CN109087536A - 机载防撞系统天线自检及降级方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机载防撞技术领域，公开了一种机载防撞系统天线自检及降级方法。具体包括以下过程：针对全向天线自检及降级过程：S模式应答机内部周期进行上天线、下天线连接状态自检；收集上天线、下天线连接状态自检结果，向ACAS收发主机上报S模式应答机天线连接状态自检结果；响应询问信号，选择上天线或者下天线为应答通道；广播时选择通道发送控制命令；针对定向天线的自检、降级过程：ACAS收发主机内部周期进行上天线、下天线连接状态自检；收集上天线、下天线连接状态自检结果，并根据自检连接状态自检结果确认天线连接状态，自动根据自检结果判断下天线为定向天线还是全向天线；根据上天线个角度连接状态，设置天线是否能发射信号。
Description
技术领域
本发明涉及机载防撞技术领域，特别是一种机载防撞系统天线自检及降级方法。
背景技术
机载防撞系统（即ACAS-Airborne Collision Avoidance System，又称TCAS-Traffic Alert and Collision Avoidance System）由美国联邦航空局（FAA）定义，目前军民航使用的一般为TCASII型防撞系统，可提供交通告警（TA）和决断告警（RA）。TCAS是防止空中飞机危险接近和相撞事故发生的必不可少的设备，可独立于地面交通管制系统的进行工作。主要用于为飞机提供空中安全分隔保证.系统采用二次雷达的方式探测附近空域的接近飞机，必要时，提醒飞行员采取规避措施与以其它飞机保持适当的安全间距，达到防碰撞的目的。通过近几年的飞行实践证明，该系统是防止飞机空中相撞的最后一道防线，也是目前最有效的手段之一，它克服了地面空中交通管制的局限性，能提供超出地面交通管制所能提供的飞行安全保证能力，对应付空中突发的危险接近，避免空中相撞有巨大的作用。
系统的ACAS收发主机是实现防撞功能的关键，其通过控制天线波束指向，对飞机前、后、左、右4个区域进行扫描询问，附近装有空管应答机（S模式/ATCRBS应答机）的飞机（以下称为目标机）会做出应答。ACAS收发主机根据收到的应答信号，获得目标机的高度、相对距离、方位等信息，并进而计算其高度变化率，相对距离变化率并结合本机的位置和运动信息，评估出目标机的威胁级别（OT：其它飞机，PT：接近飞机，TA：交通告警，RA：决断告警），并将不同目标机以相应的图形方式进行显示。机载防撞系统典型配置包括：ACAS收发主机1个、S模式应答机2个、定向天线2个、全向天线2、交通/决断显示器2个、控制盒1个。系统架构及交联关系如图1所示。
机载防撞系统的主要用途如下：
功能1． A、C模式空管应答，由S模式应答机实现；
功能2． S模式应答，由S模式应答机实现；
功能3． 空中交通态势监视和感知，由ACAS收发主机实现；
功能4． 交通告警，有ACAS收发主机实现；
功能5． 决断告警，主要用ACAS收发主机实现，当威胁机也装备TCASII设备时，通过S模式应答机的数据链路进行RA协同，以保证告警的兼容性。
现有技术中，机载防撞系统可提高其对空域态势感知能力，增强探测空中威险接近的能力，并具备防撞规避提示能力，从而提高其飞行的安全性。ACAS收发主机基于二次雷达原理通过上/下两部定向天线对空域目标进行询问并接收应答信号。每个定向天线有四个端口，分别对应0°、90°、180°、270°四个轴向，每个轴向的波束宽度为90°。
定向天线每个端口与ACAS收发主机正常连接（没有错误连接、且线缆没有短路、开路现象），是影响设备对360°空域进行全面监视的重要因素。当前设备对上/下定向天线共八个端口的连接完好性进行了检测，检测原理是在定向天线内部的每个端口设置了匹配电阻，主机通过对阻值范围进行测试，通过测试结果评估某一具体的端口处于：正常、短路、开路状态。当前的设计措施是，当八个端口中的任何一个端口处于短路或开路故障时，设备判定定向天线故障，ACAS主机报故，并直接降级为“待机”模式，1.1节中的功能3、功能4、功能5全部失效。
