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)而為飛機提供防撞保護的機載設(shè)備﹐可以提醒機組對附近飛行的飛機實施警告，發(fā)出咨詢信息﹐以便引導(dǎo)機組目視觀察或根據(jù)“行動咨詢”指引或飛行員自主采用“高度差”方式進行垂直飛機機動以避免潛在的碰撞。TCAS是提高飛機飛行安全的重要機載設(shè)備之一。

 

       在某型飛機上新加裝的TCAS防撞系統(tǒng)屬于ACASII機載防撞系統(tǒng)，在進行功能試飛的過程中﹐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。本文簡要敘述了設(shè)備的工作原理，重點對產(chǎn)生故障的原因進行了分析﹐并就如何排除故障進行了介紹。

 

 

 

       TCAS 防撞系統(tǒng)的ACAS收發(fā)主機通過控制天線波束指向，對飛機前、后、左、右4各區(qū)域進行掃描詢問，探測在信號覆蓋范圍內(nèi)的飛機﹐如被探測到的飛機(目標機)裝有S模式或A/C模式空中交通管制雷達信標系統(tǒng)應(yīng)答機，則目標機就會作出應(yīng)答﹐TCAS 防撞系統(tǒng)的ACAS收發(fā)主機通過控制天線波束指向，對飛機前、后、左、右4各區(qū)域進行掃描詢問，探測在信號覆蓋范圍內(nèi)的飛機﹐如被探測到的飛機(目標機)裝有S模式或A/C模式空中交通管制雷達信標系統(tǒng)應(yīng)答機，則目標機就會作出應(yīng)答﹐ACAS收發(fā)主機根據(jù)收到的應(yīng)答信號，獲得目標機的高度﹑高度變化率、相對距離相對距離變化率、方位等目標信息﹐同時監(jiān)視﹑跟蹤目標，建立、更新和維護目標系統(tǒng)航跡﹐以判斷這些飛機是否存在于本機發(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)視和跟蹤的目標航跡與本機信息綜合，評估出目標機的威脅等級(NOPA:無威脅﹔PA:接近威脅﹔TA:交通告警；RA:決斷告警),并將目標信息以圖形的方式顯示。當目標機的威脅等級為TA時，系統(tǒng)顯示目標機信息的同時伴有語音告警。如果目標機的威脅等級為RA時﹐系統(tǒng)顯示目標機信息的同時伴有語音提示。在產(chǎn)生RA的過程中，如果目標機也裝有ACASII設(shè)備﹐兩架飛機就會利用S模式數(shù)據(jù)鏈，進行決斷意圖的溝通，實現(xiàn)飛機間的協(xié)調(diào)避讓﹔否則，機載防撞系統(tǒng)將輸出決斷告警建議﹐由飛行員操縱飛機完成避讓。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)答機與地面空管二次雷達配合﹐向ATCRBS的地面雷達站提供飛機編碼和飛行高度，在雷達站要求的情況下﹐提供單機識別信息﹐以利于地面空管人員進行空中交通管理。

 

       3.2防撞

       防撞系統(tǒng)探測其監(jiān)視范圍內(nèi)出現(xiàn)的裝有S模式或A/C模式應(yīng)答機的飛機，對接近飛機進行跟蹤﹐對出現(xiàn)碰撞危險的接近飛機﹐確定出本機合適的垂直機動飛行建議﹐并通過聲音和圖像通知駕駛員﹐以便及時采取措施﹐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)答機的飛機﹐建立航跡﹐比較并更新現(xiàn)存航跡。

 

       (2>跟蹤功能。對接近飛機進行跟蹤﹐獲得包括距離范圍﹑相對方位和相對高度等信息﹐并計算接近飛機的相對位置﹑接近范圍和高度變化率。

 

       (3)潛在威脅評估功能。利用跟蹤數(shù)據(jù)，通過沖突探測和解決處理邏輯，與告警參數(shù)進行比較﹐確定接近飛機的潛在威脅﹐當出現(xiàn)碰撞危險時，根據(jù)危險的程度發(fā)出交通告警和決斷告警。

 

       (4)交通告警(TA)顯示功能。通過顯示器目標符號的顯示畫面位置、形狀、顏色和數(shù)據(jù)標牌，提供周圍空域出現(xiàn)的接近飛機的交通態(tài)勢和交通告警。

 

       (5)防撞計算和決斷計算告警(RA)顯示功能。對出現(xiàn)碰撞危險的接近飛機﹐確定出本機合適的垂直機動飛行建議﹐通過顯示器目標符號的顯示畫面位置、形狀、顏色和數(shù)據(jù)標牌﹐以及組合的VSI 垂直速度/高度指示儀表畫面﹐給出決斷告警顯示，以便本機與接近飛機間達到或保持安全間隔距離。

 

       (6)音響告警功能。通過模擬語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告警。

 

       (7)空對空協(xié)調(diào)功能。對接近的存在碰撞危險并裝有ACASII 系統(tǒng)的飛機，本機將會與接近飛機建立一個機動協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)聯(lián)系﹐確保兩機間的決斷告警是協(xié)調(diào)和兼容的。

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