TCAS系统

交通提醒与防撞系统（TCAS）工程部技术服务中心2009年2月02日TCAS系统的功能TCAS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。(1)根据发射信号和应答信号间的时间间隔来计算入侵飞机和本机的相对距离；(2)根据方向天线确定入侵飞机的相对方位；(3)从入侵飞机应答机应答信号中获得入侵飞机的高度。获得以上参数后，TCAS计算入侵飞机的动向和可能的危险接近（即接近率）显示在EHSI/EADI上，并视情发出交通咨询（TA）或决断咨询（RA），使飞行员在了解本机邻近空域交通状况的情况下，主动地采取避让措施，防止与其它飞机危险接近。TCAS系统的工作示图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。注：目前海航机队均安装TCASⅡ。TCASIII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。尚在研制中。TCASⅡ所能提供的信息根据入侵飞机的相对距离和方位，以及威胁等级在EHSI/EADI上显示：1、Others（无威胁）：相对高度大于1200英尺、小于2700英尺，或距离在6海里以上。EHSI显示白色空心菱形。2、Proximity（接近）：相对高度等于或小于1200英尺，且距离在6海里以内。EHSI显示白色实心菱形。3、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。EHSI显示琥珀色实心圆形。交通咨询伴随语音提醒信息“TRAFFIC,TRAFFIC”(“交通，交通”)。4、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会发出决断咨询。EHSI显示红色实心方块；EADI上显示红色的信息，显示在上方表示向下避让，显示在下方表示向上避让。决断咨询语音信息，如“CLIMB”（“爬升”）、“DECENT”（“下降”）等。TA/RA图例TCASEHSI显示TCASEADI显示音频信息语音信息含义CLIMB,CLIMB爬升，爬升DESCEND,DESCEND下降，下降CLIMB,CLIMBNOW爬升，现在爬升DESCEND,DESCENDNOW下降，现在下降INCREASECLIMB增大爬升INCREASEDESCEND增大下降REDUCECLIMB减少爬升REDUCEDESCEND减少下降CLIMB,CROSSINGCLIMB爬升，穿越爬升DESCEND,CROSSINGDESCEND下降，穿越下降ADJUSTVERTICALSPEED,ADJUST调节垂直速度，调节MAINTAINVERTICALSPEED,MAINTAIN保持垂直速度,保持CLEAROFCONFLICT冲突解除MAINTAINVERTICALSPEED,保持垂直速度，保持穿越CROSSINGMAINTAINMORNITORVERTICALSPEED监控垂直速度TRAFFIC交通TCASSYSTEMTESTFAILTCAS系统自检失败TCASSYSTEMTESTOKTCAS系统自检通过ATC/TCAS控制面板ATC/TCAS面板对TCAS的控制1、工作方式开关工作方式开关用于选择应答机和TCASⅡ的工作方式与功能。（1）STBY(准备)工作方式开关置于STBY(准备)位时，应答机和TCAS发射机均不发射，但能接收。此时系统处于准备状态。（2）ALTRPTOFF（不报告高度）此时应答机系统处于模式A方式，可以正常应答模式A的询问，但不会对模式C的询问作出应答。TCAS发射机仍处于准备状态。（3）XPNDR（应答机）工作方式开关置于（应答机）位时，应答机处于全功能状态，可以正常应答模式A和模式C的询问。ATC/TCAS面板对TCAS的控制（4）TA（交通咨询）此时在应答机正常工作的基础上，TCAS也正常工作，可在需要时产生交通咨询，但仍不能产生决断咨询。（5）TA/RA（决断咨询）工作方式开关置于TA/RA（决断咨询）位，应答机和TCAS均处于全功能状态。不同控制盒的形式以及工作方式开关的设置、名称、顺序均可能与此有所不同，但其基本功能是相同的。2、监视范围选择开关有的TCAS控制盒上设置有一个监视范围选择开关，用于选择监视范围为正常（N）、上方（ABOVE）或下方（BELOW）。控制盒上其它功能开关的功用与应答机相关。EFIS控制面板EFIS控制面板对TCAS显示的控制（1）EHSI的工作模式在EHSI工作于NAV、VOR/ILS、MAP模式时，可以显示TCAS的信息。（2）TFC按钮只有在按下TFC按钮后，EHSI才可以显示TCAS的有关信息。（3）距离选择TCAS的显示距离决定于EHSI控制盒上的距离选择开关。由于TCAS的监视范围较小，所以为观察TCAS提供的交通信息，通常选用较小的距离，如20、10海里。TCAS计算机与其它导航系统交连1、ATC计算机：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、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。3、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（ADIRU）通过ARINC429数据总线输送给TCAS计算机。