机载防撞系统TCASⅡ Version 7.1与Version 7.0软件的比较

针对机载防撞系统TCAS软件版本的改进,描述了TCASⅡVersion7.1对Version 7.0软件所作的修订,分析了Version 7.0与Version 7.1软件的差异和改进.按照DO-185B所规定的TCAS系统最低性能需求,采用软件工程的方法,完成了TCASⅡVersion 7.1防撞算法的软件设计和编程并建立了相应的软件测试平台.通过采用一组标准输入及输出的测试用例文件,将标准输入产生的输出结果与DO-185B的输出结果进行比对,验证了TCASⅡVersion 7.1防撞算法和处理逻辑的正确性和有效性.

A320系列飞机TCAS故障签派放行处置研究

空中交通警报与避撞系统(traffic alert and collision avoidance system,简称TCAS)是机载监视系统中的重要组成部分,对于避免航空器危险接近,保证航空器安全有着重要作用。针对签派工作中TCAS故障放行难点问题,分别从飞机以自身动力滑出前、以自身动力滑出后、起飞后三个阶段展开分析。首先,由于TCAS系统依托的设备多,关联系统复杂,先介绍了TCAS系统的组成以及依托设备的常见故障。其次,以TCAS的工作原理为基础,分析了各个关联设备如应答机、惯性导航和大气数据基准等故障导致TCAS故障的机理。再次,给出了关于TCAS失效能否继续实施缩小垂直间隔(reduced vertical separation minimum,简称RVSM)的说明,指出TCAS不是运行RVSM空域的基本设备,需要区分造成TCAS失效的原因。最后,从三个阶段对TCAS故障及关联设备故障展开分析,分别给出了滑出前AP/FD TCAS方式丢失、导航TCAS失效,滑出后及起飞后TCAS故障和关联系统故障并给出签派解决方案。

空中交通防撞系统(TCAS Ⅱ)的排故与维护

主要以空客A320飞机为例,介绍了TCAS Ⅱ(空中交通防撞系统)系统原理、组成、功能及常见的故障、排故方法等,希望能增进对TCAS Ⅱ系统的了解,有助于TCAS Ⅱ系统的设计和维护。

ADS-B与TCAS II数据融合算法研究

面对空中交通密度越来越大,TCAS II在实际应用中暴露出的虚警和不必要告警等问题愈加明显。为了提供可靠连续的监视信息,提高防撞系统的性能,给出了一种ADS-B与TCAS II组合监视数据融合算法。该算法首先建立了飞机状态空间模型,并分析了ADS-B和TCAS II数据内容和特点,然后研究了数据融合前需要解决的关键问题,利用Kalman滤波器对数据进行处理,采用了在线性最小方差意义下的按标量加权最优信息融合准则和算法对数据进行融合。对该算法进行仿真,结果表明融合后的数据估计误差比任何一个传感器单独估计的误差都要小,说明该算法能够得到较高精度的数据,有效增强了防撞系统的性能。

飞行仿真中的TCAS建模方法

介绍了飞行仿真系统中空中交通警戒与防撞系统(TCAS)的一种仿真实现方法。对闯入飞机进行了运动方程建模,介绍了TCAS基本参数计算方法,分析了TCAS系统逻辑,利用全局处理模式设计了实时仿真中的完备的逻辑处理流程,完成了实时仿真系统中的TCAS仿真,该建模方法已在某项目中成功投入使用。

一种在一体化TCAS系统中通信编解码的实现方法

当前的飞机防撞系统是由TCAS和S模式应答机两个独立的子系统及其附属设备构成,这种结构给飞机的空间造成了极大的浪费,使得设计成本大大增加,同时庞大的体积也限制了TCAS在军事方面的应用。为解决这一问题,本文引入了一体化TCAS系统的概念,并设计了一体化TCAS系统中的通信编解码,给出了实验结果。

民用飞机TCAS/S模式应答机激励器设计

依据机载TCAS/S模式应答机系统集成验证的要求,需要在试验室激励TCAS/S模式应答机系统,减少TCAS/S模式应答机系统试飞试验的次数。该文对民用航空TCAS/S模式应答机系统信号进行了分析,得到了TCAS/S模式应答机系统激励方法,完成了TCAS/S模式应答机系统设计方案,用以满足机载TCAS/S模式应答机系统试验室的试验。

一体化TCAS综合测试技术

空中交通告警与防撞系统(TCAS)是飞行安全和空中交通管理的重要保障。当前,我国正处于军民用航空的蓬勃发展时期,日益增长的产品生产需求与低下的测试效率之间存在较大矛盾。本文针对TCAS产品测试过程中存在的流程复杂,测试设备繁多等问题,研究并提出了一体化TCAS综合测试技术方案,该方案能大幅提高产品的测试效率,节约测试成本。

