准则是如何设定门限，使其产生可接受的预定的由接收机的噪声产生的平均虚警率。
在检测判决做出后，就可以确定目标的轨迹，即在一段时间内测得的目标位置轨迹。这是数据处理的一个示例，处理过的目标检测信息或轨迹可显示给操作者；或用来自动引导导弹到目标；或雷达输出可以经过进一步处理以提供目标性质的其他信息。雷达控制器可以保证雷达的不同部分协同工作。
雷达诞生于20世纪30年代，从世界雷达装备技术发展来看，雷达的发展大致经历了四个阶段。
第一阶段是从20世纪30年代到50年代，为实施国土防空警戒、指挥和引导己方作战飞机以及各种地面防空武器，西方研制部署大量米波段雷达和以磁控管为发射机功率部件的微波雷达。当时雷达探测目标（主要是飞机）的种类简单，信号处理为动目标显示（moving target indication，MTI），以手动为主要录取方式，自动化程度低、可靠性较差，雷达的典型技术特征是电子管、非相参。
第二阶段是从20世纪50年代到80年代，防空作战对雷达提出了精确引导的要求，使非相参技术体制逐渐被淘汰，转而开始发展稳定性和可靠性较高的全相参微波雷达，发射机大量使用速调管、行波管和前向波管等作为功率部件，信号处理为数字MTI，以自动为主要录取方式，自动化程度较高、可靠性较高，其技术特征是半导体、全相参。
第三阶段是从20世纪80年代到20世纪末，为满足现代空战对雷达高精度、高分辨力、高抗干扰能力、多目标跟踪能力、高可靠性和维修性的要求，有效应对复杂电磁环境下低空高速目标的要求，开始发展大规模集成电路、全固态、相控阵技术。信号处理为自适应动目标检测（adaptive moving targets detection，AMTD），以自动录取和自动状态监测为主，双通道冗余，极大提高了雷达的可靠性、维修性、可用性和安全性，雷达发展到更为完善和实用的阶段。
随着隐身目标、低空低速和高空高速目标的出现，以及电磁环境的日益恶劣，雷达技术目前正在向多功能、自适应、目标识别发展，这是雷达发展的第四阶段。
雷达已问世近百年，在空管中，利用雷达的监视作用，可以有效地保证飞行安全。雷达的基本任务有两个，一个是发现目标的存在，另一个是测量目标的参数。现代空管系统中常用的空管雷达有一次监视雷达（PSR）、二次监视雷达（SSR）、气象雷达（WR）、精密进近雷达（PAR）和场面监视雷达（SMR）等。
空中交通管理监视雷达主要分为一次监视雷达（简称“一次雷达”）和二次监视雷达（简称“二次雷达”）。一次雷达是反射式雷达；二次雷达最初是在空战中为了使雷达分辨出敌我双方的飞机而发展的敌我识别系统，用于空中交通管制后，就成为二次雷达系统。二次雷达实际上不是单一的雷达，而是包括雷达信标及数据处理在内的一套系统。
精密进近雷达是一种安装于跑道一侧的精密跟踪雷达，主要用于监视和跟踪飞机的起降，如美国雷神（Raytheon）公司的PARM雷达。
地面监视雷达是一种监控机场地面上飞机和各种车辆运动情况的高分辨雷达，也叫场面监视雷达。它主要的作用是在能见度低的时候提供飞机和车辆的位置信息，由于它的价格较高，机场通常没有这种设备。代表产品有美国Cardion公司的ASDE-3雷达。
气象雷达是一种探测降雨和风场分布等气象参数的监视雷达，其主要作用是减少因天气造成的飞行延迟和对飞行安全的影响。
一次雷达广泛用于军用和民用。其工作原理是：通过辐射无线电波，检查目标是否反射回波及反射波的特性，可测得目标的信息和位置（图2-2）。根据雷达发射信号与反射波的时间差，可测得目标的距离；根据对目标的连续探测，可获得相对雷达的速度；根据回波的波前到达雷达的角度，探测方位角。当发射电波后接收目标的反射波通过该种方式获得距离和范围信息的雷达，称为一次雷达。
图2-2 一次雷达工作原理
一次雷达发射的一小部分无线电脉冲被目标反射回来，并由该雷达收回加以处理和显示，在显示器上只显示一个亮点而无其他数据。一次雷达通常由天线、发射机、接收机、定时器、显示器及天线控制系统等主要部分组成，如图2-3所示。
图2-3 一次雷达的基本框图
定时器产生定时触发脉冲，并把它送到发射机、显示器等各雷达分系统，控制雷达全机同步工作。发射机在触发脉冲控制下产生射频脉冲进行发射。收发转换开关在发射期间将发射机与天线接通并断开接收机，而在其余时间将天线与接收机接通并断开发射机。对于收发共用一副天线的雷达来说，必须具有收发转换开关。天线将发射机输出的电磁波形成波束来实现定向辐射，并且接收由目标发射回来的电磁波。接收机将回波信号放大、滤波，并变换成视频回波脉冲，然后送入显示器。显示器是雷达的终端设备之一，用来显示目标回波并指示目标位置，是操作员操作、控制雷达工作的装置。天线控制装置（亦称“伺服装置”）可以控制天线转动，使天线波束依照一定的方式在空间扫描。
（1）机场监视雷达（ASR）。它的作用距离为100～300km，主要是塔台管制员或进近管制员使用，如美国雷神公司的ASR-10SS雷达（图2-4）。
图2-4 雷神ASR-10SS雷达
（2）航路监视雷达（ARSR）。设置在航管控制中心或相应航路点上。探测范围在250 km以上，高度可达13 000 m。它的功率比ASR大，覆盖整个航路，这样管制员就可以对航路飞行的飞机实施雷达间隔，如美国雷神公司的ASR-23SS雷达（图2-5）。
图2-5 雷神ASR-23SS雷达
（3）机场地面探测设备（airport surface detection，ASD）（图2-6）。它的功率较小，作用距离一般为1英里（1英里≈1.609 km），主要用于特别繁忙机场的地面监控，它可以监控在机场地面上运动的飞机和各种车辆，塔台管制员用它来控制地面车辆和起降飞机的地面运行，以保证安全。它的主要作用是在能见度低的时候提供飞机和车辆的位置信息，由于它的价格较高，因此机场通常没有这种设备。
（1）距离。根据雷达发射信号与回波之间的延时，可测得目标（飞机）的距离。
（2）速度。根据对目标（飞机）距离的连续测量，可获得目标（飞机）相对于雷达的速度。
（3）角方位。通过测量回波的波前到达雷达的角度，可以确定目标（飞机）所在的角方位。
一次雷达的优点是可在荧光屏幕上显示探测目标的方位、距离、移动速度和移动方向，而不需要探测目标应答（根据应答信息确定信息则成为二次雷达）。
