4空中交通防撞系统

1、空中防撞系统空中防撞系统tcas中国民航大学中国民航大学电子信息工程学院电子信息工程学院电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）2contentscontentsv introduction to tcasv function of tcasv tcas aler areav tcas informationv principle of tcasv tcas componentsv tcas interfacev tcas signal formats v tcas display电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）3tcastcas概述概述v tcas itcas i能够侦测上下能够侦测

2、上下70007000至至1000010000呎，前后呎，前后1515至至4040海里，发现有航机海里，发现有航机接近时，会提前接近时，会提前4040秒警告飞行员对方飞机的高度和位置。秒警告飞行员对方飞机的高度和位置。v 第二代空中防撞系统（第二代空中防撞系统（tcas iitcas ii），是目前最被广泛使用的，会用声），是目前最被广泛使用的，会用声音及显示警告飞行员，称为音及显示警告飞行员，称为resolution advisory resolution advisory （rara），并且会用），并且会用语音指示避撞的动作，例如：语音指示避撞的动作，例如：“climbclimb！climb

3、climb！climbclimb！”“”“descenddescend！descenddescend！descenddescend！”。别架飞机若有装。别架飞机若有装tcastcas，也会有相反的警告发，也会有相反的警告发出来。出来。v 第三代空中防撞系统（第三代空中防撞系统（tcas iiitcas iii），除了有上下避撞措施之外，还增），除了有上下避撞措施之外，还增加左右避撞能力。加左右避撞能力。v honeywellhoneywell公司是唯一一家生产所有类型公司是唯一一家生产所有类型tcastcas的制造商，超过一半的的制造商，超过一半的tcastcas产品都是出自该公司。产品都是出

4、自该公司。 v icao: the carriage of acas ii has been mandatory worldwide icao: the carriage of acas ii has been mandatory worldwide from 1-1-2005 for all civilian turbine-engined aircraft from 1-1-2005 for all civilian turbine-engined aircraft carrying more than 19 passengers or with the maximum take-carr

5、ying more than 19 passengers or with the maximum take-off mass more than 5700 kgoff mass more than 5700 kg电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）4tcas functiontcas function电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）5tcas informationtcas information 根据入侵机的相对距离和方位，以及威胁等级根据入侵机的相对距离和方位，以及威胁等级在在ehsi ehsi 或或eadieadi上显示上显示视觉信息视觉信息：others （其它）：相对高度

6、大于（其它）：相对高度大于12001200英尺、小于英尺、小于27002700英尺，英尺，或距离在或距离在6 6海里以上。海里以上。proximity （接近）：相对高度等于或小于（接近）：相对高度等于或小于12001200英尺，且距离英尺，且距离在在6 6海里以内。海里以内。traffic advisory （交通咨询）：系统判明的与本机存在潜在（交通咨询）：系统判明的与本机存在潜在危险接近的飞机，危险接近的飞机，tcastcas会提前一定时间（会提前一定时间（20482048秒）发秒）发出交通咨询。音频出交通咨询。音频resolution advisory （决断咨询）：在对已判明为交通咨

7、询（决断咨询）：在对已判明为交通咨询的飞机连续监视约的飞机连续监视约1515秒后，如果该机与本机危险接近的状秒后，如果该机与本机危险接近的状况仍然存在，则况仍然存在，则tcastcas会发出解脱咨询。会发出解脱咨询。电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）6tcas informationtcas information电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）7tcas informationtcas information电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）8tcas informationtcas information电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）9tcas informa

8、tiontcas information电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）10tcas informationtcas information电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）11tcas informationtcas information电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）12tcas informationtcas information电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）13语音信息语音信息 含义含义traffic, traffic 交通，交通交通，交通climb, climb 爬升，爬升爬升，爬升descend ,descend 下降，下降下降，下降increa

9、se climb increase climb 增大爬升，增大爬升增大爬升，增大爬升increase descend increase descend 增大下降，增大下降增大下降，增大下降climb,crossing climb climb,crossing climb 爬升，穿越爬升爬升，穿越爬升爬升，穿越爬升爬升，穿越爬升descend ,crossing descend 下降，穿越下降下降，穿越下降 climb, climb now climb, climb now 爬升，现在爬升爬升，现在爬升爬升，现在爬升爬升，现在爬升descend, descend now descend , de