同理，S模式应答机通过上/下两部全向天线接收询问并进行应答。每个全向天线有一个端口，水平作用范围为360°。全向天线与S模式应答机正常连接未出现开路时，是保证S模式应答机性能指标的重要因素。当前设备对上、下天线连接完好性进行了检测，若上、下通道任意一路连接状态检测结果为开路，则S模式应答机判断为天线故障，系统直接降级为“待机”模式，1.1节中的功能1/2/3/4/5全部失效。
两个全向天线、两个定向天线各自具有互补作用，且上/下天线个别端口连接异常不影响其它端口的正常工作，因而这种报故和降级模式存在明显缺陷，未能充分利用系统资源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了机载防撞系统天线自检及降级方法。
本发明采用的技术方案如下：机载防撞系统天线自检及降级方法，具体包括以下过程：
如果是全向天线，对于S模式应答机全向天线自检、降级工作控制流程如下：
步骤a1，S模式应答机内部周期进行上天线、下天线连接状态自检；
步骤a2，收集上天线、下天线连接状态自检结果，向ACAS收发主机上报S模式应答机天线连接状态自检结果；
步骤a3，响应询问信号，选择上天线或者下天线为应答通道；
步骤a4，广播时,首先判断全向天线连接状态是否正常，若连接状态正常，则ADS-B OUT广播报文和DF11广播报文从该通道发射出去，否则不发送；
如果是定向天线，对于S模式应答机定向天线自检、降级工作控制流程如下：
步骤A1，ACAS收发主机内部周期进行上天线、下天线连接状态自检；
步骤A2，收集上天线、下天线连接状态自检结果，并根据自检连接状态自检结果确认天线连接状态，自动根据自检结果判断下天线为定向天线还是全向天线；
步骤A3，若上天线0°、90°、180°、270°连接状态组织不匹配，则设置上天线对应通道不能发射；若安装的下天线为定向天线，检查0°、90°、180°、270°连接状态，若某一通道不匹配，则设置上天线对应通道不能发射；若安装的下天线为全向天线，则下天线0°方向阻抗应为短路状态，否则设置下天线不能进行信号发射；
步骤A4，若发现天线的某一通道连接状态不正常，则将该信号从另一个定向天线的同方向通道进行询问。
进一步的，所述步骤a1和步骤A1中的周期为1s。
进一步的，所述步骤a2的具体过程为：根据自检连接状态的自检结果确认天线连接状态是否正常：若上全向天线连接状态开路，则设置上通道应答标志为不可应答，否则设置上通道为可应答；若下全向天线连接状态开路，则设置下通道应答标志为不可应答，否则设置下通道为可应答；向ACAS收发机上报S模式应答机天线连接状态自检结果；ACAS收发机下发天线自检命令。
进一步的，所述步骤a3的具体过程为：
（1）若一个询问信号到来，首先根据上通道、下通道信号幅度进行比较决策应答通道，若上通道信号幅度比下通道信号幅度大3dB，则选择使用上通道进行应答；若上通道信号幅度比下通道信号幅度小3dB，则选择使用下通道进行应答；
（2）判断应答通道状态是否可应答，若能应答则控制应答代码从该通道辐射出去；若不能应答，则判断另一个通道应答标志是否可应答，可应答则从该通道辐射出去。
进一步的，所述步骤A4的具体过程为：步骤A41，获取天线连接状态询问信号；步骤A42，询根据问信号编码设置询问脉冲正常询问天线和方向；步骤A43，判断条件A：所述询问脉冲已设置天线的询问方位是否可发射；步骤A44，如果条件A不可发送射，则判断条件B：另一个定向天线对应通道是否可发射；如果条件A可以发射，则进行步骤A46；步骤A45，如果条件B可以发射，修改脉冲信号从另一个定向天线同方位发送；步骤A46，下发询问控制命令。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：根据本发明，对机载防撞设备在定向天线报故是，通过合理的天线调度和报故策略，系统能够按照降级使用规划进入降级模式，从而保证系统能效。具体如下：
