CN110491176B - 一种tcas目标混合监视实现方法 - 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TCAS目标混合监视实现方法。该方法设置主动监视距离和高度的接近时间、主动询问是否有效的判断条件，实现主动监视模式和混合监视模式之间的转换；设置ADS‑B信号、本机/目标机信息是否有效的判断条件，实现被动监视模式和混合监视模式之间的转换；设置ADS‑B信号的判断条件，实现被动监视模式到主动监视模式的转换，主动监视不能直接转换为被动监视。进一步降低频谱占用；当不满足条件时，转化为主动监视模式或部分被动监视模式。上述方案中，当满足被动监视的条件时，采用全被动监视的方式，进一步降低频谱占用；当不满足被动监视条件时，转化为主动监视模式或部分被动监视模式；充分减少了频谱使用。
Description
技术领域
本发明涉及机载防撞技术领域，特别是一种TCAS目标混合监视实现方法。
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)，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。系统的功能和性能指标需满足RTCA/DO185B最低性能标准。该系统主要用于为飞机提供空中安全分隔保证,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，避免空中相撞有重要作用。TCAS主要用于航路飞行，军用运输机、轰炸机编队飞行中，编队机组通常也需要对编队外的目标飞机进行监视和告警。
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；增强型配置中则包括：综合防撞主机1个(集成了ACAS收发主机及S模式应答机)，定型天线1个、全向天线1个，可选择与综合控显系统交联或者配置独立的显示、控制分机。
机载防撞系统的基本功能如下：
1.A、C模式空管应答，由S模式应答机实现；
2.S模式应答，由S模式应答机实现；
3.监视空域中的C、S模式目标飞机完成空中交通态势感知，由ACAS收发主机实现；
4.交通告警，有ACAS收发主机实现；
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。
随着新航行系统的广泛应用，民航TCAS均已具备ADS-B OUT功能，部分设备的ACAS收发主机还集成了ADS-B IN功能；TCAS的通过SSR询问(针对C、S模式)和ADS-B IN混合监视的方法对空域中的C、S模式应答机、ADS-B OUT应答机(或具备ADS-B OUT功能的独立机载设备)进行监视。
现有TCAS混合监视通常具备两种工作模式：
1、主动监视模式：通过C模式小声呼叫和S模式点名询问，对C模式目标和S模式目标(包括具备ADS-B OUT功能的S模式应答机)进行监视，监视询问标称周期为1Hz，S模式精简询问周期为5Hz。
2、被动监视为主+低频主动监视：对于具备ADS-B OUT功能的S模式应答机，采用被动侦听DF17格式广播报文，接收目标经纬度、高度信号的方式，结合本机相应信息完成目标监视；然后通低频主动监视(周期通常为10Hz)的方式进行目标确认。
现有技术方法中，对上述两种工作模式的切换是通过对目标的接近程度或是否存在碰撞威胁进行判断实现的。
混合监视的目的主要在于通过降低对S模式目标的询问，减少询问频率，从而降低对空域中1030Mhz/1090Mhz的频谱占用，现有技术的被动监视模式采用低频主动询问，不能充分减少频谱使用。
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，提供了一种TCAS目标混合监视实现方法。
本发明采用的技术方案如下：一种TCAS目标混合监视实现方法，包括：
主动监视模式：通过C模式呼叫和S模式点名询问，对C模式目标和S模式目标进行监视；
混合监视模式：对于具备ADS-B OUT功能的S模式应答机，采用被动侦听广播报文，接收目标经纬度、高度信号的方式，结合本机相应信息完成目标监视；然后动态主动监视的方式进行目标确认；
被动监视模式：对于具备ADS-B OUT功能的S模式应答机，采用被动侦听广播报文，接收目标经纬度、高度信号的方式，结合本机相应信息完成目标监视；
主动监视模式和混合监视模式的转换过程：如果主动监视距离的接近时间以及高度的接近时间均大于时间门限，且主动询问有效，则主动监视模式转换为混合监视模式；如果主动监视距离以及高度的接近时间均小于等于时间门限，或主动询问失效，则混合监视模式转换为主动监视模式；距离接近时间＝(当前距离差-距离保护增量)/距离接近速率，高度接近时间＝(当前高度差-高度保护增量)/高度接近速率；