（1）不能识别高度。
（2）不能识别代码。
图2-6 机场地面探测设备
（3）反射回波较弱，易受固定目标的干扰。
二次雷达也称为空管雷达信标系统（air traffic control radar beacon system，ATCRBS）。20世纪70年代初，计算机技术和雷达结合实现了航管雷达的全自动化。这种系统把一次雷达和二次雷达的数据都输入数据处理系统。高速运转的计算机接收来自三个方面的数据：第一是一次雷达的雷达信息；第二是二次雷达来的信标信息，并把它转换成数字码；第三是由航管中心输入的飞行进程数据，即飞行计划的各种数据。这个系统跟踪一架飞机时，如果它的飞行计划已经报告给航管中心，这时计算机中已经存储了有关数据，在显示屏幕上就会把这架飞机在下一步预计的位置和高度显示出来，管制员就可以完全脱离进程单，直接在雷达屏幕上得到飞机的全部有关数据。这个系统极大地改善了空中管制环境，提高了管制效率。它最初是在空战中为了使雷达分辨出敌我双方的飞机而发展的敌我识别系统，当把这个系统的基本原理和部件经过发展后用于民航的空中交通管制，就成为二次雷达系统。
二次雷达是由询问雷达和应答雷达所组成的无线电电子测位和辨认系统。询问雷达发射电磁波，应答雷达（又称雷达信标）接收到询问电磁波后被触发，发射应答电磁波，询问雷达根据接收到的应答电磁波而工作，实现识辨和测位。二次雷达的询问雷达和目标上的应答雷达之间按主动扫描询问和被动应答配合工作。询问雷达一般固定在地面，其扫描波束的脉冲用询问信号编码，应答雷达的应答脉冲带有自身代号的编码。询问脉冲和应答脉冲的载波频率是不同的，因而可防止误收发射波。二次雷达是一种把已测到的目标与以应答机形式相配合的设备协调起来的雷达系统，能在显示器上显示出标牌、符号、编号、航班号、高度和运行轨迹等及特殊字符。
管制员从二次雷达上很容易得知飞机的二次雷达应答机代码、飞行高度、飞行速度和航向等参数，使雷达由监视的工具变为空中管制的手段，二次雷达的出现是空中交通管制最重大的技术进展。二次雷达主要有以下特点：
（1）二次雷达要和一次雷达一起工作，它的主天线安装在一次雷达的上方，和一次雷达同步旋转。
（2）二次雷达系统的另一重要组成部分是飞机上装的应答机，应答机在接收到地面二次雷达发出的询问信号后，进行相应回答。
（3）通过二次雷达很容易知道飞机的编号、高度、方向等参数，使雷达由监视的工具变为空中管制的手段。
二次雷达的工作方式与一次雷达不同，它是由地面询问机和机载应答机配合而成，采用的是问答方式（图2-7）。
图2-7 一次雷达和二次雷达工作原理对比
二次雷达实际上是同时利用了雷达和通信的特点。所谓雷达的特点是指它可以用来确定目标的距离和方位，而通信的特点是指它可以从目标应答机信号中获取一般雷达信号所没有的信息。作为全球范围内广泛使用的二次监视雷达工作时，首先是地面二次雷达发射机发射1 030 MHz的询问脉冲信号，向机载设备发出询问，机载应答机在接收到有效询问信号后产生相应的频率为1 090 MHz的应答信号向地面发射。地面二次雷达接收机接收到应答信号，经过计算机系统一系列处理后获得所需的各种信息。可见，二次雷达系统必须经过二次雷达发射机和机载应答机的两次有源辐射才能实现其功能（图2-8）。
图2-8 航管雷达工作原理示意图
二次雷达发射的脉冲是成对的，它的频率是1 030 MHz，每一对脉冲之间的时间间隔是固定的，这个间隔决定了二次雷达的模式。民航使用的是两种模式：一种间隔为8 ms，称为A模式；另一种间隔21 ms，称为C模式，每一对脉冲之间有不同的时间间隔，可以确定不同的时间间隔，从而可以确定不同的询问工作模式（图2-9）。二次雷达系统的另一重要组成部分是飞机上装的应答机，应答机是一个在接收到相应的信号后能发出不同形式编码信号的无线电收发机，应答机在接收到地面二次雷达发出的询问信号后，进行相应回答。这些信号被地面的二次雷达天线接收，经过译码，就在一次雷达屏幕上出现的显示这架飞机的亮点旁边显示出飞机的识别号码和高度，管制员就会很容易地了解到飞机的位置和代号。目前民航使用的是A模式和C模式，在新航行系统中还出现了S模式。
二次雷达系统的另一部分是飞机上的应答机。应答机在接收到地面二次雷达发出的询问信号后发出不同形式的编码信号。应答信号是一个脉冲序列，它的第一个和最后一个脉冲是结构脉冲，标识这一系列脉冲的起始与终止，除中间一个脉冲备用外，其余12个脉冲组成一个八进制编码系统，形成一个4位数编码。A模式询问脉冲，应答代表飞机识别号码；C模式询问脉冲，应答代表高度。
二次雷达的旋转天线在发出信号时，主波从正前方发出，同时在主波周围发射低能量旁波瓣，如果应答机对这些波瓣应答，则会出现假信号。
图2-9 雷达的询问模式图
为了防止该情况，二次雷达在旋转天线旁边设置一根全向天线。如图2-10所示，在询问脉冲对的第一个脉冲后2μs发出脉冲，强度与脉冲对相等，如果应答机接到3个脉冲强度相等，表明收到的是主波瓣的信号，给予回答；如果收到的信号中，中间一个强而前后弱，表明收到的是旁波瓣的脉冲，不予回答，从而避免干扰。
图2-10 旁波瓣抑制
二次雷达出现这种旁瓣干扰或者应答信号混叠的现象，主要原因就是其询问信号和应答信号过于简单，在其询问信号中没有指明是哪一架飞机进行询问，而在新航行系统的监视中占主要地位的S-SSR，即选择模式的二次雷达，可以有效地解决这一问题。
与一次雷达相比，二次雷达具有回波强、无杂波干扰、无目标闪烁现象、精度高和能提供信息识别等优点，具体如下：
（1）机载应答器回波比一次雷达目标反射回波强得多，对应答器的应答功率要求不高，应答器的体积、重量可以很小。
（2）询问信号与应答信号的射频波长不等，消除了地物杂物和气象杂波的干扰。
（3）二次雷达的回波与目标有效反射面积无关，也就无目标闪烁现象。
（4）二次雷达的高度信息由飞机上的高度计产生，其精度要比一次雷达高。
（5）二次雷达提供信息识别，即军用或民用飞机的代号，当飞机发生故障、通信系统时效或遇到挟持时，能提供危机告警信息。
气象雷达或称气象监视雷达（weather radar，WR），是用来探测大气中的降水类型（雨、雪或冰雹等）、分布、移动和演变，并可对其未来分布和强度做出预测的一种雷达设备。现代气象雷达大部分属于脉冲多普勒雷达，可以监测降水的分布及强度。这些数据可以用来分析风暴的结构以及其是否在未来造成恶劣天气。