10、scend now 下降，现在下降下降，现在下降下降，现在下降下降，现在下降adjust vertical speed, adjust 调节垂直速度，调节调节垂直速度，调节mornitor vertical speed 监视垂直速度监视垂直速度maintain vertical speed, maintain 保持垂直速度，保持保持垂直速度，保持maintain vertical speedcrossing maintain 保持垂直速度保持垂直速度保持穿越保持穿越clear of conflict 冲突解除冲突解除tcas test tcas 自检自检tcas test ok tcas自检通

11、过自检通过tcas test fail tcas自检失败自检失败tcas informationtcas information电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）14tcas alert areatcas alert area电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）15tcas alert areatcas alert area电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）16tcas principletcas principle电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）17tcas principletcas principle电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）18tcas princ

12、ipletcas principle电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）19tcas principletcas principle电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）20tcas principletcas principle电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）21tcas principletcas principle电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）22l horizontal test: time to reach the closest point of approach (cpa)(or dmod distance if the closure rate is l

13、ow)l vertical test: time to reach co-altitude (or zthr if the aircraft are steady)l the ta/ra threshold values increase with the altitudel the bearing is not taken into account (only used for the display)l the ta or ra is issued depending upon the relevant thresholdsl ra sense selection: objective o

14、f safe vertical distance alim, co-ordinationl if the intruder does not transmit its altitude, there will be no ratcas principletcas principle电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）23illustration of the horizontal test35 secondsintrudertcasthe collision avoidance criterion is a generally a time parametertcas principlet

15、cas principle电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）24low closure rateair speedclosure rateair speedintrudertcasthe closure rate can be low even if the air speeds are high.tcas principletcas principle电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）25vertical test35 secondsintrudertcasthe time remaining to co-altitude is compared to triggering ti

16、me threshold (here 35 seconds)tcasintruderzthrzthrin case of steady aircraft, current vertical distance is compared to vertical threshold zthr (e.g. 800ft)tcas principletcas principle电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）26alerts: traffic advisoryl thresholds:lhorizontal:20 to 48 s (or dmod = 0.3 to 1.3 nm) lvertical

17、:20 to 48 s (or zthr = 850 or 1,200 ft)l aural annunciation: traffic, traffic”l intruder: solid amber circlel helps to the visual acquisition of the intruderl prepares the crew for a possible ral no maneuver should be made if there is no visual acquisitionl no associated phraseologytcas principletca

18、s principle电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）27alerts: resolution advisoryl thresholds:lhorizontal:15 to 35 s (or dmod = 0.2 to 1.1 nm) lvertical:15 to 35 s (or zthr = 600 to 800 ft)l aural annunciations: climb, descend, increase climb, increase descent, monitor vertical speed, etcl display of a range of vertical

19、 speeds or pitches to avoidl objective: a safe vertical distance alim varying from 300 to 700 ftl an ra takes into account all existing threatsl the ra intensity is checked and revised, if necessary, every secondtcas principletcas principle电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）28threshold values for tcas ii v7.0taraf

20、l ou z radiosondesltau (s)dmod (nm)zthr (ft)tau(s) vtt*dmod (nm)zthr (ft)alim (ft)fl 4207481.3120035251.1800700fl2004207481.385035251.1700600fl100 2006451.085030220.8600400fl50 1005400.7585025200.556003502350ft fl504300.4885020180.356003001000 2350ft3250.3385015150.26003000 1000 ft2200.3850no rano r

21、ano rano ra* vtt: vertical threshold test (processing of 1,000-ft level off geometries)tcas principletcas principle电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）29ra sense selectionthe downward sense will achieve alim, the upward sense will not.the downward option is therefore selectedtcasthreatcpadownwardupwardalimalimtcas

22、principletcas principle电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）30ra without altitude crossingboth downward and upward senses will achieve alim. the upward sense is selected because it prevents the tcas aircraft from crossing through the intruders altitudecpaclimb raissuedtcasthreatalimalimtcas principletcas principle电子

23、信息工程学院空中防撞系统（tcas）31ra with altitude crossing the upward sense is not sufficient to achieve alim. the downward sense (crossing descent here) ra is choosen, however it is really issued only when the current vertical separation is less than 600 ft (intruder steady) or 850 ft (intruder evoluting toward

24、 the own aircraft). all these cases are rare.alimcpaalimcrossing raissuedtcasthreat600 ftif 1000 ft level-off, then no crossing ra tcas principletcas principle电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）32increase rate rathe threat increase its descent rate towards tcas aircraft after the initial “descent” ra is issued“des

