一、Fundament

1.1 概念

ADS-B is short for Automatic Dependent Surveillance–Broadcast.
It is a satellite based survillance system.
Aircraft position, velocity, together with identification are transmitted through Mode-S Extended Squitter (1090 MHz).

ADS-B是Automatic Dependent Surveillance–Broadcast缩写，中文的意思是“广播式自动相关监视”，也是一种基于卫星的系统，可以自动地从相关机载设备获取参数向其他飞机或地面站广播飞机的位置、高度、速度、航向、识别号等信息，以供管制员对飞机状态进行监控。

1.2 原理介绍

ADS-B的主要信息是飞机的4维位置信息(经度、纬度、高度和时间)和其它可能附加信息(冲突告警信息，飞行员输入信息，航迹角，航线拐点等信息)以及飞机的识别信息和类别信息。

ADS-B分为两类：发送（OUT）和接收（IN）。
OUT负责：将信号从飞机发送方经过视距传播发送给地面接收站或者其他飞机。
IN负责：航空器接收其他航空器发送的ADS-B OUT 信息或地面服务设备发送的信息。

ADS-B系统工作主要机载设备有ATC 应答机、MMR接收机、ADIRU计算机、TCAS计算机。
应用如下：
ATC 应答机：ADS-B系统的核心，负责收集和处理有关参数，由ATC天线通过数据链向地面站和其他飞机广播。
MMR接收机：用来根据导航卫星计算精确地飞机位置和速度信息，传送给ATC应答机。
ADIRU计算机：向应答机提供飞机的气压高度等大气数据信息。
TCAS计算机：针对使用ADS-B IN 功能的飞机上，TCAS计算机用于接收1090MHZ扩展电文的数据链，将地面站或者其他OUT的信号显示在驾驶舱内。

1.3 数据组成
一个ADS-B数据由5部分组成，总共112比特长（二进制）。（如下图）
ADS-B数据组成

每一部分解释如下：

ADS-B数据各部分解释

1.3.1 【DF】第1-5位解释如下：

每一个ADS-B数据都可以以二进制下的10001开始（也是就DF是17）也可以以二进制下的10010开始（也是就DF是18）。因为无论是OUT还是IN都是基于数据链系统通信的。

It is worth noting that the ADS-B Extended Squitter sent from a Mode S transponder use Downlink Format 17 ( DF=17 ).
Non-Transponder-Based ADS-B Transmitting Subsystems and TIS-B Transmitting equipment use Downlink Format 18 ( DF=18 )
By using DF=18 instead of DF=17 , an ADS-B/TIS-B Receiving Subsystem will know that the message comes from equipment that cannot be interrogated.

区别：
DF=17时，基于S模式的应答器
DF=18时，基于非应答器的ADS-B传输系统和TIS-B的传输设备。当使用18时，接受系统可以直接知道信息来自于哪个不用进一步确定的设备。

1.3.2 【CA】第6-8位数据，是用于额外的标识符，其能够标识不同种类的ADS-B类型。
1.3.3 【ICAO address】
在每个ASD-B信息中，由发送者决定ICAO address。
每个飞机的S模型应答器都分配有独一无二的ICAO address，因此也能通过其来区分每一架飞机。
可以利用World Aircraft Database这个查找工具来查询

1.3.3 【TC】（【DATA】的首5比特）为了识别数据中包括的是什么信息，我们需要了解TC（编码类型）和数据段的信息对应关系，如下图：

TC和数据段的信息的关系

1.4 校验和
ADS-B采用循环冗余验证来确保收到信息的正确性，也是就112比特中最后的24比特。
下图是具体过程：
校验和

具体CRC用python实现，可以参考pyModeS library function: pyModeS.crc()

二、Aircraft Identification

一个认证信息的56比特的数据段可以分为如下图所示：

56比特的数据段.png

同时解码是需要用到的对应表如下图：

解码对应表.png

注意：EC和TC同时用来确定飞机的各种信息（重量，高度，大小等等）。当EC为全零时，此时整个认证信息无效！
举例如下：

源码

源码分割转换

将数据段解密

具体如何解码可以参照 pyModeS 中的pyModeS.adsb.callsign()

三、Compact Position Reporting

ADS-B中的位置信息，加密时采用CPR格式。它的主旨是尽可能用少的比特来解密更多的坐标。通过全球追踪定位模糊函数、时间和位置信息来确定。

eg：

想象一下，把地球分为16个小方格，每个方格又分为两层，每一层我们用2比特加密。
高层的颜色是00 (yellow), 01 (blue),10 (red), 11 (green). 低层也类似加密。
这样每一方格就可以从0000到11111得到四个数字。
现在我们用绿色格子里的1100 -> 1101描述如图的移动,但是每个位置我们只有三个比特需要加密。

CPR
看的出来，高两位没有发生变化，所以我们可以得出以下结论
1.最后两位表示局部位置。
2.两个消息的第一个数字的组合定义了更高的网格。
此时信息可以发送成1 00 -> 1 01
如果从00 -> 01来看，我们有四种可能如下图，但是由于高两位是1 1，就能确实是在绿的格子里了。
image.png