气象雷达是探测气象情况以及其他气象信息的雷达系统，可以及时了解到探测目标的轮廓、雷雨区的强度、雷雨区的方位和距离等信息，并将信息反馈到显示设备上。气象雷达在天气预警和预报过程中的应用十分广泛，是各种天气系统的主要探测工具之一。常规的雷达装置主要包括定向天线、发射机、接收机、天线控制器和显示器等，每一个装置协调发挥作用，在各种灾害性、突发性天气的预报和警报中具有极其重要的作用。
第二次世界大战期间，军事雷达操作员就注意到了因雨、雪、冻雨等天气因素接收到的回波噪声。战后，军事科学家得以继续研究如何利用这些回波。前美国空军、后任职于麻省理工学院的大卫阿特拉斯开发了第一个实用气象雷达。在加拿大，马修和道格拉斯于蒙特利尔成立了“风暴天气小组”。马修和他的博士生沃特·帕玛（Walter Palmer）专注于研究中纬地区降水滴谱，并由此发现了降水速率和雷达反射率之间的关系。英国则继续进行雷达回波模式和气象要素如层云降水和对流云之间关系的研究，并试验了1～10 cm范围内的不同波段效果。
1953年，从事美国伊利诺伊州水资源调查工作的电气工程师唐纳·史戴格，第一次利用雷达记录到了与龙卷风相关的钩状回波（图2-11）。
1950—1980年，用于定位天气系统及探测降水强度的反射雷达气象服务在世界范围内建立起来。早期的气象学者通过阴极射线管来获取信息，到了20世纪70年代，雷达观测开始标准化并组成观测网。第一个雷达回波成像设备诞生后，雷达发展到可以扫描降水系统的三维层面，使等高平面的景象和垂直的状况均能够得以展现。加拿大的阿尔伯塔省冰雹计划和美国的国家强风暴实验室因此得以研究雷暴结构。
美国国家强风暴实验室始建于1964年，起初研究双偏振信号和多普勒效应在气象雷达上的应用。1973年5月，一场龙卷风袭击了俄克拉何马城西部的尤宁城。该实验室的10 cm波段多普勒气象雷达第一次记录下了龙卷风的整个生命周期。从这一成果中发现了龙卷风发生前高空云的中尺度涡旋即龙卷风涡旋，这使得美国国家气象局认识到多普勒天气雷达是极好的龙卷风预报设备。而1974年4月3—4日龙卷风超级爆发造成的毁灭性破坏，使多普勒雷达的研究得到了更多的资金支持。
图2-11 美国双子城的龙卷风及形成它的超级单体风暴
1980—2000年，气象雷达网在北美洲、欧洲、日本等发达地区或国家普遍建立，可探测大气中微粒移动速度的多普勒雷达也替代了只能探测天气系统位置和强度的传统雷达。美国于1988年正式进行10 cm波段气象雷达的布网建设，称之为下一代气象雷达或WSR-88D。1985年，加拿大建立了配备5 cm波段的多普勒气象雷达的金城雷达站；1993年，麦吉尔大学的马修雷达观测站也采用了多普勒雷达。完整的加拿大多普勒气象雷达网在1998年到2004年间建成。法国和其他欧洲国家则直到20世纪末21世纪初才逐步采用多普勒网络系统。其间，受惠于计算机技术的迅猛发展，科学家们已经可以利用计算机算法分析恶劣天气，并由此开发了一系列供给媒体展示或科学研究的气象产品。
2000年后，双偏振技术投入使用，这增加了关于有效降水类型（如雨和雪的对比）的信息获取。“双偏振”是指既能发射和接收水平偏振波，又能发射和接收垂直偏振波的微波辐射。当时预计美国、法国和加拿大等国家将在近10年内大规模发展该技术。
2003年起，美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）开始着手用相控阵雷达代替传统的抛物形天线，以便在大气探测中获得更高的时间分辨率。这对获取预测强雷暴发展过程的实时数据尤为重要。
同年，美国国家科学基金会（National Science Foundation，NSF）成立了合作自适应遥感大气工程技术研究中心，这是一个跨学科、涉及多所大学工程师、计算机科学家、气象学者和社会学家参与合作的机构，他们利用成本低廉、扫描迅速的双偏振相控阵雷达，获取较少为人探索的对流层低层资料，进行相关基础研究、新技术开发并部署样机，以加强现有的雷达系统。
气象雷达的基本工作原理是通过目标对雷达波的反射情况来确定目标的位置和特性（图2-12）。如果目标物体的导电性能越好，则目标物体对雷达波的反射能力也就越强，反射的面积也越大，反射能量越高。若物体的几何尺寸和波长相差很大，则反射的能量将会变弱；如果目标物体反射面的直径可以和雷达波的波长相比拟，则反射的能量也会明显升高。目前用于气象探测雷达的工作频率一般多为200～10 000 MHz。
图2-12 气象雷达站
以多普勒雷达为例，其发射出的电磁波，遇到运动的目标，返回信号产生频率偏移，从而可导出目标物相对于雷达运动的径向速度。其基本公式如下：
式中， f D 为多普勒频移或多普勒频率，它是由于目标物的径向运动而引起信号的频率变化。目标物的径向速度称为多普勒速度。
多普勒天气雷达除了测量回波信号的平均功率之外，还要对回波信号的场强 E （ t ）做频谱分析；进行频谱分析可以得到以多普勒频率为函数的后向散射功率 S （ f ），称为多普勒谱。在每个频率间隔 Δ f 内的回波功率，是运动速度相对于 Δ f 的降水粒子的回波功率之和。
利用式（2-1），
S
（
f
）可以变成
S
（
v
），称为降水粒子的径向速度谱。根据径向速度谱可以计算目标的平均多普勒速度
v
和速度的方差
，从中可以进一步了解降水粒子的滴谱分布和降水粒子所在气层的大气湍流情况。具体应用如下：
（1）探测降水区中气流的垂直速度（平均值）。天线垂直指向天顶的多普勒雷达，可以测量降水粒子的平均多普勒速度 v 。由于多普勒速度 v 是降水粒子降落末速度 W t 和气流的垂直速度 W 之和，即 v ＝ W t ＋ W ，因此，若已知降水粒子在静止大气中的降落速度 W t ，即可确定气流的垂直速度 W 。
（2）雨滴谱的测量。不同大小的降水粒子具有不同的降落末速度 W t ，产生的回波功率也不同。利用垂直指向的多普勒雷达可以测定回波信号的多普勒谱。若已知气流的垂直速度 W ，则根据 W t ＝ v － W ，可以得到回波随降水粒子末速度 W t 的分布。
（3）湍流的估计。多普勒谱的宽度可以用多普勒速度的方差
