TCAS

TCAS主要内容•8.1TCAS概述•8.2工作概况•8.3保护空域与灵敏度•8.4TCAS信号的格式•8.5TCAS基本工作原理1956年在科罗拉多大峡谷上空两架客机相撞－－航空界开始防撞研究。60年代末－－航空器防撞系统70年代－－信标防撞系统80年代－－空中交通警戒与防撞系统一、机载防撞系统的基本概念随着空中交通的迅速发展，一些中心机场终端区和其他繁忙空域中的飞机密度不断增大，飞机之间的水平间隔和垂直间隔也随之减小，飞机之间出现危险接近的情况时有发生。机载防撞系统的基本设想，是研制一种装备在飞机上的电子系统，设法监视本架飞机周围空域中其它飞机的存在、位置以及运动状况，以使飞行员在明了本机邻近空域交通状况的情况下，主动地采取回避措施，防止与其它飞机危险接近。8.1概述交通警戒和避撞系统（TCAS）有助于机组维持与其他装有ATC应答机的飞机之间的空中交通安全间隔。TCAS是一种机载系统，它独立于地面的ATC系统而工作。TCAS向邻近飞机发送询问信号，那些装有空中交通管制雷达信标系统（ATCRBS）应答机或一种空中交通管制S模式应答机的飞机响应此询问，TCAS利用这些应答信号计算和它们之间的距离，相对方位和应答飞机的高度。如果响应的飞机并不报告高度，TCAS不能计算该飞机的高度。被TCAS所跟踪着的飞机称为目标。利用应答信号中的信息和自身飞机的高度，TCAS算出目标和自身飞机之间的相对运动。TCAS然后计算目标将如何在最最接近点（CPA）贴近自身飞机。二、、TCAS的功用为防止飞机之间的危险接近，保障空中交通安全，研制的一种独立于地面设备的机载电子系统。它通过询问和监听周围飞机的ATC应答机，来监视本架飞机周围空域中其它飞机的存在、位置以及运动状况，使飞行员在明了本机邻近空域交通状况的情况下，主动地采取回避措施，防止与其它飞机危险接近。功用-----通过应答机相互通话，探测和跟踪邻近空域。根据接近程度，向机组提供警告和推荐避让措施。TCAS的工作概况（实例）三、TCAS分类•TCASI:只有TA咨询信息，没有RA咨询信息。•TCASII:有TA、RA咨询信息，可提供垂直避让信息。•TCASIII(停止发展)有TA、RA咨询信息，不仅能提供垂直避让信息，还可以提供水平避让信息。•TCAS4有TA、RA咨询信息，不仅能提供垂直避让信息，还可以提供左转右转，尚在研制中。•飞机上的防撞系统，美国航空体系称为空中交通预警和防撞系统（TCAS:TrafficAlertandCollisionAvoidanceSystem）欧洲航空体系称为机载防撞系统（ACAS：AirborneCollisionAvoidanceSystem）），两者实际上的含义、功能是一致的。防撞系统可显示飞机周围的情况，并在需要时提供语音告警，同时帮助驾驶员以适当机动方式躲避危险，这些都有助于避免灾难性事故的发生。•下面以TCAS为例。TCAS的历史可追溯到1955年，当时本迪克斯航空电子公司（目前并入霍尼韦尔公司）的J．S．Morrell博士发表了“碰撞物理”一文。其中包括确定进近飞机间接近速率的计算机算法，这也是研究所有防撞系统的基础。在20世纪60年代和七十年代，该公司为美国陆军和美国联邦航空管理局（FAA）研制了数架原理样机，并在80年代后期获得了FAA对TCAS的首次鉴定。四、TCASⅡ所能提供的信息根据入侵机的相对距离和方位，以及威胁等级在EHSI或EADI上显示视觉信息：Others（其它）：相对高度大于1200英尺、小于2700英尺，或距离在6海里以上。Proximity（接近）：相对高度等于或小于1200英尺，且距离在6海里以内。TrafficAdvisory（交通咨询）：系统判明的与本机存在潜在危险接近的飞机，TCASⅡ会提前一定时间（20~48秒）发出交通咨询。音频ResolutionAdvisory（决断咨询）：在对已判明为交通咨询的飞机连续监视约15秒后，如果该机与本机危险接近的状况仍然存在，则TCAS会发出解脱咨询。