空中交通防撞系統(tǒng)

空中交通防撞系統(tǒng)第1頁/共67頁2ContentsIntroductiontoTCASFunctionofTCASTCASAlerAreaTCASInformationPrincipleofTCASTCASComponentsTCASInterfaceTCASSignalformatsTCASDisplay第2頁/共67頁3TCAS概述TCASI能夠偵測上下7000至10000呎，前后15至40海里，發(fā)現(xiàn)有航機(jī)接近時(shí)，會提前40秒警告飛行員對方飛機(jī)的高度和位置。第二代空中防撞系統(tǒng)（TCASII），是目前最被廣泛使用的，會用聲音及顯示警告飛行員，稱為ResolutionAdvisory（RA），并且會用語音指示避撞的動作，例如：“Climb！Climb！Climb！”“Descend！Descend！Descend！”。別架飛機(jī)若有裝TCAS，也會有相反的警告發(fā)出來。第三代空中防撞系統(tǒng)（TCASIII），除了有上下避撞措施之外，還增加左右避撞能力。Honeywell公司是唯一一家生產(chǎn)所有類型TCAS的制造商，超過一半的TCAS產(chǎn)品都是出自該公司。ICAO:thecarriageofACASIIhasbeenmandatoryworldwidefrom1-1-2005forallcivilianturbine-enginedaircraftcarryingmorethan19passengersorwiththemaximumtake-offmassmorethan5700kg第3頁/共67頁4TCASFunction第4頁/共67頁5TCASInformation

根據(jù)入侵機(jī)的相對距離和方位，以及威脅等級在EHSI或EADI上顯示視覺信息：Others（其它）：相對高度大于1200英尺、小于2700英尺，或距離在6海里以上。Proximity（接近）：相對高度等于或小于1200英尺，且距離在6海里以內(nèi)。TrafficAdvisory

（交通咨詢）：系統(tǒng)判明的與本機(jī)存在潛在危險(xiǎn)接近的飛機(jī)，TCASⅡ會提前一定時(shí)間（20~48秒）發(fā)出交通咨詢。音頻ResolutionAdvisory