来度量。多普勒谱的宽度由下列四个因素决定：降水粒子的末速度、空气的湍流谱、波束截面上风速的垂直切变和波束宽度的影响。
总的方差
可以写成由上述四个因素产生的方差之和。因此，当多普勒雷达的波束宽度小于1°，并进行垂直指向探测时，
则由降水粒子末速度的散布和被测体积中小尺度空气湍流的垂直分量引起。
若确定了第一个因子，则测定了
就可以推算出空气的湍流情况。而尺度大于被测体积的湍流，即为平均多普勒速度
v
的变化，可以用平均多普勒速度的时间变化代替空间变化来估计。
精密进近是指由仪表着陆系统或精密进近雷达提供精密的方位和下滑引导的仪表进近程序。相比之下，非精密进近仅提供方位引导（在一些图书中，方位引导又称水平引导，下滑引导又称垂直引导）。
常见的能够提供精密进近的设备有仪表着陆系统（instrument landing system，ILS）、微波着陆系统（microwave landing system，MLS）和精密进近雷达等。根据精密进近的定义，这些设备在飞机降高、减速或修正航迹等机动飞行时，在方向上要为飞机对准跑道中心线的延长线提供精确的方位信息；在垂直剖面（高度）上为保证飞机不偏离下滑道，提供精确的下滑信息。
一套ILS主要由两个子系统组成：一个提供水平引导（航向信标台；localizer，LOC），另一个提供垂直引导（下滑台；glide slope，GS或glide path）。通过两个子系统的配合，飞机准确降落在跑道上。而这个引导是由飞机上的ILS接收机对接收到的无线电信号的调制深度进行比较得到的。
ILS的航向信标台（LOC）给出与跑道中心线对准的航向面，其在跑道两端的信号范围与距离LOC的关系如图2-13所示。
图2-13 信号范围与距离LOC关系图
精密进近雷达（图2-14）是由地面测定进近飞机位置的一次雷达，一般安装在跑道的一侧，面向进近飞机在20°扇区范围内发射左右扫描波束，同时在垂直屏幕的10°范围内发射上下扫描波束，一般作用距离为40～60 km。精密进近雷达一般装设在跑道附近，观测航空器相对规定下滑线的偏离，引导航空器进近、着陆，并向驾驶员提供飞机相对于跑道中心线的方位偏离、下滑偏离和对跑道入库的距离数据。
图2-14 精密进近雷达
依靠精密进近雷达，在低能见度进近时，可以由地面人员通过话音通信指挥飞机进入并保持在适当的下滑路线上完成进近着陆。这种进近引导方法被称为“地面控制进近”，一般用于没有仪表着陆系统的机场。然而，这种进近引导中驾驶员处于被动地位，对当前高速飞机已不太适用，因此民航已较少使用。
场面监视雷达是一种用于监视机场地面飞机与车辆的雷达，20世纪70年代以后逐步投入使用。场面监视雷达是中国航空机场内部必不可少的雷达监视设备之一，它作为一种用于监视机场中飞行区域（跑道及滑行道）的飞机及车辆等地面移动目标的雷达，帮助塔台和站坪的管制员借助场面监视雷达显示器清楚了解地面飞机和车辆的位置。国际上一些先进的大机场采用了场面监视雷达系统来监视机场的交通，这是场面监视管理技术的一次巨大进步。场面监视雷达从原理上就是一部一次雷达，工作原理和其他的近、远程一次航路雷达十分相似，都是利用雷达发射机按照一定的重复频率发射一个射频脉冲信号，该信号遇到目标后反射，接收机接收到反射信号后进行处理并计算出目标离雷达中心的距离，天线系统的方位编码器提供正北和方位信息，从而能够确定目标的位置。其输出信号送到场面监视数据融合系统，最后提供给塔台调度以及机场当局调度或站坪管理部门使用，进而提高机场的运行效率。由于场面监视雷达主要用于发现低空近地目标和机场场面的目标，因此场面监视雷达的天线仰角一般为负值，垂直波瓣图为倒余割平方波瓣特性。
场面监视雷达早期一般应用于海上的舰船、各种港口河道，主要目的是监视舰船等水面上的目标，用于港口的舰船调度，保证港口在各种复杂天气条件下舰船水上航行的安全等。后来随着雷达技术的发展和各个领域需求的不断增加，场面监视雷达逐步扩大了应用领域，如水库大坝的安全防护、海岸监视、重点军事设施区域监视、局部战区监视以及机场场面监视等。场面监视雷达按安装地点可分为舰载场面监视雷达、车载场面监视雷达、陆基场面监视雷达、机载和星载场面监视雷达等。
场面监视雷达的雷达数据处理系统具备一定的目标识别、冲突判断和告警功能。具体如下：
该系统应及时为管制人员提供机场内部跑道、滑行道、停机桥、机坪以及其他部位等重点监视位置的信息，同时对现场内飞机、车辆、人员以及其他物体的位置、速度等进行定位捕捉，将信息进行传输，保证完成监视工作。
该系统应能够对飞机跑道上飞机的动作、速度和方向等进行预判，并据此对是否发生碰撞进行分析，同时向管制人员发出告警信号，以降低危险的发生率。
对机场内所有的飞机、车辆以及必要物品均安装并开启应答机，结合系统的自动识别功能对其标牌进行识别，并对飞机、车辆等进出以及场面具体情况进行24小时监视。
场面监视雷达设备根据其主要监视功能及部位可分为天空反馈系统、收发系统、雷达头信号接收系统、机场雷达信号监视系统、控制系统以及传输设备等。其中，天空反馈系统中包含的天线塔和天线控制单元（antenna control unit，ACU）可实现对天空中的信号进行监视和接收；收发系统则是场面监视雷达系统中接收、发送信号的关键部分，其主要分为2个收发柜；雷达头信号接收系统中包含4部收发机，主要对信号进行接收和发送，并对接收到的视频信号等进行进一步处理，同时对信号中的无用部分和噪声进行删除后将该处理过的信号传输给其他系统中，保证监视雷达系统的正常运行；机场雷达信号监视系统需要将接收到的视频信号在雷达头中显示，并通过系统对视频接收信号的程度以及各个模块的工作状态等进行分析，利用系统软件对雷达的运行参数进行适当调整与修改，保证信号接收的强度。
早期对飞机的监视，高交通密度区靠雷达监视，低交通密度区如边远区域或海洋只能靠驾驶员利用高频（high frequency，HF）无线电台通过电报或话音发送飞机位置报告。由于缺乏可靠的通信手段，因此除雷达监视以外，没有其他监视手段。
雷达监视是地面独立的对空监视，从一次雷达发展到二次雷达，从A/C模式发展到未来的S模式，已成为国际上普遍采用的技术。为了弥补远程边缘海洋监视之需，未来空中航行系统（future air navigation system，FANS）委员会认为，采用可靠空/地通信（如卫星通信）能够自动地、周期性地用数字式数据报告飞机位置，虽为非独立监视，但仍然是有效的监视技术，为此推荐了自动相关监视（ADS）技术。