（1）上、下天线的同一方向的天线端口没有同时失效时，通过天线复用实现360°全向监控；
（2）上、下天线的有同一方向的天线端口同时失效时，如果0°方向（负责前项±45°区域的监视，是最重要的监视区域）没有失效，则进入降级模式，并针对报故端口给出故障提升；如果0°方向上下天线同时失效，则报系统故障，并进入“待机”模式。
附图说明
图1是本发明全向天线连接状态自检上报流程图。
图2是本发明询问信号响应流程图。
图3是本发明广播天线控制流程图。
图4是本发明定向天线询问控制流程图。
附图标记。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
机载防撞系统天线自检及降级方法，具体包括以下过程：
如果是全向天线，对于S模式应答机全向天线自检、降级工作控制流程如下：
步骤a1，S模式应答机内部周期（1s）进行上天线、下天线连接状态自检；
步骤a2，收集上天线、下天线连接状态自检结果，向ACAS收发主机上报S模式应答机天线连接状态自检结果；
步骤a3，响应询问信号，选择上天线或者下天线为应答通道；
步骤a4，广播时,首先判断全向天线连接状态是否正常，若连接状态正常，则ADS-B OUT广播报文和DF11广播报文从该通道发射出去，否则不发送；具体的如图3所示，天线连接状态广播数据进行准备；广播信号编码；判断广播定时器是否触发，如果是，则进行广播通道的切换；判断通道应答标识是否为可应答，如果是则下发广播发送控制命令。
如果是定向天线，对于S模式应答机定向天线自检、降级工作控制流程如下：
步骤A1，ACAS收发主机内部周期（1s）进行上天线、下天线连接状态自检；
步骤A2，收集上天线、下天线连接状态自检结果，并根据自检连接状态自检结果确认天线连接状态，自动根据自检结果判断下天线为定向天线还是全向天线；
步骤A3，若上天线0°、90°、180°、270°连接状态组织不匹配，则设置上天线对应通道不能发射；若安装的下天线为定向天线，检查0°、90°、180°、270°连接状态，若某一通道不匹配，则设置上天线对应通道不能发射；若安装的下天线为全向天线，则下天线0°方向阻抗应为短路状态，否则设置下天线不能进行信号发射；
步骤A4，若发现天线的某一通道连接状态不正常，则将该信号从另一个定向天线的同方向通道进行询问。具体的如图4所示，步骤A41，获取天线连接状态询问信号；步骤A42，询根据问信号编码设置询问脉冲正常询问天线和方向；步骤A43，判断条件A：所述询问脉冲已设置天线的询问方位是否可发射；步骤A44，如果条件A不可发送射，则判断条件B：另一个定向天线对应通道是否可发射；如果条件A可以发射，则进行步骤A46；步骤A45，如果条件B可以发射，修改脉冲信号从另一个定向天线同方位发送；步骤A46，下发询问控制命令。
优选地，如图1所示，所述步骤a2的具体过程为：如果自检定时器是否触发，如果是，则进行上周期天线连接状态收集；根据自检连接状态的自检结果确认天线连接状态是否正常：若上全向天线连接状态开路，则设置上通道应答标志为不可应答，若上全向天线连接状态不是开路，则设置上通道为可应答；若下全向天线连接状态开路，则设置下通道应答标志为不可应答，若下全向天线连接状态不是开路，则设置下通道为可应答；向ACAS收发机上报S模式应答机天线连接状态自检结果；ACAS收发机下发天线自检命令。
优选地，如图2所示，所述步骤a3的具体过程为：
