CN108877300A - 一种基于face架构的空中交通告警和防碰撞系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞行器防撞系统设计领域，特别涉及一种基于FACE架构的空中交通告警和防碰撞系统；系统包括：TCAS系统模块，被配置在所述综合任务处理机中，用于与所述综合射频系统进行数据交换和控制，实现监控信号的发送和获取，所述TCAS系统模块还用于与所述综合显示控制系统进行数据交联，实现咨询和告警信息的实时显示。本发明的基于FACE架构的飞行器空中交通告警和防碰撞系统，能够有效降低系统体积和重量，并且能够适应航电系统发展趋势，满足综合化、模块化和开放化要求，另外，本发明的基于FACE架构的飞行器空中交通告警和防碰撞系统可移植性好，能够广泛应用于各型飞行器。

Description

一种基于FACE架构的空中交通告警和防碰撞系统

技术领域

本发明涉及飞行器防撞系统设计领域，特别涉及一种基于FACE架构的空中交通告警和防碰撞系统。

背景技术

随着低空管制日渐放开和通用航空蓬勃发展，包括直升机在内的民用飞行器规模正日益扩大，在促进国民经济建设的同时，也使得低空飞行密度增大、航路资源更加紧张，增加了飞行的不安全性。

目前，固定翼飞机上广泛采用的是空中交通告警防撞系统(Traffic CollisionAvoidance System，简称TCAS)。该设备基于二次雷达原理，能够主动探测和跟踪临近的飞行器，预测潜在的碰撞危险，并给飞行员发出警告及符合空中交通管制规则的防撞操作指令。FAA在1971年提出了基本防撞系统BCAS概念，并在1981年和1990年分别研制成功了TCASI系统和TCAS II系统；TCASⅢ因其水平碰撞预警精度不足，项目已经搁浅。FAA于1993年规定30座以上的客机必须配备TCAS II。欧洲民航当局也于2000年规定30座以上的客机或最大起飞重量超过15000kg的飞机需配备TCAS II。中国民航局已于2002年强制要求客机安装TCAS系统，于2009年颁布的《一般运行和飞行规则》(CCAR-91-R2)中明确要求最大起飞重量超过5700千克或批准旅客座位数超过19的涡轮动力飞机必须安装机载防撞系统(TCASII)。

TCAS II主要是完成针对附近空域内安装有ATCRBS应答机或S模式应答机的飞机防碰撞功能，具体可以归纳为监视、跟踪、潜在威胁评估、交通咨询(TA)、决断告警(RA)和避撞协调。TCAS处理机控制天线向周边空域发射询问脉冲，安装有S模式应答机的飞机以每秒约1次的速率做出应答。应答消息内容包括本机的地址识别码等信息。当TCAS系统接收到S模式编码信号后，将该机的地址识别码加入到询问列表中，然后逐个地询问列表中的飞机。然后TCAS处理机使用译码器对接收到的应答信息译码，从而得到入侵飞机高度、高度变化率等飞行参数。通过测量询问信号发出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。TCAS收发主机在综合了对入侵飞机和本机的参数后，判断入侵飞机是否会对本机构成潜在碰撞威胁。

但是，以CTOS形式为主的TCAS产品，单独配置显示器和告警设备，其重量和体积较大，已不能适应未来航电系统综合化、模块化和开放式的发展趋势。

发明内容

本发明的目的是提供了一种基于FACE架构的空中交通告警和防碰撞系统，以减轻或解决现有空中交通告警和防碰撞系统中存在的至少一个问题。

本发明的技术方案是：

一种基于FACE架构的飞行器空中交通告警和防碰撞系统，飞行器包括通过总线连接的综合任务处理机、综合射频系统以及座舱显示控制系统，所述基于FACE架构的飞行器空中交通告警和防碰撞系统包括：

TCAS系统模块，被配置在所述综合任务处理机中，用于与所述综合射频系统进行数据交换和控制，实现监控信号的发送和获取，所述TCAS系统模块还用于与所述综合显示控制系统进行数据交联，实现咨询和告警信息的实时显示。

可选的，所述的基于FACE架构的飞行器空中交通告警和防碰撞系统还包括：

TCAS显示与告警服务组件，集成在所述综合显示控制系统中，用于在所述综合显示控制系统的多功能显示器上显示RA和TA信息。

可选的，所述TCAS显示与告警服务组件还用于通过飞行器上音响系统发出相应告警信息。

可选的，所述的基于FACE架构的飞行器空中交通告警和防碰撞系统还包括：

TCAS告警处理服务组件，用于与硬件设备进行数据和控制状态交互，对空中交通状态进行处理，并根据防碰撞告警模型，综合考虑本机动力学特性和空域、地域状况，提供TA和RA指令。

可选的，所述的基于FACE架构的飞行器空中交通告警和防碰撞系统还包括：

TCAS共享数据模型，用于TCAS系统模块与座舱显示控制系统之间的数据交换。

可选的，所述FACE架构包括五个层次，自上而下分别是可移植组件层、传输服务层、平台特定服务层、IO服务层以及操作系统层；

所述TCAS显示与告警服务组件位于所述可移植组件层；

所述TCAS告警处理服务组件位于所述平台特定服务层。

发明效果：

本发明的基于FACE架构的飞行器空中交通告警和防碰撞系统，能够有效降低系统体积和重量，并且能够适应航电系统发展趋势，满足综合化、模块化和开放化要求，另外，本发明的基于FACE架构的飞行器空中交通告警和防碰撞系统可移植性好，能够广泛应用于各型飞行器。