（決斷咨詢）：在對已判明為交通咨詢的飛機(jī)連續(xù)監(jiān)視約15秒后，如果該機(jī)與本機(jī)危險(xiǎn)接近的狀況仍然存在，則TCAS會發(fā)出解脫咨詢。第5頁/共67頁6TCASInformation第6頁/共67頁7TCASInformation第7頁/共67頁8TCASInformation第8頁/共67頁9TCASInformation第9頁/共67頁10TCASInformation第10頁/共67頁11TCASInformation第11頁/共67頁12TCASInformation第12頁/共67頁13語音信息含義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，現(xiàn)在爬升…爬升，現(xiàn)在爬升DESCEND,DESCENDNOW…DESCEND,DESCENDNOW下降，現(xiàn)在下降…下降，現(xiàn)在下降A(chǔ)DJUSTVERTICALSPEED,ADJUST調(diào)節(jié)垂直速度，調(diào)節(jié)MORNITORVERTICALSPEED監(jiān)視垂直速度MAINTAINVERTICALSPEED,MAINTAIN保持垂直速度，保持MAINTAINVERTICALSPEED…CROSSINGMAINTAIN保持垂直速度…保持穿越CLEAROFCONFLICT沖突解除TCASTESTTCAS自檢TCASTESTOKTCAS自檢通過TCASTESTFAILTCAS自檢失敗TCASInformation第13頁/共67頁14TCASAlertArea第14頁/共67頁15TCASAlertArea第15頁/共67頁16TCASPrinciple第16頁/共67頁17TCASPrinciple第17頁/共67頁18TCASPrinciple第18頁/共67頁19TCASPrinciple第19頁/共67頁20TCASPrinciple第20頁/共67頁21TCASPrinciple第21頁/共67頁22Horizontaltest:timetoreachtheClosestPointofApproach(CPA)(or"DMOD"distanceiftheclosurerateislow)Verticaltest: timetoreachco-altitude(or"ZTHR"iftheaircraftaresteady)TheTA/RAthresholdvaluesincreasewiththealtitudeThebearingisnottakenintoaccount(onlyusedforthedisplay)TheTAorRAisissueddependingupontherelevantthresholdsRAsenseselection:objectiveofsafeverticaldistance"ALIM",co-ordinationIftheintruderdoesnottransmititsaltitude,therewillbenoRATCASPrinciple第22頁/共67頁23ILLUSTRATIONOFTHEHORIZONTALTEST35secondsIntruderTCASThecollisionavoidancecriterionisagenerallyatimeparameterTCASPrinciple第23頁/共67頁24LOWCLOSURERATEAirspeedClosurerateAirspeedIntruderTCASTheclosureratecanbeloweveniftheairspeedsarehigh.TCASPrinciple第24頁/共67頁25VERTICALTEST35secondsIntruderTCASThetimeremainingtoco-altitudeiscomparedtotriggeringtimethreshold(here35seconds)TCASIntruderZTHRZTHRIncaseofsteadyaircraft,currentverticaldistanceiscomparedtoverticalthresholdZTHR(e.g.800ft)TCASPrinciple第25頁/共67頁26ALERTS:"TRAFFICADVISORY"Thresholds:horizontal: 20to48s(orDMOD=0.3to1.3NM)vertical: 20to48s(orZTHR=850or1,200ft)Auralannunciation:"Traffic,traffic”Intruder:solidambercircleHelpstothevisualacquisitionoftheintruderPreparesthecrewforapossibleRANomaneuvershouldbemadeifthereisnovisualacquisitionNoassociatedphraseologyTCASPrinciple第26頁/共67頁27ALERTS:"RESOLUTIONADVISORY"Thresholds:horizontal: 15to35s(orDMOD=0.2to1.1NM)vertical: 15to35s(orZTHR=600to800ft)Auralannunciations:"climb","descend","increaseclimb","increasedescent","monitorverticalspeed",etcDisplayofarangeofverticalspeedsorpitchestoavoidObjective:asafeverticaldistanceALIMvaryingfrom300to700ftAnRAtakesintoaccountallexistingthreatsTheRAintensityischeckedandrevised,ifnecessary,everysecondTCASPrinciple第27頁/共67頁28THRESHOLDVALUESFORTCASIIV7.0*vtt:verticalthresholdtest(processingof1,000-ftleveloffgeometries)TCASPrinciple第28頁/共67頁29RASENSESELECTIONThe'downward'sensewillachieveALIM,the'upward'sensewillnot.The'downward'optionisthereforeselectedTCASThreatCPA'downward''upward'ALIMALIMTCASPrinciple第29頁/共67頁30RAWITHOUTALTITUDECROSSINGBoth'downward'and'upward'senseswillachieveALIM.The'upward'senseisselectedbecauseitpreventstheTCASaircraftfromcrossingthroughtheintruder'saltitudeCPA‘Climb’RAissuedTCASThreatALIMALIMTCASPrinciple第30頁/共67頁31RAWITHALTITUDECROSSINGTheupwardsenseisnotsufficienttoachieveALIM.Thedownwardsense("Crossingdescent"here)RAischoosen,howeveritisreallyissuedonlywhenthecurrentverticalseparationislessthan600ft(intrudersteady)or850ft(intruderevolutingtowardtheownaircraft).Allthesecasesarerare.ALIMCPAALIM"Crossing"RAissuedTCASThreat600ftif1000ftlevel-off,thenno"Crossing"RATCASPrinciple第31頁/共67頁32INCREASERATERAThethreatincreaseitsdescentratetowardsTCASaircraftaftertheinitial“descent”RAisissued“descent”“Increasedescent”TCASThreatCPATCASPrinciple第32頁/共67頁33RAREVERSALTCASCPAThreatInitialRAReversalRAInitialprojectionTCASPrinciple第33頁/共67頁34MODECTARGETON-THE-GROUNDDETERMINATIONRadaraltimetervalue1,700feetabovegroundlevel(ThresholdbelowwhichTCASchecksfortargetsontheground)380-feetallowanceBarometricaltimeterGroundlevelStandardaltimetersettingEstimatedelevationofgroundDeclaredairborneTCASDeclaredongroundDeclaredongroundModeStarget:partoftheresponseindicatestheairbornestatusoftheaircraftNoRAissuanceagainstathreat‘seen’onthegroundTCASPrinciple第34頁/共67頁35POSSIBLEINITIALRAs