国际民用航空组织（International Civil Aviation Organization，ICAO）将ADS技术定义为：“ADS是一种监视技术，由飞机将机上导航定位系统导出的数据通过数据链自动发送，这些数据至少包括飞机识别码、四维位置和所需附加数据。”ADS技术是基于卫星定位和地/空数据链通信的航空器运行监视技术，是为越洋飞行的航空器在无法进行雷达监视的情况下，希望利用卫星实施监视所提出的解决方案。中国在沿青藏高原飞行的欧亚航路上建立的L888航路即采用了ADS的监视方式。
ADS可以分为ADS-A（ADS-addressing，选址式）和ADS-C（ADS-contract，合约式）两种模式。ADS A/C是指飞机与空管单位之间首先建立起点对点的通信链接，在建立起链接之后，根据约定，飞机上导航设备会自动地将飞机有关信息传输给空中交通管制部门，同时地面也可以向飞机发送上行信息。通信链接的方式可以是甚高频（very high frequency，VHF）数据链、高频（HF）数据链、二次雷达（SSR）S模式应答机、航空移动卫星业务（aeronautical mobile-satellite service，AMSS）通信等。飞机向下报告的信息通过地面网络传到空管中心，经过数据处理，飞机的位置等信息就可以显示在屏幕上。这种飞行员和管制员之间建立的数据链通信也称为管制员飞行员数据链通信系统（controller pilot data link communications，CPDLC）。ADS-A与ADS-C的区别在于，建立起地空链接后，触发飞机向下报告的方式不同。ADS-A是根据事先的约定来触发向下报告，这个约定可以是一定的时间间隔或经过每个航路点等自动下传；ADS-C是根据地面管制单位的询问来进行应答下传。
ADS是建立在地对空监视基础上的，20世纪80年代后期发展起来的空中交通警告与防撞系统（traffic alert and collision avoidance system，TCAS）是建立在空对空监视基础上的，而用于机场场面活动监视是地对地监视。随着技术的发展，开始将这三种技术结合成一体，使活动着的飞机（包括车辆）各自自发地广播自我位置，本机收到邻机位置报告后进行空对空相互监视，地面管制部门接收场面飞机和车辆的位置报告，能起到场面监视的作用。通过几年的试验，ICAO的ADS专家组认可并定名该技术为广播式自动相关监视（ADS-B）。
ADS-B系统由机载设备和地面站组成，机载设备又包括：全球定位系统（global positioning system，GPS）接收机，用于接收来自GPS的定位信息、确定自身位置；ADS-B收发机和天线，用于发送自身位置信息和接收来自其他飞机的广播报文；驾驶舱交通信息显示器，用于报告邻近飞机的位置信息；地面站，用于接收广播报文供管制员监视和控制。ADS-B运行体系示意图如图2-15所示。
图2-15 ADS-B运行体系示意图
机载设备通过GPS来确定飞机的精确位置，然后将位置信息转换成数字码。数字码结合其他一些信息（如速度、高度、飞机转弯/爬升/下降率等），通过数据链从飞机广播出来，在150 n mile（1 n mile＝1.852 km）高度内的其他飞机和地面站都能接收到数据链广播，并将其信息在屏幕上显示出来。地面站将接收到的飞机信息输入空管系统，提供给管制员进行“类雷达”的管制监视；空中的飞机接收到其他飞机的信息后，经过处理显示在驾驶舱交通信息显示器上。如果在机场内的车辆上安装该发射和接收设备，则机场的场面管制席还可以进行场面车辆监视；而机场内的车辆同样可以监视周围的飞机和车辆，防止跑道的非法侵入。
从应用平台来看，ADS-B产品包括地面站、机载、车载以及星载产品。其中，地面设备以ADS-B接收站为主；机载平台、车载平台都有比较成熟的ADS-B发射与接收产品；星载ADS-B产品主要是ADS-B接收机。这里重点关注机载ADS -B产品，其分类如图2-16所示。
图2-16 机载ADS-B产品分类
从图2-16可以看出：从应用平台来看，机载ADS-B产品可以粗略地分为面向航线飞机的ADS-B产品、面向通用航空飞机的ADS-B产品和面向低空目标的ADS-B产品；从功能构型视角来看，机载ADS-B产品又可以分为独立ADS-B接收机、ADS-B发射机、独立ADS-B收发一体机和基于应答机的ADS-B发射机。另外，分别从载机类型与功能构型两个视角对机载ADS-B产品进行分类，见表2-1。
表2-1 机载ADS-B主要产品
续表
（1）面向航线飞机的ADS-B产品。目前，航线飞机的ADS-B相关产品大多被RockwellCollins、Honeywell、ACSS等主流供应商垄断。这些公司多通过对现有S模式应答机的升级来实现ADS-B发射功能；通过对交通告警和防撞系统（TCAS）进行升级实现ADS-B接收功能。具有ADS-B发射功能的主流产品有：Honeywell公司的TRA 100B应答机、RockwellCollins公司的TPR-901应答机和ACSS公司的NXT-600/700/800系列应答机。具有ADS-B接收功能的产品有Honeywell公司的AESS、ACSS公司的TCAS等，如图2-17所示。
图2-17 三大国外厂商综合监视产品
（2）面向通用航空飞机的ADS-B产品。在通航领域，提供ADS-B产品与解决方案的厂商众多，包括L3Harris、FreeFlight、BendixKing、uAvionix、Garmin等。由于通航飞机种类多、应用场景多样，因此其产品功能构型也比较多，包括独立的接收机、发射机以及一体化收发机。具有代表性的产品有：BendixKing公司研制的KGX-130/150接收机；Garmin公司研制的GTX-335/375收发机，其价格仅2 295美元，市场竞争力极强；uAvionix公司研制的tailBeaconX发射机（图2-18）；L3Harris公司研制的NGT-2000/2500、NGT-9000系列一体化收发机。其中，uAvionix公司研制的tailBeaconX发射机非常有特点，它集成了广域增强GPS接收机与航行灯，结构设计非常巧妙，可以方便地安装于飞机尾垂的航行灯位置，原位替换原航行灯。