被动监视模式和混合监视模式的转换过程：如果ADS-B信号＜被动监视幅度门限，且本机和目标机为主信息有效，则混合监视模式转换为被动监视模式；如果ADS-B信号≥被动监视幅度门限，或本机和目标机其中至少一个为主信息失效,则被动监视模式转换为混合监视模式；
被动监视模式和主动监视模式的转换过程：如果主动监视距离和高度的接近时间≤时间门限，则被动监视模式转换为主动监视模式；主动监视模式不能直接转换为被动监视模式。
进一步的，被动侦听的广播报文为DF17格式。
进一步的，混合监视模式中，动态主动监视的频率为10HZ，监视周期为10S～60S。
进一步的，所述被动监视幅度门限取值范围为-65dBm～-70dBm。
进一步的，距离保护增量设置为5km～7Km；高度保护增量设置为5000英尺～5000英尺；时间门限通常设置为60s～70s。
进一步的，所述混合监视流程包括：a.判断主动询问定时器是否到达；b.如果到达，则启动S模式UFO主动询问，接收应答并更新航迹；更新主动询问周期，并启动主动询问定时器，返回步骤a；如果没有达到，则接收ADS-B信息并更新航迹，返回步骤a。
进一步的，所述被动监视流程包括：A.接收目标飞机的ADS-B信息，进行信号幅度的检测；B.判断检测的信号幅度是否小于被动监视幅度门限；C.如果检测的信号幅度小于被动监视幅度门限，则检测信号是否有效；如果目标机经纬度、高度信息完好连续，本机经纬度信息完好连续，则信号有效，返回步骤A；如果目标机经纬度、高度信息非完好连续，本机经纬度信息非完好连续，则信号失效，转换为混合监视；如果检测的信号幅度大于被动监视幅度门限，则转换为混合监视。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本发明的技术方案设置主动监视、被动监视、混合监视的转换条件，是一种增强型被动+主动监视模式，监视模式更加合理；为满足系统监视性能和安全性，对该模式的适用条件(接近时间、信号幅度、信号有效情况)进行了限定，当满足条件时，采用全被动监视的方式，进一步降低频谱占用；当不满足条件时，转化为主动监视模式或部分被动监视模式。
附图说明
图1是本发明监视模式状态转换关系图。
图2是本发明混合监视工作流程示意图。
图3是本发明被动监视工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本实施例首先定义三个监视状态如下：
主动监视模式：通过C模式呼叫和S模式点名询问，对C模式目标和S模式目标(包括具备ADS-B OUT功能的S模式应答机)进行监视；其中监视询问标称周期为1Hz，S模式精简询问周期为5Hz。
混合监视模式：对于具备ADS-B OUT功能的S模式应答机，采用被动侦听广播报文(这里广播报文格式选择为DF17格式)，接收目标经纬度、高度信号的方式，结合本机相应信息完成目标监视；然后动态主动监视的方式进行目标确认，主动监视的监视周期在10s～60s之间动态变化；
被动监视模式：对于具备ADS-B OUT功能的S模式应答机，采用被动侦听广播报文(这里广播报文格式选择为DF17格式)，接收目标经纬度、高度信号的方式，结合本机相应信息完成目标监视；被动监视模式中无需主动询问确认。
如图1和表1所示中三个监视模式第二转换关系：
表1
注1：距离的接近时间＝(当前距离-距离保护增量)/距离接近速率，高度的接近时间＝(当前高度-高度保护增量)/高度接近速率，距离保护增量通常设置为5km～7Km；高度保护增量通常设置为5000英尺～5000英尺；时间门限通常设置为60s～70s，转为主动监视的时间通常设定比进入混合监视或被动监视的时间稍小。
注2：被动监视门限是一个接近本机接收机灵敏度(典型值是-81dBm)的小信号值，被动监视门限值比灵敏度稍大一些，通常设置为-65dBm～-70dBm。
注3：本机/目标机为主有效是指来自目标ADS-B消息的目标机经纬度、高度信息完好连续；来自本机导航设备的本机经纬度信息完好连续。
(1)主动监视工作流程：与现有TCAS工作流程一致。
(2)混合监视工作流程，如图2所示：a.判断主动询问定时器是否到达；b.如果到达，则启动S模式UFO主动询问，接收应答并更新航迹；更新主动询问周期，并启动主动询问定时器，返回步骤a；如果没有达到，则接收ADS-B信息并更新航迹，返回步骤a。
更新主动询问周期计算方法如下：
R0:被动监视的目标距离，单位是英尺；
V0：被动监视目标速度，单位是英尺/秒，正数代表远离，负数代表接近；
a:设定的距离加速度，-11ft/s2；
Smod:距离增量，设定为18228英尺(3海里)；
Tthr:为主动、被动转换时间门限，通常设定为60秒
