空中交通告警和防撞系統(tǒng)

 

       空中交通告警和防撞系統(tǒng)(TCAS, Traffic A-lert and Collision Avoidance System),它是一種不依賴于地面空中交通管制系統(tǒng)而為飛機(jī)提供防撞保護(hù)的機(jī)載設(shè)備﹐可以提醒機(jī)組對(duì)附近飛行的飛機(jī)實(shí)施警告，發(fā)出咨詢信息﹐以便引導(dǎo)機(jī)組目視觀察或根據(jù)“行動(dòng)咨詢”指引或飛行員自主采用“高度差”方式進(jìn)行垂直飛機(jī)機(jī)動(dòng)以避免潛在的碰撞。TCAS是提高飛機(jī)飛行安全的重要機(jī)載設(shè)備之一。

 

       在某型飛機(jī)上新加裝的TCAS防撞系統(tǒng)屬于ACASII機(jī)載防撞系統(tǒng)，在進(jìn)行功能試飛的過(guò)程中﹐飛行員反應(yīng)TCAS防撞系統(tǒng)在空中工作不穩(wěn)定，交通/決斷顯示器上顯示“TCAS OFF”的故障。本文簡(jiǎn)要敘述了設(shè)備的工作原理，重點(diǎn)對(duì)產(chǎn)生故障的原因進(jìn)行了分析﹐并就如何排除故障進(jìn)行了介紹。

 

 

 

       TCAS 防撞系統(tǒng)的ACAS收發(fā)主機(jī)通過(guò)控制天線波束指向，對(duì)飛機(jī)前、后、左、右4各區(qū)域進(jìn)行掃描詢問(wèn)，探測(cè)在信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的飛機(jī)﹐如被探測(cè)到的飛機(jī)(目標(biāo)機(jī))裝有S模式或A/C模式空中交通管制雷達(dá)信標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)答機(jī)，則目標(biāo)機(jī)就會(huì)作出應(yīng)答﹐TCAS 防撞系統(tǒng)的ACAS收發(fā)主機(jī)通過(guò)控制天線波束指向，對(duì)飛機(jī)前、后、左、右4各區(qū)域進(jìn)行掃描詢問(wèn)，探測(cè)在信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的飛機(jī)﹐如被探測(cè)到的飛機(jī)(目標(biāo)機(jī))裝有S模式或A/C模式空中交通管制雷達(dá)信標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)答機(jī)，則目標(biāo)機(jī)就會(huì)作出應(yīng)答﹐ACAS收發(fā)主機(jī)根據(jù)收到的應(yīng)答信號(hào)，獲得目標(biāo)機(jī)的高度﹑高度變化率、相對(duì)距離相對(duì)距離變化率、方位等目標(biāo)信息﹐同時(shí)監(jiān)視﹑跟蹤目標(biāo)，建立、更新和維護(hù)目標(biāo)系統(tǒng)航跡﹐以判斷這些飛機(jī)是否存在于本機(jī)發(fā)生碰撞的可能，如果存在，系統(tǒng)就向飛行員輸出警告信息﹐并向飛行員提供操縱的決斷命令，能夠?qū)崿F(xiàn)飛機(jī)空中垂直避讓的功能。

 

       TCAS防撞系統(tǒng)將監(jiān)視和跟蹤的目標(biāo)航跡與本機(jī)信息綜合，評(píng)估出目標(biāo)機(jī)的威脅等級(jí)(NOPA:無(wú)威脅﹔PA:接近威脅﹔TA:交通告警；RA:決斷告警),并將目標(biāo)信息以圖形的方式顯示。當(dāng)目標(biāo)機(jī)的威脅等級(jí)為T(mén)A時(shí)，系統(tǒng)顯示目標(biāo)機(jī)信息的同時(shí)伴有語(yǔ)音告警。如果目標(biāo)機(jī)的威脅等級(jí)為RA時(shí)﹐系統(tǒng)顯示目標(biāo)機(jī)信息的同時(shí)伴有語(yǔ)音提示。在產(chǎn)生RA的過(guò)程中，如果目標(biāo)機(jī)也裝有ACASII設(shè)備﹐兩架飛機(jī)就會(huì)利用S模式數(shù)據(jù)鏈，進(jìn)行決斷意圖的溝通，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)間的協(xié)調(diào)避讓﹔否則，機(jī)載防撞系統(tǒng)將輸出決斷告警建議﹐由飛行員操縱飛機(jī)完成避讓。該系統(tǒng)的主要工作原理如圖1所示。