TCASPrinciple第35頁/共67頁36TCASSystemArchitectureTCASDIRECTIONALANTENNAMODESANTENNAMODESXPDRTCASIIUNITGEAR&FLAPSAIRDATACOMPUTER(ADC)RADARALTIMETERLOWERTCASANTENNAMODESANTENNATCAS+SSRCONTROLPANELEFISorTCASDISPLAYAURALANNUNCIATION

COORDINATION&INHIBITIONRADARALTIMETERANTENNA第36頁/共67頁37TCASSystemArchitectureTCASComputerUnitModeSTransponderRAdisplayRAdisplayModeS/TCAScontrolPanelTrafficdisplayDirectionalAntenna(TOP)BottomOmniAntenna(Optionaldirectionalantenna)RADARAltitude&DiscreteInputsPressureAltitudeAuralannunciation第37頁/共67頁38TCASSystemArchitectureS模式應(yīng)答機(jī)TCAS計(jì)算機(jī)天線顯示器控制板第38頁/共67頁39TCASSystemArchitecture第39頁/共67頁40TCAS的方向性天線TCASSystemArchitecture第40頁/共67頁41TCAS天線的方向性TCASSystemArchitecture第41頁/共67頁42TCAS計(jì)算機(jī)TCASSystemArchitecture第42頁/共67頁43TCAS計(jì)算機(jī)的基本功用監(jiān)視鄰近空域中的飛機(jī)；獲取所跟蹤飛機(jī)的數(shù)據(jù)；進(jìn)行威脅評估計(jì)算；產(chǎn)生交通咨詢或決斷咨詢等。TCASSystemArchitecture第43頁/共67頁44ATC/TCAS控制面板TCASSystemArchitecture第44頁/共67頁45控制面板TCASSystemArchitecture第45頁/共67頁46TCASSystemArchitecture控制面板第46頁/共67頁47TCASInterface第47頁/共67頁48TCASInterface第48頁/共67頁49TCASInterfaceTCAS計(jì)算機(jī)通過ARINC數(shù)據(jù)總線與S模式應(yīng)答機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

S模式應(yīng)答機(jī)通過一條ARINC429數(shù)據(jù)總線，將有關(guān)信息輸往TCAS計(jì)算機(jī)；TCAS計(jì)算機(jī)則利用另一條ARINC429數(shù)據(jù)總線，將有關(guān)信息輸往S模式應(yīng)答機(jī)。

S模式應(yīng)答機(jī)輸送給TCAS計(jì)算機(jī)的信息中，包括由大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)獲得的高度信息、來自控制面板的各種信息等。TCAS計(jì)算機(jī)與控制面板的信號交連

XPNDR/TCAS控制面板對TCAS計(jì)算機(jī)的模式等控制信息，是通過S模式應(yīng)答機(jī)再輸送給TCAS計(jì)算機(jī)的。飛機(jī)的24位地址碼由應(yīng)答機(jī)上的程序銷釘輸入應(yīng)答機(jī)。第49頁/共67頁50TCASInterfaceEFIS控制面板對TCAS顯示的控制（1）EHSI的工作模式（NAV、VOR/ILS、MAP