时间门限t＝max{10,min[60,INT10(T1)]}，INT10是舍去个位数操作，计算结果为t∈{10、20、30、40、50、60}。
(3)被动监视工作流程，如图3所示：A.接收ADS-B信息，进行信号幅度的检测；B.判断检测的信号幅度是否小于被动监视幅度门限；C.如果检测的信号幅度小于被动监视幅度门限，则检测信号是否有效；如果目标机经纬度、高度信息完好连续，本机经纬度信息完好连续，则信号有效，返回步骤A；如果目标机经纬度、高度信息非完好连续，本机经纬度信息非完好连续，则信号失效，转换为混合监视；如果检测的信号幅度大于被动监视幅度门限，则转换为混合监视。
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 (6)
1.一种TCAS目标混合监视实现方法，其特征在于，包括：
主动监视模式：通过C模式呼叫和S模式点名询问，对C模式目标和S模式目标进行监视；
混合监视模式：对于具备ADS-B OUT功能的S模式应答机，采用被动侦听广播报文，接收目标经纬度、高度信号的方式，结合本机相应信息完成目标监视；然后动态主动监视的方式进行目标确认；
被动监视模式：对于具备ADS-B OUT功能的S模式应答机，采用被动侦听广播报文，接收目标经纬度、高度信号的方式，结合本机相应信息完成目标监视；
主动监视模式和混合监视模式的转换过程：如果主动监视距离的接近时间以及高度的接近时间均大于时间门限，且主动询问有效，则主动监视模式转换为混合监视模式；如果主动监视距离以及高度的接近时间均小于等于时间门限，或主动询问失效，则混合监视模式转换为主动监视模式；距离接近时间＝(当前距离差-距离保护增量)/距离接近速率，高度接近时间＝(当前高度差-高度保护增量)/高度接近速率；
被动监视模式和混合监视模式的转换过程：如果ADS-B信号＜被动监视幅度门限，且本机和目标机为主信息有效，则混合监视模式转换为被动监视模式；如果ADS-B信号≥被动监视幅度门限，或本机和目标机其中至少一个为主信息失效,则被动监视模式转换为混合监视模式；
被动监视模式和主动监视模式的转换过程：如果主动监视距离和高度的接近时间≤时间门限，则被动监视模式转换为主动监视模式；主动监视模式不能直接转换为被动监视模式；
所述混合监视流程包括：a.判断主动询问定时器是否到达；b.如果到达，则启动S模式UFO主动询问，接收应答并更新航迹；更新主动询问周期，并启动主动询问定时器，返回步骤a；如果没有达到，则接收ADS-B信息并更新航迹，返回步骤a；
更新主动询问周期计算方法如下：
R0:被动监视的目标距离，单位是英尺；
V0：被动监视目标速度，单位是英尺/秒，正数代表远离，负数代表接近；
a:设定的距离加速度；
Smod:距离增量；
Tthr:为主动、被动转换时间门限；
时间门限t＝max{10,min[60,INT10(T1)]}，INT10是舍去个位数操作。
2.如权利要求1所述的TCAS目标混合监视实现方法，其特征在于，被动侦听的广播报文为DF17格式。
3.如权利要求1所述的TCAS目标混合监视实现方法，其特征在于，混合监视模式中，动态主动监视的频率为10HZ，监视周期为10S～60S。
4.如权利要求1所述的TCAS目标混合监视实现方法，其特征在于，所述被动监视幅度门限取值范围为-65dBm～-70dBm。
5.如权利要求1所述的TCAS目标混合监视实现方法，其特征在于，距离保护增量设置为5km～7Km；高度保护增量设置为5000英尺～5000英尺；时间门限设置为60s～70s。
6.如权利要求1所述的TCAS目标混合监视实现方法，其特征在于，所述被动监视流程包括：A.接收ADS-B信息，进行信号幅度的检测；B.判断检测的信号幅度是否小于被动监视幅度门限；C.如果检测的信号幅度小于被动监视幅度门限，则检测信号是否有效；如果目标机经纬度、高度信息完好连续，本机经纬度信息完好连续，则信号有效，返回步骤A；如果目标机经纬度、高度信息非完好连续，本机经纬度信息非完好连续，则信号失效，转换为混合监视；如果检测的信号幅度大于被动监视幅度门限，则转换为混合监视。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于SSR和ADS-B混合监视的机载编队防撞系统设计;彭良福 等;《电讯技术》;20120531;第52卷(第5期);609-614 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| CN110491176A (zh) | 2019-11-22 |
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