 

       TCAS系統(tǒng)的主要功能﹐一是空中交通管制應(yīng)答，二是交通告警和防撞。

 

       3.1空管應(yīng)答

       防撞系統(tǒng)的S模式應(yīng)答機(jī)與地面空管二次雷達(dá)配合﹐向ATCRBS的地面雷達(dá)站提供飛機(jī)編碼和飛行高度，在雷達(dá)站要求的情況下﹐提供單機(jī)識(shí)別信息﹐以利于地面空管人員進(jìn)行空中交通管理。

 

       3.2防撞

       防撞系統(tǒng)探測(cè)其監(jiān)視范圍內(nèi)出現(xiàn)的裝有S模式或A/C模式應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)，對(duì)接近飛機(jī)進(jìn)行跟蹤﹐對(duì)出現(xiàn)碰撞危險(xiǎn)的接近飛機(jī)﹐確定出本機(jī)合適的垂直機(jī)動(dòng)飛行建議﹐并通過(guò)聲音和圖像通知駕駛員﹐以便及時(shí)采取措施﹐避免碰撞。防撞系統(tǒng)的主要功能包括：

 

       (1)監(jiān)視功能。探測(cè)在系統(tǒng)監(jiān)視范圍內(nèi)出現(xiàn)的裝有S模式或A/C模式應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)﹐建立航跡﹐比較并更新現(xiàn)存航跡。

 

       (2>跟蹤功能。對(duì)接近飛機(jī)進(jìn)行跟蹤﹐獲得包括距離范圍﹑相對(duì)方位和相對(duì)高度等信息﹐并計(jì)算接近飛機(jī)的相對(duì)位置﹑接近范圍和高度變化率。

 

       (3)潛在威脅評(píng)估功能。利用跟蹤數(shù)據(jù)，通過(guò)沖突探測(cè)和解決處理邏輯，與告警參數(shù)進(jìn)行比較﹐確定接近飛機(jī)的潛在威脅﹐當(dāng)出現(xiàn)碰撞危險(xiǎn)時(shí)，根據(jù)危險(xiǎn)的程度發(fā)出交通告警和決斷告警。

 

       (4)交通告警(TA)顯示功能。通過(guò)顯示器目標(biāo)符號(hào)的顯示畫(huà)面位置、形狀、顏色和數(shù)據(jù)標(biāo)牌，提供周圍空域出現(xiàn)的接近飛機(jī)的交通態(tài)勢(shì)和交通告警。

 

       (5)防撞計(jì)算和決斷計(jì)算告警(RA)顯示功能。對(duì)出現(xiàn)碰撞危險(xiǎn)的接近飛機(jī)﹐確定出本機(jī)合適的垂直機(jī)動(dòng)飛行建議﹐通過(guò)顯示器目標(biāo)符號(hào)的顯示畫(huà)面位置、形狀、顏色和數(shù)據(jù)標(biāo)牌﹐以及組合的VSI 垂直速度/高度指示儀表畫(huà)面﹐給出決斷告警顯示，以便本機(jī)與接近飛機(jī)間達(dá)到或保持安全間隔距離。

 

       (6)音響告警功能。通過(guò)模擬語(yǔ)音輸出給座艙音頻系統(tǒng)提供交通告警、決斷告警的音響信號(hào)告警。

 

       (7)空對(duì)空協(xié)調(diào)功能。對(duì)接近的存在碰撞危險(xiǎn)并裝有ACASII 系統(tǒng)的飛機(jī)，本機(jī)將會(huì)與接近飛機(jī)建立一個(gè)機(jī)動(dòng)協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)聯(lián)系﹐確保兩機(jī)間的決斷告警是協(xié)調(diào)和兼容的。

作為重要的安全設(shè)備，TCAS在固定翼領(lǐng)域得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用，在航空界的另一個(gè)領(lǐng)域——直升機(jī)上他的前景如何呢？