飞机交通警戒和防撞系统基础与排故案例

飞机交通警戒和防撞系统基础与排故案例

发布日期：2011-09-13 来源：汕航飞机维修厂作者：李翔

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飞机交通警戒和防撞系统（Traffic Alert and Collision Avoidance System），一般简称其为飞机防撞系统（TCAS）。此系统可显示飞机周围的情况，并在需要时提供语音警告，同时帮助驾驶员以适当的方式躲避危险。TCAS常与电子水平状态指示器（EHSI）配合使用，由于EHSI是飞机航迹的基准和参考，对冲突飞机的位置能够非常直观地反映出来，所以有利于飞行员在第一时间内做出与TCAS的要求一致的本能反应动作，从而避免碰撞的灾难性事故发生。

TCAS 系统的发展：

开发有效的机载防撞系统是航空工业界多年来的目标。TCAS研究的历史可追溯到上世纪50年代，1956年，美国民航管理技术发展中心报告指出：“在过去四年间实施的测试结果表明：仅仅一般地使用接近警告设备就会稳定地减少中空相撞的威胁”。此后，空中交通流量的持续增长导致了对此类设备的极大兴趣。同时，发生在美国的一系列中空相撞事件，对机载防撞系统的研究和开发起到了重要的推动作用：1956年6月30日在科罗拉多大峡谷上空6500米处，两架民航班机相撞造成128人死亡，民航当局随后启动了对有效防撞系统的研发工作。1978年，一架轻型飞机在圣地亚哥上空与一架民航班机相撞，导致了美国联邦航空局（FAA）启动对空中交通警戒和防撞系统（TCAS）的研究。最终导致国会立法要求实施TCAS的事件是1986年8月31日在加利福尼亚洲靠近洛杉矶国际机场的塞里图斯空域内，一架墨西哥航空（Aeromexico）的DC-9和一架私人飞机中空相撞。

美国联邦航空局（FAA）决定在1981年开始实施TCAS 计划。TCAS 系统对装有信标应答机的飞机进行位置确定和航迹跟踪。TCAS监视范围一般为前方35英里，上、下方为3000米，在侧面和后方的监视距离较小。（为了减少无线电干扰，管制条例对TCAS 的功率有所限制。它把TCAS的前向作用距离限定在45英里左右，侧向和后向作用距离则更小。）TCAS 的询问机发出脉冲信号，这种无线电信号称为询问信号，与地面发射的空中雷达交通管制

（ATC）信号类似。当其他飞机的应答机接收到询问信号时，会发射应答信号。 TCAS的计算机根据发射信号和应答信号间的时间间隔来计算距离。同时根据方向天线确定方位，为驾驶员提供信息和警告，这些信息显示在驾驶员的导航显示器上。TCAS 可以提供语言建议警告，计算机可以计算出监视区内30架以内飞机的动向和可能的危险接近，使驾驶员有25－40秒的时间采取措施。（TCAS 可跟踪45 架飞机，根据选定目标的优先级，最多显示30架飞机）。当前，正在研发或使用的TCAS系统有三种类型：TCAS I、TCAS II 和TCAS III。

TCAS I，最简单的系统，主要由TCAS 处理器、TCAS 天线和一个A/C 模式应答机组成，主要供通用航空使用。TCAS I发射机发射询问信号询问C 模式应答机。TCAS I 接收和显示在量程范围内所有飞机的大致方位和相对高度，通常范围约为40英里。系统使用彩色编码点来表明某区域内存在潜在威胁的飞机，称作交通咨询（TA， Traffic Advisory）。当飞行员收到一个TA 时，他视线内可见入侵飞机并且被允许垂直偏离最多+300英尺；采用TA 方式时，预先录制的声音会播报“Traffic，Traffic”，而表示其他飞机的符号则会改变形状和颜色。该系统不允许作横向偏离，在仪表飞行条件下，飞行员需将情况通报给空中交通管制中心，以协助解决冲突。

TCAS II是一种比TCAS I更全面的系统。该系统被要求在1993年12月31日前安装在所有运营的美国商用飞机上。TCAS II 通常由TCAS计算机单元、S 模式应答机、S模式/TCAS控制面板、TCAS上下天线、驾驶舱显示组件等组成。它不但向飞行员提供TA，而且将发出决断咨询(RA，Resolution Advisory)，即当入侵目标被标绘，系统会告诉飞机是否爬升、下降、直飞或平飞。系统一旦探测到RA，将建议飞行员执行规避的机动飞行以解除来自入侵飞机的威胁。有两类型的RA：即预防性RA 和确定性RA。预防性RA 指示飞行员在避免潜在冲突时不必改变高度或航向；确定性RA 指示飞行员以预先确定的2500英尺/分钟的升降率爬升或下降，以避免冲突。当采用RA 方式时，TCAS可发出诸如“Climb，Climb”或“Descend，Descent”之类的机动指令，或者会告诉驾驶员无需采取机动动作。具体为：当其他飞机进近的最近点小于48秒时，则会发布交通咨询TA。进近的最近点是指两架飞机相距最近的空间点，是根据飞机目前的航迹和速度预测出来的。发布TA 后，如果两架飞机继续沿着有危险的航迹飞行，则在离最近点大约35秒处，系统会发布决断咨询RA。代表

入侵飞机的符号会变为固定的红色方块，同时伴有诸如“Climb，Climb”之类的躲避机动语音提示。系统还会在垂直速度指示器（VSI）上用一绿条显示所需的机动速度。这些机动动作幅度不大，一般不会引起乘客的注意。同时，两架飞机上的TCAS II也会进行协调以避免两架飞机同时爬升之类的机动。只有TCAS II和ACAS II系统具有这种功能。在TCAS I 系统中没有RA 方式。TCASII具有询问C模式和S模式的能力。当两架飞机都具有S 模式询问能力时，TCASII系统将相互通信并给出解除冲突的RA。因TCAS II的费用较高，制造商已在升级的基础上生产出TCAS III。TCAS III允许飞行员收到RA时，除了执行垂直机动外，还可执行横向偏离以躲避入侵飞机，这将大大减少飞机危险接近或中空相撞的可能性。

TCAS III的定向天线更精确且具有较小的方位误差，能更精确地确定入侵飞机的位置，因此误警率也降低了。TCAS III的另一个升级是使用S模式数据链，通过该数据链，系统有能力把飞机的GPS位置和速度矢量传送到其他装有TCAS 设备的飞机，因此可提供更多更精确的协调信息。

美国于1993年12月31日开始执行，30座以上的客机必须配备TCAS II，10-30座的客机必须配备TCAS I。通用航空营运人应与航空公司一样，提供同一水平的防撞保护，自愿安装TCAS I 或TCAS II。

负责向欧洲各国推荐航空管制条例的欧洲空中导航安全机构（Eurocontrol，欧洲空管）已经建议采用与最新的TCAS II相同的系统。在欧洲，该系统称为机载防撞系统（ACAS II）。ACAS II是采用7.0版软件的TCAS II,这是FAA 批准的最新的软件版本。欧洲空管建议，2000年1月1日后在30座以上的客机或最大起飞重量超过15000千克的飞机上配备ACAS II。2005年1月1日后在19座以上的客机或最大起飞重量超过5700千克的飞机上配备ACAS II。

我国民航使用的客机比较先进，绝大部分已预先安装了最新版本的防撞系统。为进一步加强航空安全，从2002年中期起也开始对其他未安装防撞系统的客机进行强制安装，这一工作于2002 年底完成。2003年起，未安装防撞系统的民航客机将不得飞行，其他小型飞