（3）面向低空目标的ADS-B产品。在低空目标ADS-B产品领域，uAvionix公司推出了多款轻巧且集成度很高的ADS-B产品，包括ADS-B接收机PingRx、ADS-B发射机ping 200SR、ADS-B一体化收发机Ping2020i与Ping1090i等。其中，Ping1090i（图2-19）仅重26 g，支持1 090 MHz与978 MHz双频接收、1 090 MHz发射，集成了广域增强GPS接收机与气压高度表。
图2-18 面向通航的ADS-B发射产品tailBeaconX
图2-19 面向低空目标的ADS-B收发机Ping1090i
从功能构型来看，ADS-B产品可分为以下三类：
（1）ADS-B接收。独立的ADS-B接收机主要应用于通用航空与低空目标，大多支持1 090 MHz与978 MHz双频段接收，比较有代表性的产品包括BendixKing公司的KGX-130/150、Freelight公司的FDL-978-RX、uAvionix公司的plugUSB接收机等。这些接收机十分轻巧、集成度高、价格便宜，可以通过无线网络与智能手机、平板电脑交联，信息可以在第三方软件上直观显示，只需很小的代价就可以极大地增强飞行员对周边交通态势的感知能力。
（2）ADS-B发射。ADS-B发射机按频段可以分为978 MHz与1 090 MHz两种：工作于978 MHz的ADS-B发射机主要面向美国通用航空飞机；工作于1 090 MHz的ADS-B发射机其应用范围较广。为了防止1090ES链路拥堵与干扰，独立的、不与应答机集成的ADS-B发射机类型与应用场景受到了约束。因此，主流的工作于1 090 MHz的ADS-B发射机大多与应答机集成。面向航线飞机的典型产品有TRA-100B、TPR-901和NXT-800等；面向通航飞机的产品有BendixKing公司研制的KT74应答机、Freelight公司研制的FDL-1090-TX等。面向通航飞机的ADS-B发射产品大多集成了广域增强GPS接收机、气压高度表等，安装方便且性价比高。
（3）ADS-B收发一体化机。该构型集成ADS-B的发射与接收功能，主要应用于通用航空与低空目标，集成广域增强GPS接收机与气压高度表，大多支持1 090 MHz与978 MHz双频接收；发射机一般都有多种配置，可工作于978 MHz或1 090 MHz。L3Harris公司针对通航飞机开发了NGT-9000多功能收发机，支持双频接收，可以获取交通、飞行与气象信息；发射机工作于1 090 MHz，与S模式应答机集成。uAvionix公司针对低空目标开发了Ping1090i与Ping2020i系列收发机，两者都支持1 090 MHz与978 MHz双频接收，其中，Ping2020i发射机工作于978 MHz，Ping1090i发射机工作于1 090 MHz频段。
ADS-B全称是automatic dependent surveillance-broadcast，中文含义是“广播式自动相关监视”，顾名思义，即无需人工操作或像二次雷达一样去询问，飞机会自动地将自己的位置、高度、速度、航向、识别号等信息向其他飞机或地面站广播，以供管制员及飞行员对飞机状态进行监控。如图2-20所示为ADS-B运行原理。
图2-20 ADS-B运行原理
ADS-B系统是一个集通信与监视于一体的信息系统，由信息源、信息传输通道、信息处理与显示三部分组成。ADS-B的主要信息包括飞机的位置、高度、速度、航向和识别号等，而这些信息全部来源于机载设备，如飞机的位置信息从机上GPS设备获得、飞机的高度从机上气压高度表获得；信息传输通道目前运用得较多的有VDL Mode4（甚高频数据链模式4）、UAT（万能电台数据链）和1090ES（1 090 MHz S模式扩展电文数据链），可以将它们类比为电信、联通和移动；信息通过信息传输通道自动地传到地面接收站或其他飞机，便可为相应用户所用（图2-21）。
图2-21 ADS-B信息交互
ADS-B具有的特性，可体现为A（automatic）、D（dependent）和B（broadcasting），其中，A表明飞机各项信息的对外广播是由相关设备自动完成，而不需要飞行人员的介入；D表明实现飞机之间以及地面空管机构对空域状况的感知，需要所有飞机均参与到对各自信息的广播中，同时所发送的信息均依靠机载设备所提供的数据；B表明飞机所发送信息不仅是点对点地传送到空管监视部门，还要对外广播，使所有通信空域内的单位均能收到（图2-22）。
图2-22 ADS-B技术原理图
根据相对飞机的信息传递方向，机载ADS-B应用功能可以分为发送（OUT）和接收（IN）两类。
ADS-B OUT是指飞机发送位置信息和其他信息。地面系统通过接收机载设备发送的ADS-B OUT信息，监视空中交通状况，起到类似于雷达的作用。ADS-B OUT基本功能如图2-23所示。
图2-23 ADS-B OUT 功能示意图
ADS-B IN是指飞机接收其他飞机发送的ADS-B OUT信息或地面服务设备发送的信息，为机组提供运行支持（图2-24），这是实现ADS-B系统通信功能的基础。
ADS-B是目前最新的一种监视技术，其覆盖范围之大和接收信息之广是二次雷达所不可比的。通过对ADS-B系统的研究发现，它可以应用于地面雷达设备覆盖不到的内陆荒漠地区、无人值守区域以及偏远海洋区域，为飞机提高比较精确的航行服务信息，并且对目前使用的间隔标准提出了更高的要求；在有雷达覆盖的繁忙区域，可以提高航路和终端区的空域飞行流量；同时，利用ADS-B技术还可以在管制区域实现飞行动态的监视，不仅可以监视空中和地面上的飞机，还可以监视地面上运动的车辆，用以改进当前的飞行流量；应用ADS-B上行、下行报文的传送，还可以为飞行中的飞机提供其需要的各种服务，这一技术在空管上的应用将会对空中监视起到很大的推进作用。