TCAS系统多目标机冲突决策处理的研究

本文主要介绍空中交通多目标机冲突的Pairwise决策方式。以空中交通警戒和防撞系统（TCAS）对多目标冲突处理为例，介绍了Pairwise处理方式在实际案例中的应用。详细分析了TCAS系统对多目标机冲突处理的原理、处理流程以及主要处理功能模块。介绍了TCAS对多目标机冲突的分类以及分类后的具体Pairwise处理方式。最后对比了Pairwise与Global两种多目标机冲突的处理方式，分析了两种处理方式的优缺点。

空中防撞系统中提高空中安全的决议咨询算法

随着航空界向下一代航空运输系统(Next-Gen)迈进,当前的交通警报和防撞系统(TCAS II)无法完全保障航空安全,因此如何防止空中碰撞是下一代交通系统的一个重要问题。为解决此问题,本文介绍了一种新技术,用于检测和解决三维空域中2架飞机之间的空中交通冲突。该算法计算一组6个决议咨询并结合决断警报时间,以确保不侵犯保护区。该算法提出了3种安全规则解决方案,用于提高飞机面对面、飞机交叉道和飞机超车这3种场景下的安全性。本文在所提出的3个安全规则基础上进行仿真,以验证所提出算法的有效性,仿真结果表明,本文提出的方法相较于传统方法具备一定的优越性。

一种基于相控阵天线的前向机载防撞系统

由于传统飞机的机载防撞系统天线突出飞机表面,对飞机天线布局和气动有一定在影响,且监视距离较近。设计了一种基于相控阵天线的前向机载防撞系统,综合利用飞机机翼等结构共形设计,与飞机同频段功能天线实现共用,降低了天线布局压力及对飞机气动影响。同时由于采用数字相控阵形成和/差波束的单脉冲测角的方式进行目标方位测算,相对于传统的双通道比幅/比相的测角方式,能够较大地提高系统对目标的测角精度,有效提升机载防撞系统性能。

通航飞机避碰区域防撞模型的等效性研究

为克服现有TCASⅡ只能提供垂直方向防撞措施的局限性,有必要建立通航飞机的多维机动防撞模型。基于低空空域通航飞机飞行防撞的特点,采用以包围体形成最小安全保护区的方法,分别建立以球体和圆柱体为包围体的通航飞机防撞模型。通过将包围体模型投影到水平和垂直方向上,再把水平和垂直2个方向的结果进行逻辑"与"运算,使复杂的三维防撞问题简化为2个二维防撞问题。采用3D游戏与计算机图形学中关于相交性检测的方法,对通航飞机的分别以本机和侵入机为参考中心的2个防撞模型进行分析和比较。结果表明,分别以本机和侵入机为参考中心建立的2个基于避碰区域(CAZ)的通航飞机防撞模型是完全等效的。

机载防撞系统垂直防撞的物理模型

如何准确预测和估算本机与入侵飞机相遇时在最接近点的垂直间隔距离,是机载防撞系统(TCAS)在垂直方向上选择防撞措施的关键问题。采用空间相遇几何学的方法,建立了本机与入侵飞机相遇时垂直防撞的两种物理模型,基于该模型推导出了预测两机之间垂直间隔距离的计算公式,并且进行了计算机仿真。仿真结果表明,该模型能够准确预测本机与入侵飞机相遇时在最接近点的垂直间隔距离。最后,给出了本机在垂直方向上选择防撞措施的决策咨询条件和逻辑处理流程。

基于SSR和ADS-B混合监视的机载编队防撞系统设计

由于设备性能的限制,民航飞机目前使用的机载防撞系统TCASⅡ不能适用于编队飞行防撞。为了解决飞机编队飞行防撞以及与民航飞机TCASⅡ兼容的问题,给出了一种基于二次雷达(SSR)和ADS-B混合监视的机载编队防撞系统的设计方案。该方案采用了TCAS主动监视和被动监视相结合的方法,利用唯一的24位S模式地址来识别和归类目标飞机,将TCAS的监视数据和ADS-B的监视数据进行数据融合来完成对目标飞机的监视和跟踪。通过将大型编队划分为多个编队单元的方法,由长机负责保持各个编队单元之间的安全间距。采用收发器将长机产生的位置保持和碰撞避免的操纵指令通过高频数据链路传送给各个编队单元,各个编队成员按照操纵指令调整自己飞机的位置,完成对整个编队的位置保持和碰撞避免的集中控制和分散执行。该方案可以为机载编队防撞系统的设计和实现提供参考和帮助。