）（2）TFC按鈕（3）距離選擇（小距離：5、10、20）TCAS與EFIS顯示器之間的信號交連

TCAS輸出的視覺信息，輸往兩部EFIS的符號發(fā)生器，然后再分別輸往EHSI和EADI顯示。此外，EHSI和EADI顯示器必須將其狀態(tài)信息輸送給TCAS計(jì)算機(jī)，以便TCAS計(jì)算機(jī)產(chǎn)生交通咨詢和解脫咨詢等信息。

第50頁/共67頁51TCASInterface無線電高度信息輸入

TCAS在避撞計(jì)算中必須利用無線電高度信息。兩部無線電高度表輸出的數(shù)字式高度信息，通過ARINC429數(shù)據(jù)總線輸送給TCAS計(jì)算機(jī)。航向信息輸入 航向信息是確定本機(jī)飛行軌跡的必要參數(shù)。數(shù)字式航向信息通過ARINC429數(shù)據(jù)總線輸送給TCAS計(jì)算機(jī)。大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)信息輸入

大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的有關(guān)本機(jī)的高度、速度、升降速度等信息，通過ARINC429數(shù)據(jù)總線輸入TCAS計(jì)算機(jī)。L波段設(shè)備的互抑制飛機(jī)上的兩部應(yīng)答機(jī)、兩部測距機(jī)和TCAS均工作于L波段。為避免相互干擾，同一時(shí)刻只應(yīng)有一部處于發(fā)射狀態(tài)。在五部L波段設(shè)備中的一部開始發(fā)射之前，產(chǎn)生一個(gè)寬度為28μs的外抑制波門加到其它L波段設(shè)備，以避免其它L波段設(shè)備進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)，并保護(hù)其接收設(shè)備。來自近地警告系統(tǒng)的抑制信號

近地警告系統(tǒng)產(chǎn)生的“低于下滑道”、“拉起”和“風(fēng)切變”警告信息的優(yōu)先權(quán)高于TCAS的咨詢信息，所以，在近地警告系統(tǒng)發(fā)出上述三種警告信號時(shí)，會抑制TCAS輸出交通咨詢和解脫咨詢。第51頁/共67頁52TCASSignalFormatModeConlyinterrogation第52頁/共67頁53TCASSignalFormatWhisper-shoutinterrogationRemark：用來防止同步串?dāng)_的一種方案。第53頁/共67頁54TCASSignalFormatWhisper-shoutinterrogation第54頁/共67頁55TCASSignalFormatWhisper-shoutinterrogation第55頁/共67頁56TCASSignalFormatModeSinterrogation第56頁/共67頁57TCASSignalFormatModeSinterrogation數(shù)據(jù)脈沖P6包含6～7個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)。每個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)的位數(shù)示于圖中；各數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容如下：第一區(qū)為數(shù)據(jù)子標(biāo)號，5位，用于表明本詢問信號的格式；

AP：地址/奇偶校驗(yàn)；AQ：特殊詢問；DI：識別符；MA：公共A信息；MU：公共U信息；PC：協(xié)議；RL：應(yīng)答長度；RR：應(yīng)答請求；SD：特殊符。第57頁/共67頁58TCASSignalFormatModeSinterrogation數(shù)據(jù)脈沖P6包含6～7個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)。第一區(qū)為數(shù)據(jù)子標(biāo)號，5位，用于表明本應(yīng)答信號的格式；AA：通告的地址；AC：高度碼；AP：地址/奇偶校驗(yàn)；CA：應(yīng)答機(jī)的能力；DR：下行鏈請求；FS：飛行狀態(tài)；ID：識別碼；MB：公共B信息；MV：公共V信息；PI：奇偶/詢問識別；RI：空-空應(yīng)答信息；SL靈敏度等級；UM：公用信息；VS：垂直狀態(tài)。第58頁/共67頁59OthertrafficProximatetrafficIntrudingtrafficThreatResolutionadvisoryIntrudertargetRelativealt