ADS-B技术的实现是监视技术的一次飞跃，更是空管领域的一场深刻革命，在获得充足监视信息的基础上，各飞行单元即可自主实施航路选择、间隔保障、冲突发现与避免，而无需地面空管部门的介入。可见，ADS-B技术的实施，是实现空域管理由集中式向分布式过渡的必要支持，更是未来自由飞行理念实现的重要保证。
图2-24 ADS-B IN 功能示意图
ADS-B技术在实施空-地监视时，还可以进行空-空监视即飞机之间的相互监视。与TCAS相比，因为ADS-B的报告利用数据链进行广播，所以飞机之间不需要发射询问信号就可以直接收到并处理飞机之间的飞行信息，因此可以有效提高飞机之间的避撞性能，以达到缩小飞机飞行间隔的目的。在这种情况下，实时广播以及实时监控是实现飞机“自由飞行”的必备条件。在目前的管制条件下，飞机都是按照地基导航系统飞行，也就是按照无数个无线电信标、雷达和信号发射塔建立的航线飞行。由于地形复杂，某些地方不适合建立上述这些系统，因此飞机不能选用最直接、最短的航路，而是经常要绕飞到同一个航线上，这样就造成航线拥挤和空域利用率低。自由飞行就是指飞机在自动化发展比较高级的时候，不依赖于地基设备，仅依靠空空监视来告知飞行员如何选择航路飞行，同时还要保证信息的完整性和准确性。而已经开始应用的ADS-B技术，在以后的研究发展中，可以达到这样的要求。座舱综合信息显示器可以给飞行员提供其他飞机降落或起飞以及机场地面车辆的各种信息。
ADS-B技术还可以监视到机场地面上运动的汽车和滑行的飞机，可以以较低的成本实现飞机对场面的监视。虽然国内各个机场都装有场面监视雷达，但是由于场面监视雷达本身设计的缺陷，因此很难覆盖到机场的各个角落。应用ADS-B技术之后，再加上场面监视雷达的配合，就完全可以监视到机场的各个角落，实现对机场地面运动车辆和飞机的更准确监视和管理。
具有ADS-B功能的飞机可以对外广播各类所需监视信息，这些信息可分为以下几类。
ADS-B所传递的基本标识信息包括以下三种：
（1）呼号（call sign）。由7个字母数字组成，对于不接受ATS服务的飞机或车辆以及军用飞机，不需要此类信息。
（2）地址（address）。用以唯一标识飞机的24位地址。
（3）类型（category）。由国际民航组织定义的描述航空器类别的标识，如轻型机、中型机及滑翔机等。
状态矢量是移动目标的状态矢量，包括在全球统一参考系统下的三维位置和速度等信息。包括以下元素：
（1）三维位置。包括：在传输数据的格式上要求不损失精度、具备完好性；几何位置元素使用WGS-84坐标系。
（2）三维速度。包括水平速度矢量和垂直速度，几何速度信息使用WGS-84坐标系。
（3）飞机转向标示。包括左转、右转、直飞。
（4）导航不确定度（navigation uncertain category，NUC）分类。根据ADS-B发送系统的NUC数据集进行划分，包括位置不确定度（NUC P ）和速度不确定度（NUC R ）。
状态和意图信息主要用于支持机场交通监视（airport traffic supervision，ATS）和空空应用，包括：
（1）紧急/优先（emergency/priority）状态。用于标识紧急或优先级状态的相关信息，如非法侵入告警、油量供应不足等。
（2）当前意图（current intent）信息。当前需要发布的飞机意图状态，包括目标高度、所期望的航迹等。
（3）航路意图（trajectory change point，TCP）信息。提供航路发生改变的相关意图信息，如当前航路改变意图（TCP）信息、未来航路改变意图（TCP＋1）信息。
分类号用于标识参与者支持特定服务类别的能力，如基于驾驶舱交通信息显示（CDTI）的交通显示能力、冲突避免和精密进近等。
其他信息是指ADS-B技术能够传送实施监视一方所需要的任何信息，随着技术的发展和各种新应用的引入，将需要更多种类的监视信息，ADS-B技术将通过相应软硬件配置实现对任何所需信息的广播。
ADS-B设备采用全向广播方式播发空对空、空对地报告，由飞机自动向周围的飞机和地面站发射自身的位置等信息，实现了雷达监视无法达到的空-空相互监视，能够使机组和管制员以前所未有的精确度“看到”飞行冲突，有利于航空器主动避让交通冲突，对运输飞行或通用飞行都行之有效。同时，使用ADS-B技术在实施空-空相互监视时，只需机载电子设备接收机、数据链收发机及其天线、驾驶舱交通信息显示器，不需要任何地面辅助设备，即可完成相关功能。除了能够精确提供空空相互监视、地空监视外，与雷达相比，ADS-B设备无论在监视范围、监视精度、空域利用或运营成本等方面都具有突出的优势。
ADS-B设备能够实现登机门对登机门监视服务，即从航空器在地面的第一个运动开始，直到返回地面和关闭发动机，贯穿所有飞行阶段，实现了空中监视与场面监视的完美融合。ADS-B设备还可以在没有安装雷达设备或雷达设备无法覆盖的偏远地区、海角、盲区和天线屏障区提供监视服务，加强单一雷达覆盖区域的ATC监视，也可作为SSR监视的备份监视系统，通过提供附加的位置报告作为雷达位置更新的补充。
与雷达相比，ADS-B能够提供更高精度和抗干扰的监视，主要表现在：ADS-B数据每秒钟更新1次（雷达扫描间隔为4～15 s），测量偏移误差小于0.1 m，数据完整性小于1×10 7 /h，而且探测航空器速度精度优于目前SSR所能达到的±10 m。
与雷达监视下扇区划分和航路设计受雷达设备监视精度、可靠性的限制相比，ADS- B设备监视能够提供更高效的航路监视、终端区监视和机场场面监视，减轻管制员工作负荷，从而改善空域扇区划分，优化航路结构，增强航空安全保障能力。
1套雷达监视设备须投资100万～400万美元（包括选址建造、维护保养和电力等费用），在飞行流量小的地区安装会造成浪费。而1套ADS-B设备的投资只需要雷达设备的1/10，约10万～40万美元。此外，ADS-B设备还可用于对通用航空和军事飞行的精确监控，实现从地面到高空的全程覆盖，有力地促进低空空域开放，为实现低空自由飞行创造有利条件。
ADS-B信息可以应用于以下几个方面：
（1）为全国区域管制中心、中低空管制中心、进近、塔台等空管部门提供包括民航飞机、通用飞机、低空目标、场面车辆等实时的监视信息，实现ADS-B管制运行（图2-25）。
（2）为通用航空提供实时监视信息，提高通用航空的安全性。