ARINC735A接口协议的设计与实现

为了实现机载防撞系统(TCAS)主机与外围功能单元的高效连接,需要定义和设计相关的接口协议。根据美国航空无线电设备标准ARINC735A定义的TCAS系统必须满足的DO-185A的接口和协议,分析和讨论了ARINC735A协议模块在TCAS系统中的功能和上下文关系,在此基础上详细描述了ARINC735A协议模块各组件的功能。采用软件工程的设计方法,系统地定义和设计了实现该协议模块功能组件的状态和流程,并给出了相应的状态转换图。讨论了在嵌入式环境下对AR-INC735A的多任务实现方法,并且在VxWorks嵌入式操作系统环境下,实现了ARINC735A协议的多任务软件模块。

机载防撞系统水平防撞模型的建模与仿真

针对下一代机载防撞系统水平防撞的功能要求,采用相对距离水平投影的方法,根据空间碰撞威胁度和时间碰撞威胁度的理论依据,建立了水平方向的冲突探测和防撞模型,并利用伽利略相对性原理导出了本机与入侵飞机之间的投影水平相遇距离和到最接近点的预留时间的计算公式。阐明了水平防撞模型的建模方法,制定出机载防撞系统水平防撞功能的仿真测试方案,并进行了基于时间流的计算机仿真和测试。仿真结果表明:该模型不仅能够预测出飞机在各个时间的相对方位、相对距离和相对高度,而且可以给出合理的水平机动措施,为飞行员提供左转或右转的角度指示以避免空中相撞。

一种新的通用航空机载防撞逻辑设计方法

由于机载防撞系统(TCAS)是针对具有较大垂直高度变化率的大型飞机设计的,系统设定条件和与之相关的解脱建议并不能适用于通航飞机。针对通用航空的防撞问题,提出了一种基于马尔可夫决策过程(MDP)的防撞逻辑设计方法。首先,将飞机空中相遇过程的动态模型转换为离散转移函数;然后,基于防撞系统结果事件末端效用函数进行MDP建模,采用动态规划方法导出了最优防撞逻辑的迭代方程;最后,给出了通航飞机最优化防撞逻辑的设计流程并对最优防撞逻辑进行了计算机仿真。仿真结果表明,通过调整效用比参数可以在保证安全性能的同时有效降低系统告警率。在垂直相遇高度小于30 m的相遇过程占比高达18%的情况下,当告警率大于0.85时系统的碰撞概率仅为2.88×10-4左右。该设计方法对我国在低空空域通用飞机防撞系统的研究具有一定的参考价值。

编队飞行防撞系统防撞模型研究

针对飞机编队飞行防撞系统的功能要求,采用时间碰撞威胁度和空间碰撞威胁度的方法建立了编队飞行碰撞威胁的探测模型,给出了基于机载防撞系统的编队飞行模拟测试系统的仿真方法和测试方案,并且进行了计算机仿真和测试。仿真结果表明,该编队飞机防撞模型能够为飞行员提供侵犯告警咨询信息和正确编队的位置指示。

基于ADS-B的非合作飞行目标监视技术的可行性初探

民用航空规模的快速增长和目标多样性的增加,导致通信链路阻塞和监视信号干扰的大量引入,使得民用空域目标监视变得更加困难,尤其是对非合作目标的目标监视问题亟待解决。现有空空监视体制中空中防撞系统(TCAS)和广播式自动相关监视(ADS-B)不能实现无人机等非合作目标监视。本项目基于ADS-B方法,以无人机等非合作目标监视为出发点,对无人机监视定位与跟踪的可行性开展研究。本文在自动相关监视体制基础上,初步论证了ADS-B用作雷达的可行性,以得到与现有民用航空监视技术不同的一种ADS-B雷达信号体制。

平行航路安全评估新方法(英文)

首先提出了一种平行航路安全评估新方法,即从空中交通管制的安全防护体系入手,将潜在飞行冲突看作空中相撞事故的初因事件,提炼出管制员指挥、短期冲突告警、飞行员目视避让及机载防撞系统告警四层安全防护,进而将平行航路碰撞风险问题分解为潜在飞行冲突计算和各防护层的失效概率分析。然后,推导了管制员干预次数计算模型,采用CREAM方法解决了管制员调配飞行冲突失误概率计算问题,建立了STCA防护失效和TCAS防护失效故障树模型。最后,以京沪平行航路为例进行计算,得出了雷达管制环境下的京沪平行航路碰撞风险。结果表明该航路满足安全要求。