25、cent”“increase descent”tcasthreatcpatcas principletcas principle电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）33ra reversaltcascpathreatinitial rareversal rainitial projectiontcas principletcas principle电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）34mode c target on-the-ground determinationradaraltimetervalue1,700 feet above ground level(threshold b

26、elow which tcas checks for targets on the ground)380-feet allowancebarometricaltimeterground levelstandard altimeter settingestimated elevation of grounddeclaredairbornetcasdeclaredon grounddeclaredon groundmode s target: part of the response indicates the airborne status of the aircraftno ra issuan

27、ce against a threat seen on the groundtcas principletcas principle电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）35possible initial ras upward sense downward sense ra type ra required vertical rate ra required vertical rate positive climb 1500 to 2000 fpm descend -1500 to -2000 fpm positive crossing climb 1500 to 2000 fpm cro

28、ssing descend -1500 to -2000 fpm positive maintain climb 1500 to 4400 fpm maintain descend -1500 to -4400 fpm negative do not descend 0 fpm do not climb 500 fpm -500 fpm do not climb 500 fpm 1000 fpm -1000 fpm do not climb 1000 fpm 2000 fpm -2000 fpm do not climb 2000 fpm + 2000 fpm tcas principletc

29、as principle电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）36tcas system architecturetcas system architecturetcas directionalantennamode santennamode sxpdrtcas iiunitgear & flapsair datacomputer (adc)radar altimeter lower tcas antennamode santennatcas + ssrcontrolpanelefis or tcas displayauralannunciation coordination&

30、; inhibitionradar altimeterantenna电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）37tcas system architecturetcas system architecturetcas computer unitmode s transponderra displayra displaymode s/tcas control paneltraffic displaydirectional antenna (top)bottom omni antenna (optional directional antenna)radar altitude & disc

31、rete inputspressure altitudeaural annunciation电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）38tcas system architecturetcas system architecturel s模式应答机模式应答机l tcas计算机计算机l 天线天线l 显示器显示器l 控制板控制板电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）39tcas system architecturetcas system architecture电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）40tcas的方向性天线的方向性天线tcas system architecturetcas

32、system architecture电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）41tcas天线的方向性天线的方向性tcas system architecturetcas system architecture电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）42tcas 计算机计算机tcas system architecturetcas system architecture电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）43tcas 计算机的基本功用计算机的基本功用l监视邻近空域中的飞机；监视邻近空域中的飞机；l获取所跟踪飞机的数据；获取所跟踪飞机的数据；l进行威胁评估计算；进行威胁评估计算；l产生交通咨

33、询或决断咨询等。产生交通咨询或决断咨询等。 tcas system architecturetcas system architecture电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）44atc/tcas控制面板控制面板tcas system architecturetcas system architecture电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）45控制面板控制面板tcas system architecturetcas system architecture电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）46tcas system architecturetcas system architec

34、ture控制面板控制面板电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）47tcas interfacetcas interface电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）48tcas interfacetcas interface电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）49tcas interfacetcas interfacel tcastcas计算机通过计算机通过arincarinc数据总线与数据总线与s s模式应答机实现数据交换。模式应答机实现数据交换。s s模式应答机通过一条模式应答机通过一条arinc 429arinc 429数据总线，将有关信息输往数据总线，将有关信息输往tcastcas

35、计算机；计算机；tcastcas计算机则利用另一条计算机则利用另一条arinc 429arinc 429数据总线，将有关信息输往数据总线，将有关信息输往s s模式应模式应答机。答机。s s模式应答机输送给模式应答机输送给tcastcas计算机的信息中，包括由计算机的信息中，包括由大气数据计算机系统大气数据计算机系统获得的高度获得的高度信息、来自控制面板的各种信息等。信息、来自控制面板的各种信息等。l tcastcas计算机与控制面板的信号交连计算机与控制面板的信号交连xpndr/tcasxpndr/tcas控制面板对控制面板对tcastcas计算机的模式等控制信息，是通过计算机的模式等控制信息