附图说明

图1是本发明本发明的基于FACE架构的飞行器空中交通告警和防碰撞系统的结构示意图；

图2是本发明本发明的基于FACE架构的飞行器空中交通告警和防碰撞系统中的FACE架构简图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

需要说明的是，开放式航电系统架构旨在为现有的、今后的和未来的航空电子系统建立基于开放式原理的通用系统结构和技术结构，研制通用的、可变规模处理系统和软件系统，实现各平台之间的部件组件“即插即用”。

本发明提出了一种面向未来机载能力环境FACE(Future Airborne CapabilityEnvironment)的空中交通告警和防碰撞系统，主要是将相关的数据处理、显示与告警功能以软件组件的形式集成到座舱综合显示控制系统中，以降低航电系统体积和重量。

下面结合附图1、图2对本发明基于FACE架构的飞行器空中交通告警和防碰撞系统做进一步详细说明。

发明基于FACE架构的飞行器空中交通告警和防碰撞系统可以包括TCAS系统模块、TCAS显示与告警服务组件、TCAS告警处理服务组件以及TCAS共享数据模型。

TCAS系统功能的硬件交联关系如图1所示，在开放式航电系统架构中，TCAS系统模块(或系统功能模块)将以软件应用的形式驻留在综合任务处理机1中，并通过底层操作系统和航电总线4，与综合射频系统2进行数据交换和控制，实现监控信号的发送和获取；还能够与座舱综合显示控制系统3进行数据交联，实现咨询和告警信息的实时显示。

进一步，本发明提出的TCAS系统应用的组成形式如图2所示，TCAS服务主要以可移植组件及平台特定服务组件的形式存在于FACE架构的航电系统应用软件中。

FACE是一种层次化架构，采用模块化设计，将基于软件的功能以组件形式开发，并通过预定义的接口向其他组件开放。FACE共分为五个层次，自上而下分别是可移植组件层、传输服务层、平台特定服务层、IO服务层和操作系统层。

其中，TCAS显示与告警服务组件主要是采用符合相关适航标准的显示图符，在多功能显示器上显示RA(交通咨询)和TA(决断咨询)信息，并通过机上音响系统发出相应告警信息。考虑其具有通用性，且适应航电系统家族化要求，故以可移植组件的形式提供服务。

TCAS告警处理服务组件主要是与硬件设备进行数据和控制状态交互，对空中交通状态进行处理，并根据防碰撞告警模型，综合考虑本机动力学特性和空域、地域状况等，提供TA和RA指令。告警处理服务需要针对特定平台进行开发；若采用平台无线电服务，则数据处理模块也需要有该服务承担。对于TCAS而言，防碰撞模型真正决定了其有效性，对特定平台需要考虑其不同的动力学特性开发相应的模型，故而告警处理服务需要以平台特定服务组件形式开发。

进一步，在FACE架构下的数据结构支持通过传输服务接口在可移植单元间进行数据传输，并根据平台不同定义数据模型语言、共享数据模型、可移植单元补充模型、语言捆绑协议等。在FACE架构下增加TCAS系统应用，需要额外定义共享数据模型，主要集中在TCAS应用与座舱显示控制系统之间的数据交换。TCAS系统应用定义的共享数据主要是TA和RA指令，参考相关标准制定。TCAS应用与综合射频系统之间的数据交互采用综合射频系统定义的共享数据模型。

本发明的基于FACE架构的飞行器空中交通告警和防碰撞系统，能够有效降低系统体积和重量，并且能够适应航电系统发展趋势，满足综合化、模块化和开放化要求，另外，本发明的基于FACE架构的飞行器空中交通告警和防碰撞系统可移植性好，能够广泛应用于各型飞行器。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于FACE架构的飞行器空中交通告警和防碰撞系统，飞行器包括通过总线连接的综合任务处理机、综合射频系统以及座舱显示控制系统，其特征在于，所述基于FACE架构的飞行器空中交通告警和防碰撞系统包括：

TCAS系统模块，被配置在所述综合任务处理机中，用于与所述综合射频系统进行数据交换和控制，实现监控信号的发送和获取，所述TCAS系统模块还用于与所述综合显示控制系统进行数据交联，实现咨询和告警信息的实时显示。

2.根据权利要求1所述的基于FACE架构的飞行器空中交通告警和防碰撞系统，其特征在于，还包括：

TCAS显示与告警服务组件，集成在所述综合显示控制系统中，用于在所述综合显示控制系统的多功能显示器上显示RA和TA信息。

3.根据权利要求2所述的基于FACE架构的飞行器空中交通告警和防碰撞系统，其特征在于，所述TCAS显示与告警服务组件还用于通过飞行器上音响系统发出相应告警信息。

4.根据权利要求2所述的基于FACE架构的飞行器空中交通告警和防碰撞系统，其特征在于，还包括：

TCAS告警处理服务组件，用于与硬件设备进行数据和控制状态交互，对空中交通状态进行处理，并根据防碰撞告警模型，综合考虑本机动力学特性和空域、地域状况，提供TA和RA指令。

5.根据权利要求4所述的基于FACE架构的飞行器空中交通告警和防碰撞系统，其特征在于，还包括：

TCAS共享数据模型，用于TCAS系统模块与座舱显示控制系统之间的数据交换。

6.根据权利要求5所述的基于FACE架构的飞行器空中交通告警和防碰撞系统，其特征在于，所述FACE架构包括五个层次，自上而下分别是可移植组件层、传输服务层、平台特定服务层、IO服务层以及操作系统层；

所述TCAS显示与告警服务组件位于所述可移植组件层；

所述TCAS告警处理服务组件位于所述平台特定服务层。