（3）为机场运行控制系统提供机场区域及进港航班的动态信息，配合场面监视雷达，提高机场的运行控制能力。
（4）为航空公司提供全国航班的动态监视信息，提高航空公司对本公司航班运行动态的管理。
图2-25 ADS-B管制运行示意图
（5）为航空保障企业提供局部区域的航班实时动态监视信息，提高其服务保障能力。
（6）为民航局、管理局和监管局提供全国或局部区域的航班动态监视信息，提高政府监管水平。
（7）为相关公共服务系统提供全国、局部或特定航班动态监视信息，满足社会公众掌握航班信息的需求。
（8）为具备ADS-B IN功能的飞机提供航班动态信息，机组可以在驾驶舱交通信息显示（CDTI）设备上“看到”其他航空器的运行状况（图2-26）。
图2-26 CDTI观察到的飞行动态信息
（1）运行成本低。ADS-B建设投资成本只有二次雷达的1/10左右，并且维护成本低，使用寿命长，无需人员值守，远程监控即可。沿海地区空管技术部门在雷雨季节到来之际，为避免雷达遭受雷击，都会申请关闭雷达，一旦雷达被雷击，其维修成本是非常高的；ADS-B则不存在这些问题。
（2）地面站建设简便灵活且不受地形限制。在某些因地形或地域无法建设雷达站的地方，如高原地区、沙漠地区及洋区等，可以通过设立ADS-B地面站实现对航空器的动态实时监视。
（3）定位精度高、更新率快。ADS-B定位精度高，因而对减小航空器的间隔标准、优化航路设置和提高空域容量等都具有积极作用。
（4）能够真正实现飞行信息共享。传统雷达监视技术所获信息一般只为特定部门使用，难以实现信息共享，遵循“空地一体化”和“全球可互用”的指导原则发展起来的ADS-B技术，为飞行信息共享提供了现实可行性。
（5）加强空-地协同，与飞行中航空器的通信将更便捷。利用ADS-B IN技术，可以通过ADS-B地面站向飞行中航空器提供各类情报服务，促进飞行安全，提高飞行品质。
（6）加强空-空协同，提高飞行中航空器之间的相互监视能力。如果说二次雷达是管制员的“眼睛”，那么随着ADS-B IN技术的推广使用，ADS-B将成为飞行员的“眼睛”，从而使保持飞行安全间隔的责任更多地向空中转移，这是未来实现“自由飞行”不可或缺的技术基础。
（1）相关监视完全依赖机载导航信息源。ADS-B本身不具备对信息源的验证功能，如果航空器给出的位置信息有误，则地面站设备（系统）无法辨别；在全球导航卫星系统失效情况下，ADS-B不能正常工作。
（2）信息处理时间长，通信滞后。机上信息处理从数据采集到发送约需要60 ms，从机上通过数据链传输到地面约需要45～60 ms。
ADS-C实现对移动目标监视的原理，是通过数据链，将机载设备采集的移动目标的位置信息等发送到地面站，经过地面网络将数据转发到监视中心，监视中心对收到的点迹数据进行处理，形成航迹，以监视移动目标的运动。下面就与ADS C的工作原理密切相关的ACARS的地空数据链通信协议与报文格式进行研讨。
飞机通信寻址与报告系统（aircraft communication addressing and reporting system，ACARS）是一种在航空器与地面站之间通过无线电或卫星传输短消息（报文）的数字数据链系统。该协议于20世纪70年代被提出，当时称之为Telex。在数据链系统出现之前，地面人员和飞行人员之间的所有交流只能通过语音进行。这种通信以甚高频或高频语音无线电通信方式实现。20世纪90年代早期，卫星通信技术的引入使这种通信模式得到了进一步加强。
为了减少机组人员的工作负荷、提高数据的完整性，航空公司在20世纪80年代末引入飞机通信寻址与报告系统。有少数飞机通信寻址与报告系统在此之前就已经出现，但未在大型航空公司得到广泛的应用。虽然飞机通信寻址与报告系统通常出现在关于数据链设备（航空电子系统中的一种现场可更换单元）的叙述中，但此术语实际上是指完整的空中及地面系统。在飞机上，飞机通信寻址与报告系统由一个称为飞机通信寻址与报告系统管理单元（management unit，MU）的航电计算机和一个控制显示器单元（control display unit，CDU）组成。MU用以发送和接收来自地面的甚高频无线电数字报文。在地面，飞机通信寻址与报告系统由网络构成，该网络有一个或多个无线电收发机，它可以接收（或发送）数据链消息，并将其分发到网络上的不同航空公司。
起初，飞机通信寻址与报告系统根据ARINC597标准设计。该系统在20世纪80年代末期升级以满足ARINC724标准。ARINC724定义了航空电子设备数字数据总线接口。该标准后来又被修订为ARINC724B。20世纪90年代所有的数字化飞机都采用了ARINC724B标准。这样，用于飞机通信寻址与报告系统管理单元的ARINC724B规范、用于飞行管理系统的ARINC739规范，以及用于打印机的ARINC740规范，就构成了一个协同工作的工业标准协议族。如今，工业领域又出现了新的ARINC规范，其被称为ARINC758，它是为下一代飞机通信寻址与报告系统管理单元系统设计的。
飞机通信寻址与报告系统的第一个应用是去自动检测和报告飞机在主要飞行阶段（推出登机门——out of the gate；离地——off the ground；着陆——on the ground；停靠登机门——into the gate，OOOI）的变化。这些OOOI事件是由飞机通信寻址与报告系统管理单元通过飞机上各种传感器（如舱门、停留刹车和起落架上的开关传感器）的输出信号来确认的。在每一飞行阶段的开始时刻，ACARS将一个数字报文发送到地面，其中包括飞行阶段名称、发生时刻，以及其他诸如燃油量或始发地和目的地。起初这些信息被用于航空公司的自动薪酬计算系统中，因为在这些公司里飞行人员的薪酬是与实际飞行挂钩的。除了上述功能外，飞机通信寻址与报告系统还增加了支持其他机载航电设备的新接口。20世纪80年代末期至90年代初期，在飞机通信寻址与报告系统和飞行管理系统之间的数据链接口出现。这个接口可以将地面发送到机载ACARS管理单元上的飞行计划和气象信息，然后转发到飞行管理系统（flight management systems，FMS）。这样，在飞行过程中航空公司就可以更新FMS中的数据，使得机组人员可以评估新的气象条件，或变更飞行计划。