（1）获取天线连接状态询问信号，根据询问信号设置应答编码；若一个询问信号到来，首先根据上通道（上通道为上天线通道）、下通道（下通道为下天线通道）信号幅度进行比较决策应答通道，若上通道信号幅度比下通道信号幅度大3dB，则选择使用上通道进行应答；若上通道信号幅度比下通道信号幅度小3dB，则选择使用下通道进行应答；
（2）判断应答通道状态是否可应答，若能应答则控制应答代码从该通道辐射出去；若不能应答，则判断另一个通道应答标志是否可应答，可应答则从该通道辐射出去。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。
Claims (5)
1.机载防撞系统天线自检及降级方法，其特征在于，具体包括以下过程：
如果是全向天线，对于S模式应答机全向天线自检、降级工作控制流程如下：
步骤a1，S模式应答机内部周期进行上天线、下天线连接状态自检；
步骤a2，收集上天线、下天线连接状态自检结果，向ACAS收发主机上报S模式应答机天线连接状态自检结果；
步骤a3，响应询问信号，选择上天线或者下天线为应答通道；
步骤a4，广播时,首先判断全向天线连接状态是否正常，若连接状态正常，则ADS-B OUT广播报文和DF11广播报文从该通道发射出去，否则不发送；
如果是定向天线，对于S模式应答机定向天线自检、降级工作控制流程如下：
步骤A1，ACAS收发主机内部周期进行上天线、下天线连接状态自检；
步骤A2，收集上天线、下天线连接状态自检结果，并根据自检连接状态自检结果确认天线连接状态，自动根据自检结果判断下天线为定向天线还是全向天线；
步骤A3，若上天线0°、90°、180°、270°连接状态组织不匹配，则设置上天线对应通道不能发射；若安装的下天线为定向天线，检查0°、90°、180°、270°连接状态，若某一通道不匹配，则设置上天线对应通道不能发射；若安装的下天线为全向天线，则下天线0°方向阻抗应为短路状态，否则设置下天线不能进行信号发射；
步骤A4，若发现天线的某一通道连接状态不正常，则将该信号从另一个定向天线的同方向通道进行询问。
2.如权利要求1所述的机载防撞系统天线自检及降级方法，其特征在于，所述步骤a1和步骤A1中的周期为1s。
3.如权利要求2所述的机载防撞系统天线自检及降级方法，其特征在于所述步骤a2的具体过程为：根据自检连接状态的自检结果确认天线连接状态是否正常：若上全向天线连接状态开路，则设置上通道应答标志为不可应答，否则设置上通道为可应答；若下全向天线连接状态开路，则设置下通道应答标志为不可应答，否则设置下通道为可应答；向ACAS收发机上报S模式应答机天线连接状态自检结果；ACAS收发机下发天线自检命令。
4.如权利要求3所述的机载防撞系统天线自检及降级方法，其特征在于所述步骤a3的具体过程为：
（1）若一个询问信号到来，首先根据上通道、下通道信号幅度进行比较决策应答通道，若上通道信号幅度比下通道信号幅度大3dB，则选择使用上通道进行应答；若上通道信号幅度比下通道信号幅度小3dB，则选择使用下通道进行应答；
（2）判断应答通道状态是否可应答，若能应答则控制应答代码从该通道辐射出去；若不能应答，则判断另一个通道应答标志是否可应答，可应答则从该通道辐射出去。
5.如权利要求4所述的机载防撞系统天线自检及降级方法，其特征在于所述步骤A4的具体过程为：步骤A41，获取天线连接状态询问信号；步骤A42，询根据问信号编码设置询问脉冲正常询问天线和方向；步骤A43，判断条件A：所述询问脉冲已设置天线的询问方位是否可发射；步骤A44，如果条件A不可发送射，则判断条件B：另一个定向天线对应通道是否可发射；如果条件A可以发射，则进行步骤A46；步骤A45，如果条件B可以发射，修改脉冲信号从另一个定向天线同方位发送；步骤A46，下发询问控制命令。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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