音频信息语音信息含义TRAFFIC,TRAFFIC交通，交通CLIMB,CLIMB爬升，爬升DESCEND,DESCEND下降，下降INCREASECLIMB…INCREASECLIMB增大爬升，增大爬升INCREASEDESCEND…INCREASEDESCEND增大下降，增大下降CLIMB,CROSSINGCLIMB…CLIMB,CROSSINGCLIMB爬升，穿越爬升…爬升，穿越爬升DESCEND,CROSSINGDESCEND…下降，穿越下降…CLIMB,CLIMBNOW…CLIMB,CLIMBNOW爬升，现在爬升…爬升，现在爬升DESCEND,DESCENDNOW…DESCEND,DESCENDNOW下降，现在下降…下降，现在下降ADJUSTVERTICALSPEED,ADJUST调节垂直速度，调节MORNITORVERTICALSPEED监视垂直速度MAINTAINVERTICALSPEED,MAINTAIN保持垂直速度，保持MAINTAINVERTICALSPEED…CROSSINGMAINTAIN保持垂直速度…保持穿越CLEAROFCONFLICT冲突解除TCASTESTTCAS自检TCASTESTOKTCAS自检通过TCASTESTFAILTCAS自检失败五、系统组成1、S模式应答机2、TCAS计算机3、天线4、显示器5、控制板系统组成TCAS计算机TCAS计算机的基本功用（1）监视邻近空域中的飞机；（2）获取所跟踪飞机的数据；（3）进行威胁评估计算；（4）产生交通咨询或决断咨询等。TCAS的方向性天线TCAS天线的方向性ATC/TCAS控制面板控制面板8.2系统的工作概况在二次雷达用应答机确定飞机的编号、航向和高度的原理上，把询问装置装在飞机上，使飞机之间可以显示相互之间的距离间隔，从而使驾驶员知道在一定范围内飞行的航空器之间的相互间隔及时采取措施，避免碰撞。和二次雷达一样，TCAS系统需要飞机上都装有应答机才有作用。工作概况交通警戒和避撞系统（TCAS）向其他飞机发射信号并接收其他飞机的信号，以获取其高度、距离和方位数据。其他飞机报告它自己的高度，和其他飞机之间的距离是从测量向其他飞机发射询问信号并接收到应答信号之间的时间而算出的，方位是用方向性天线算出的。TCAS利用这些数据以及从机载飞机系统输入的其他数据提供其他飞机位置的目视指示以及交通避撞警戒的目视和语音信息。1.TCAS的信息获取•TCAS可通过“收听”监视空域中其它飞机对地面ATC的应答或其发射的断续信号获取这些飞机的信息（是A、C模式还是S模式）。•根据所获信息用适当的询问格式（ATCRBS/DABS全呼叫询问、仅ATCRBS呼叫询问或S模式询问格式）发出询问，并获得周围飞机的ATC应答机的应答。•TCAS的“收听-询问-应答”过程是不断进行的，其更新期约为1秒。a、TCAS对模式A应答机的信息获取•相遇飞机的应答机只具备模式A，而不具备高度报告能力。对于这样的飞机，TCAS计算机只能通过ATCRBS全呼叫询问。TCAS计算机利用模式A应答机的识别应答信号，计算该飞机的距离，并利用方向性天线来测量其方位。•由于A模式应答机的应答中不包含高度信息，TCAS计算机只能将其视为处于同一高度的飞机来对待，无法做出垂直避撞机动咨询（只有TA）。上述信息可用于跟踪和显示此类飞机。b、TCAS对C模式应答机的信息获取•如相遇飞机的应答机具备高度报告能力，则TCAS计算机可通过该机对仅ATCRBS呼叫询问的高度应答信息而得到高度。同样，TCAS计算机可通过应答信号相对于询问时刻的时间延迟，计算该飞机的距离，并利用方向性天线来测量其方位。•TCAS计算机利用所获得的距离、方位和高度信息，跟踪并显示此类飞机，且可利用相对高度信息来计算并显示其相对高度和升降速度，在必要时做出垂直避撞机动咨询（TA/RA）。c、TCAS对模式S应答机的信息获取•如相遇飞机的应答机为模式S应答机，则TCAS计算机可通过该机的断续发射而获得其24位地址码。