4、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ATC输入TCAS计算机。5、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。6、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输出交通咨询和决断咨询。信号交连（实例）TCAS保护空域一、水平监视范围:TCAS所监视的本机前方距离可达30海里，通常监视距离为14海里。左右两侧的最大监视距离约为前方监视距离的65%。后方则为前方监视距离的25%左右。二、垂直（高度）监视范围：TCAS的高度跟踪范围正常情况下为本机的上下2700英尺。有高度跟踪范围选择开关的：“ABOVE”位时监视的空域为+9900～-2700英尺；“BELOW”位时TCAS所监视的空域为+2700～-9900英尺。TCAS保护空域（图例）TCAS保护空域（图例）TCAS跟踪与显示能力TCAS计算机的最大监视能力可达30架，而最大跟踪能力为每平方海里0.32架，即5海里×5海里范围内最多可跟踪8架。TCAS的τ和τ区域在判明某架飞机具有与本机危险接近的可能时，就会在到达潜在的危险接近时刻之前发出交通咨询TA。可见，TCAS计算机是基于一定的提前时间而发出交通咨询TA和决断咨询RA的。这个提前时间，就是TCAS的τ（“TAU”）。τ为到达最接近点（CPA）的时间。τ取决于目标的距离接近率与距离，其关系：τ=距离/距离接近率。目前所确定的TCASⅡ的TA门限为20～48秒，RA为15～30秒。从TCAS计算机发出交通咨询TA到发出决断咨询RA的间隔时间为15秒左右。TCAS虚假信号判别正常情况下，TCAS判明有与本机存在潜在危险接近的飞机时，会提前20-48秒钟发出交通咨询（TA）警告，在TA发出后本机对入侵飞机连续监视大约15秒钟后，如果入侵飞机与本机的危险接近情况仍存在，则本机的TCAS会发出垂直方向决断咨询（RA）提醒飞行员避让。而虚假TCAS警告出现的情况如下：（1）TA和RA之间的时间间隔很短，TA出现后很快（几秒钟）转化为RA；（2）直接出现RA而不出现TA；（3）突然出现TA/RA，然后TA/RA持续很短时间（一般几秒钟）消失；（4）本机周围空域无其它飞机的情况下发出TA，可通过地面ATC确认；（5）TCAS发出RA警告后，机组按照TCAS提示操纵飞机爬升或下降后，TCAS仍显示入侵飞机与本机的距离和方位始终保持不变，飞行员可通过地面ATC确认。TCAS虚假信号原因ATC无法证实却在飞机上发生的TCAS虚假警告的潜在原因和特点：(1)潜在原因-TCAS接收到本机应答机的回答信号:相互抑制失效:由于本机应答机和TCAS连线（同轴电缆）故障，导致本机ATC对本机TCAS应答抑制失效而应答/跟踪自身信号，这种情况下入侵飞机符号将恰好显示在本架飞机自身的飞机符号上，且不管本架飞机如何机动，入侵飞机符号总显示和本架飞机在同一高度上，这种现象表明是虚假的决断咨询（RA）警告。TCAS虚假信号原因ATC无法证实却在飞机上发生的TCAS虚假警告的潜在原因和特点：(2)潜在原因-TCAS接收到其他飞机应答机的错误/干扰应答信号:(a)入侵飞机带有错误的高度编码器:如果入侵飞机带有故障的高度编码器或故障的应答机，很可能会用错误的编码高度来回答本机的TCAS询问，产生虚假目标。(b)地面飞机排故，报告虚假目标:目标飞机在地面：如果皮托管部分堵塞，而且ATC接通的情况下，ATC会报告错误高度等信号。地面飞机使用TCAS测试仪进行的测试也会产生虚假的移动目标。(c)欺骗性的目标或军方活动:例如，军方活动/演习会产生虚假的目标。TCAS虚假信号原因ATC无法证实却在飞机上发生的TCAS虚假警告的潜在原因和特点：(2)潜在原因-TCAS接收到其他飞机应答机的错误/干扰应答信号:(d)机场二次雷达站点监控器:二次雷达站点的调节范围基准方位应答机用于应答机测试，主要用于机载TCAS和ATC测试，它可以被调节设置到任何高度，如果此应答机设置空中将会导致飞抵/飞越此机场上空的飞机产生虚假的TCAS警告。(e)船舶安装的应答机:许多船舶安装有应答机，但是船舶的应答机不要求其发送高度信号来表明海平面，所以其可以报告任何高度，这样就可能对飞机TCAS询问进行错误应答。TCAS虚假信号原因ATC无法证实却在飞机上发生的TCAS虚假警告的潜在原因和特点：(2)潜在原因-TCAS接收到其他飞机应答机的错误/干扰应答信号:(f)多路径信号:TCAS询问和/或应答机应答的多路径反射会造成虚假的航迹出现在错误的范围内。这种事件在水域上空低高度时发生为典型事件。(g)飞机编队：军方飞机编队飞行会产生双重目标现象。(h)C模式地面交通：当发现目标显示一直随机的忽有忽无时，这通常是地面交通工具造成的。只有当飞机到达1700英尺无线电高度以下的时候TCAS才过滤掉地面交通工具C模式交通应答。TCAS虚假信号原因ATC无法证实却在飞机上发生的TCAS虚假警告的潜在原因和特点：(2)潜在原因-TCAS接收到其他飞机应答机的错误/干扰应答信号:(i)复制180度以外目标与一个目标有相同距离和高度但是相对成180度的虚假目标，这种情况是由于其它飞机上的应答机失效造成的，目标飞机对P2脉冲的处理故障造成这种现象。(j)C模式/S模式分离由于装备了S模式应答机的入侵飞机同时应答S模式和C模式的TCAS询问造成的。这种情况可能是由于故障的应答机造成的，也可能是由于无故障的能够应答TCAS的C模式询问的S模式应答机造成的。