36、，是通过s s模式应模式应答机再输送给答机再输送给tcastcas计算机的。计算机的。l 飞机的飞机的2424位地址码由应答机上的程序销钉输入应答机。位地址码由应答机上的程序销钉输入应答机。 电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）50tcas interfacetcas interfacel efis efis控制面板对控制面板对tcastcas显示的控制显示的控制（1 1）ehsiehsi的工作模式（的工作模式（navnav、vor/ilsvor/ils、mapmap ）（2 2）tfctfc按钮按钮（3 3）距离选择（小距离：）距离选择（小距离：5 5、1010、2020）ltcastc

37、as与与efisefis显示器之间的信号交连显示器之间的信号交连 tcastcas输出的视觉信息，输往两部输出的视觉信息，输往两部efisefis的符号的符号发生器，然后再分别输往发生器，然后再分别输往ehsiehsi和和eadieadi显示。显示。 此外，此外，ehsiehsi和和eadieadi显示器必须将其状态信息显示器必须将其状态信息输送给输送给tcastcas计算机，以便计算机，以便tcastcas计算机产生交通计算机产生交通咨询和解脱咨询等信息。咨询和解脱咨询等信息。 电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）51tcas interfacetcas interfacel 无线电高度

38、信息输入无线电高度信息输入tcastcas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，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，通过通过arinc 429arinc 429数据总线输送给数据总线输送给tcastcas计算机。计算机。l 航向信息输入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arinc 429arinc 429数据总线输送数据总线输送给给tcastcas计算机。计算机。l 大气数据计算机信息输入大气数据计算机信息输入 大气数据计算机产生的

39、有关本机的高度、速度、升降速度等信息，通过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arinc 429arinc 429数据数据总线输入总线输入tcastcas计算机。计算机。l l l波段设备的互抑制波段设备的互抑制 飞机上的两部应答机、两部测距机和飞机上的两部应答机、两部测距机和tcastcas均工作于均工作于l l波段。为避免相互干扰，同一时波段。为避免相互干扰，同一时刻只应有一部处于发射状态。在五部刻只应有一部处于发射状态。在五部l l波段设备中的一部开始发射之前，产生一个宽度为波段设备中的一部开始发射之前，产生一个宽度为28s28s的外抑制波门加到其它的外抑制波门

40、加到其它l l波段设备，以避免其它波段设备，以避免其它l l波段设备进入发射状态，并保护其波段设备进入发射状态，并保护其接收设备。接收设备。l 来自近地警告系统的抑制信号来自近地警告系统的抑制信号 近地警告系统产生的近地警告系统产生的“低于下滑道低于下滑道”、“拉起拉起”和和“风切变风切变”警告信息的优先权高于警告信息的优先权高于tcastcas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tcastcas输出交通咨输出交通咨询和解脱咨询。询和解脱咨询。 电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）52tcas sign

41、al formattcas signal formatmode c only interrogationmode c only interrogation电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）53tcas signal formattcas signal formatwhisper-shout interrogationwhisper-shout interrogationremarkremark：用来防止同步串扰的一种方案。：用来防止同步串扰的一种方案。电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）54tcas signal formattcas signal formatwhisper-sho

42、ut interrogationwhisper-shout interrogation电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）55tcas signal formattcas signal formatwhisper-shout interrogationwhisper-shout interrogation电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）56tcas signal formattcas signal formatmode s interrogationmode s interrogation电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）57tcas signal formattcas si

43、gnal formatmode s interrogationmode s interrogation数据脉冲数据脉冲p6p6包含包含6 67 7个数据区。每个数据区的位数示于图中；各数据区的内容如下：个数据区。每个数据区的位数示于图中；各数据区的内容如下：第一区为数据子标号，第一区为数据子标号，5 5位，用于表明本询问信号的格式；位，用于表明本询问信号的格式； apap：地址：地址/ /奇奇偶校验；偶校验；aqaq：特殊询问；：特殊询问；didi：识别符；：识别符；mama：公共：公共a a信息；信息；mumu：公共：公共u u信信息；息；pcpc：协议；：协议；rlrl：应答长度；：应答长度；rrrr：应答请求；：应答请求；sdsd：特殊符。：特殊符。电子信息工程学院空中防撞系统（tcas）58tcas signal formattcas signal formatmode s interrogationmode s interrogation数据脉冲数据脉冲p6p6包含包含6 67 7个数据区。第一区为数据子标号，个数据区。第一区为数据子标号，5 5位，用于表明本应答信号位，用于表明本应答信号的格式；的格式；aaaa：通告的地址；：通告的地址；acac：高度码；