此后，TCAS计算机即按此24位地址码对其进行S模式的询问，从该机的应答中获得该机的高度信息，并了解该机是否装备有TCAS。同样，TCAS计算机可通过应答信号相对于询问时刻的时间延迟，计算该飞机的距离，并利用方向性天线来测量其方位。•TCAS计算机利用所获得的距离、方位和高度信息，跟踪并显示此类飞机，且可利用相对高度信息来计算并显示其升降速度。在必要时作出垂直避撞机动咨询（TA/RA）。d、TCAS对装备TCAS飞机的信息获取•在相遇飞机的应答机为S模式应答机且装备TCAS的情况下，本机的TCAS计算机即可与该机建立基于S模式数据链的空-空协调关系。空-空协调关系建立后，双方的TCAS计算机即可确定由哪一方来控制回避机动，并保证所发出的垂直避撞机动咨询为互补性的。总结本机与入侵机的几种典型相遇情况：1)对方飞机带有TCAS2：提供TA和RA，同时协调避让。2)对方飞机带有S模式应答机：提供TA和RA3)对方飞机带有C模式应答机：提供TA和RA4)对方飞机带有A模式应答机：仅提供TA5)对方飞机无应答机或应答机不工作对方飞机带有C模式应答机对方飞机带有C模式应答机对方飞机带有C模式应答机对方飞机带有A模式应答机对方飞机带有A模式应答机对方飞机无应答机或应答机不工作2.信号交连一、TCAS计算机与S模式应答机之间的信号交连1、TCAS计算机通过ARINC数据总线与S模式应答机实现数据交换。S模式应答机通过一条ARINC429数据总线，将有关信息输往TCAS计算机；TCAS计算机则利用另一条ARINC429数据总线，将有关信息输往S模式应答机。S模式应答机输送给TCAS计算机的信息中，包括由大气数据计算机系统获得的高度信息、来自控制面板的各种信息等。2、TCAS计算机与控制面板的信号交连XPNDR/TCAS控制面板对TCAS计算机的模式等控制信息，是通过S模式应答机再输送给TCAS计算机的。3、飞机的24位地址码由应答机上的程序销钉输入应答机。二、TCAS计算机与EFIS之间的信号交连1、EFIS控制面板对TCAS显示的控制（1）EHSI的工作模式（NAV、VOR/ILS、MAP）（2）TFC按钮（3）距离选择（小距离：5、10、20）2、TCAS与EFIS显示器之间的信号交连TCAS输出的视觉信息，输往两部EFIS的符号发生器，然后再分别输往EHSI和EADI显示。此外，EHSI和EADI显示器必须将其状态信息输送给TCAS计算机，以便TCAS计算机产生交通咨询和解脱咨询等信息。三、TCAS计算机与其它导航系统的信号交连1、无线电高度信息输入TCAS在避撞计算中必须利用无线电高度信息。两部无线电高度表输出的数字式高度信息，通过ARINC429数据总线输送给TCAS计算机。2、航向信息输入航向信息是确定本机飞行轨迹的必要参数。数字式航向信息通过ARINC429数据总线输送给TCAS计算机。3、大气数据计算机信息输入大气数据计算机产生的有关本机的高度、速度、升降速度等信息，通过ARINC429数据总线输入TCAS计算机。4、L波段设备的互抑制飞机上的两部应答机、两部测距机和TCAS均工作于L波段。为避免相互干扰，同一时刻只应有一部处于发射状态。在五部L波段设备中的一部开始发射之前，产生一个宽度为28μs的外抑制波门加到其它L波段设备，以避免其它L波段设备进入发射状态，并保护其接收设备。5、来自近地警告系统的抑制信号近地警告系统产生的“低于下滑道”、“拉起”和“风切变”警告信息的优先权高于TCAS的咨询信息，所以，在近地警告系统发出上述三种警告信号时，会抑制TCAS输出交通咨询和解脱咨询。信号交连（实例）3.控制与显示•一、EADI上的控制与显示•1、ATC/TCAS控制面板TA/RA位EADI显示RA指示•2、EADI的TCAS显示与RA有关的RA垂直操纵指令•（操纵指令符号并伴有声音）••二、EHSI上的控制与显示•1、AT