飞机交通咨询和防撞系统介绍与排故

飞机交通咨询和防撞系统介绍与排故

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。当前，正在研发或使用的TCAS系统有三种类型：TCAS I、TCAS II 。下面重点介绍TCAS II。

TCAS II是一种比TCAS I更全面的系统。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。

TCAS II 系统的工作原理：

TCAS II 系统要正常工作，需要S模式应答机的配合，因此，装备TCAS系统的飞机，必定装备了S模式应答机。装备了TCAS的飞机，可以对装备有S模式应答机的飞机或 A、C模式应答机的飞机作出TA（交通咨询）或RA（决断咨询）响应。TCAS计算机内部同时具有S模式译码器和A、C模式译码器。因此，TCAS计算机可以对装备有以上几种模式应答机的飞机的应答信号作出判断。

具体工作过程如下：

首先，TCAS系统会自动监听本机附近空域中装备有 S模式应答机的飞机的发射信号。不论是否收到询问信号，S模式应答机都会每隔一秒，向外发射 S模式编码信号，该信号包括本机的24位地址码等信息。当TCAS系统收到 S模式编码信号后，将该机的 24

位地址码加入到询问列表中，稍后 TCAS会逐个地询问列表中的飞机。此外TCAS还使用耳语 -大喊方案，对周围空域中没有装备S模式应答机的飞机进行询问，TCAS会主动询问周围空域中装有A或C模式应答机的入侵飞机，因为 A、C模式应答机必须在收到询问信号后才能进行应答，并且它们的应答信号中没有 24位地址码，只有飞机编码或飞行高度等信息。对于S模式信息和 A、C模式信息，TCAS计算机会使用与各模式相应的译码器进行译码，获得计算所需的入侵飞机高度、高度变化率等信息。通过测量询问信号发出到接收到应答信号的时间间隔，计算出入侵飞机的距离。通过方向性天线的定向性，获得入侵飞机的方位信息。这样就获得了计算入侵飞机飞行轨迹的全部所需信息，为进一步的计算做好准备。

其次，本机的其他机栽系统会连续地向TCAS计算机提供本机的飞行参数，如位置、俯仰角、横滚角、飞行高度、最大空速等信息。TCAS计算机在对入侵飞机的参数和本机的参数进行综合计算后，得到本机与入侵飞机的相对高度和速度。进一步通过计算判

断出本机与入侵飞机的飞行轨迹是否具有相互冲突的可能。根据入侵飞机对本机的威胁状况，将入侵飞机分别归类为无威胁等级组、接近威胁等级组、TA（交通咨询）威胁等级组和RA（决断咨询）威胁等级组，四个威胁级别组。TCAS的最大监视能力为 30架飞机。

最后，TCAS向驾驶员适时地发出目视警告和音响警告。四个威胁等级组内的飞机是以不同符号显示在 EHSI上的，无威胁等级组是以白色空心菱形表示；接近威胁等级组是以白色实心菱形表示；TA（交通咨询）威胁等级组是以黄色实心圆形表示；RA（决断咨询）威胁等级组是以红色方块表示。只有当出现TA（交通咨询）威胁等级或RA（决断咨询）威胁等级时，TCAS才会发出对应的音响警告信息。TA和RA等级的判定是以TAU来决定的。TAU表示入侵飞机到达与本机相遇点的时间。TAU不是固定不变的，根据飞机高度，TAU在 20秒至 45秒之间变化。当入侵飞机处于RA（决断咨询）威胁等级时，并且入侵飞机也装备有TCAS系统时，两架飞机的TCAS系统在语音警告的同时，会在 EADI或TA/VSI上发出非常直观的垂直避让指令，该指令与入侵飞机的指令是协调好，互补的，按照指令操作可以避免飞机相撞。

TCAS II系统的组成

1、TCAS 处理器（或计算机）是TCAS系统的核心部件，其主要功能是发出询问信号、接收入侵飞机的应答信号、接收本机其他系统的数字和离散信号、基于本机数据和接收的数据进行计算、产生交通咨询和决断咨询。

2、天线：装有上下两部天线，天线为四单元相控阵天线，使用四根同轴电缆与TCAS 处理器（或计算机）相连。用来发射TCAS处理器（或计算机）的询问信号，和接收入侵飞机发射产生的应答信号并送到TCAS处理器（或计算机）。

3、TCAS/ATC 控制盒：用于驾驶舱人机接口。主要有TCAS方式选择和应答机编码选择等功能。

4、EFIS 系统：用于显示TCAS系统的目视信息。

5、音响警告系统：用于产生TCAS系统的音频信息。