融合空域下机载防撞系统的应用研究

随着有人机-无人机空域融合的推进,现行的空中防撞体系已无法适用于高密度流量下的融合运行场景,这对未来航行安全提出了极大挑战。文章对无人机空中防撞技术展开了研究,通过现行机载防撞系统的对比分析,说明了当前的局限性及未来的发展方向。同时,对无人机探测与避让系统的原理进行了探究,并对该系统的不同技术路线进行了研究及总结,最后提出了未来需要解决的问题与发展方向。

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。

机载防撞算法系统级测试方法研究

机载防撞系统通过对附近飞机进行有效跟踪与监视,根据目标飞机的运行轨迹正确产生告警信息。机载防撞系统遵循DO-185A标准中要求的防撞算法逻辑。目前对算法逻辑测试验证手段相对成熟,而本文则是对机载防撞算法在系统级的验证,以确保防撞系统功能的实现符合DO-185A要求,希望本文的研究成果能为读者提供一定的参考价值。

某型运输机机载防撞系统交联实现方案

为了减少和避免飞机相撞的危险,飞机上需要加装机载防撞系统。但是机载防撞系统不是一个独立的系统,需要与其他机载设备交联。通过分析机载防撞系统交联关系以及与机载设备的接口特性,提出了某型运输机机载防撞系统与原机设备通过研制接口适配器实施交联的方法,给出了接口适配器的技术实现方案。据此方案研制的接口适配器已成功应用于某型运输机机载防撞系统改装工程,实现了机载防撞系统与机载设备的交联,提高了飞机空中防撞能力。

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。

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。

机载防撞系统非线性高度跟踪器的设计与实现

高度跟踪器对于机载防撞系统(TCAS)能否可靠工作至关重要。传统的高度跟踪器采用线性α-β跟踪器,高度报告的"粗量化"精度将导致线性α-β跟踪器的性能劣化。为此,设计了一种对30 m量化精度高度报告的非线性跟踪器。核心思想是利用多次高度层穿越占用时间以及穿越高度层数来计算高度率,并将飞行过程划分为5个不同状态,不同状态采用不同高度率修正公式。仿真结果及误差分析显示非线性高度跟踪器在跟踪精度和响应时间两方面均优于线性α-β跟踪器,有效提高了TCAS做出防撞决策的可靠性。

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。

W频段机载防撞雷达收发分机

介绍最近研制成功的W频段机载防撞雷达收发分机的设计。该收发分机采用了雪崩管稳频振荡、注锁放大技术、低噪声接收技术和自动频率跟踪技术,具有指标高、体积小、重量轻、可靠性高等优点。

运输机机载防撞系统的体系构建研究

为了减少和避免飞机相撞的危险,结合防撞设备的发展,论证了运输机加装机载防撞系统的必要性,提出了运输机机载防撞系统应具备监视、跟踪、潜在威胁评估、交通告警显示、决断告警显示、空对空协调等六大功能;针对国内运输机机型多、制式不同、设备差异较大等特点,给出了构建机载防撞系统的对策与措施。

飞机航姿系统与机载防撞系统的交联设计与实现

为了减少和避免飞机相撞的危险,飞机上需要加装机载防撞系统。然而机载防撞系统需要的航向姿态信号与飞机的航姿系统所提供的航向姿态信号不一致,因此通过设计航姿信号变换系统的方法实现飞机航姿系统与机载防撞系统的交联。设计的航向姿态信号变换系统已成功应用于多型运输机机载防撞系统改装工程,实现了机载防撞系统与机载设备的交联,提高了飞机空中防撞能力。

机载防撞系统现场诊断软件的架构设计

本文阐述了机载防撞系统现场诊断软件(ACAS Diag)的架构设计过程。从软件的需求分析入手,引入用例分析的方法描述了ACAS Diag的功能需求;介绍了架构设计的五视图方法;并在此基础上进行ACAS Diag的软件架构设计,分别给出了软件的逻辑架构、物理架构、开发架构和运行架构视图,从而为后续的软件开发奠定基础。

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.

机载防撞系统干扰限制功能的设计与实现

针对机载防撞系统(TCAS)空对空通信时存在的同步混扰,采用飞机分布因子结合问询功率和问询速率的控制方法,建立了干扰限制的数学模型,给出了TCAS监视功能干扰限制的设计流程。按照DO-185B标准定义的高密度飞机分布环境,采用计算机仿真得到了TCAS干扰限制功能在高密度空域中统计性能,对不同监视区域中TCAS应答机的占用率与DO-185B的设计需求进行比较,验证了设计的干扰限制功能的有效性和实用性。仿真结果表明干扰限制算法能够满足高密度空域中TCAS监视功能的要求,在TCAS干扰限制功能的设计和性能评估方面具有实际应用价值。

机载防撞系统综合适配器的设计

为了实现飞机加装机载防撞系统时与飞机原机设备的交联,研制了适用于多型飞机的机载防撞系统综合适配器,根据综合适配器的功能,给出了各单元电路结构框图,详细介绍了可靠性设计与电磁兼容设计方法。该型机综合适配器不仅在多型飞机上成功实现了多型飞机进口机载防撞系统与原机设备的交联关系,而且保障了系统工作的可靠性,提高了飞机空中防撞能力。

基于“当前统计”模型的机载防撞系统自适应目标跟踪算法分析与仿真

分析了基于"当前统计"模型的自适应滤波算法原理,提出了将基于该模型的自适应目标跟踪算法应用到机载防撞系统,对目标飞机进行监视和跟踪。对飞机的不同加速度情况进行了目标跟踪的计算机仿真,证明了算法在机载防撞系统中应用的可行性。

基于分段拟合算法的民用航空机载防撞预警系统设计

随着空中飞行航线密集程度的不断提高,民用航空机载防撞系统所发挥的作用越来越大,针对传统民用机载防撞系统在最优航线选择与控制方面的不足,提出一种基于分段拟合算法的机载防撞预警系统设计。硬件设计部分详细介绍了MCU主控芯片和超声波雷达模块,结合报警、数据存储等功能结构对民用航空机飞行过程中的轨迹变化做出预测和分析;设计机载防撞系统的主控程序软件工作流程,利用分段拟合算法求解出每一段飞行距离的控制函数,并将其汇总拟合为趋近于最优航线的最小平方函数,保证飞行的安全性和经济性。仿真结果表明,在该防撞系统的控制下,目标飞机避免了与障碍物飞机之间的碰撞,且该系统控制下的路径偏差也低于传统的防撞预警系统,证明基于分段拟合算法的防撞预警系统更具有应用优势。

机载防撞设备TCAS空对空通信中干扰的抑制技术

针对TCAS设备空对空通信时存在的同步混扰和异步窜扰,介绍了干扰抑制的方法和技术,给出了保持对S模式和C模式目标飞机的监视距离相等以及对发射功率和询问次数进行控制的干扰抑制方法和实现流程。

机载防撞系统在民机上的应用

着重介绍了机载防撞系统的组成和基本工作原理．回顾机载防撞系统产生的由来及其发展的历史概况．并根据中国和欧关国家民航总局对民机装机载防撞系统的强制要求．进一步说了机载防撞系统装机的必要性和必然性。

一种用于机载防撞系统的接收环路自检方法

本文公开了一种用于机载防撞系统ACAS收发主机的接收环路自检方法,该方法在不增加额外的硬件设备的条件下,利用设备原有组成模块及其固有的通信渠道配合工作,软件编程实现。该方法能自动、周期性、有效地实现ACAS收发主机的接收环路自检测,可完成功能模块级故障定位,实现故障隔离,便于维修保障,满足设备测试和维护需求。