CN110491177A - Tcas特定目标指定及告警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机载防撞技术领域，公开一种TCAS特定目标指定及告警系统。针对性的提出了一种TCAS指定工作模式，飞行器可以在指定工作模式和非指定工作模式之间进行选择；在指定模式下工作，指定目标中的飞行器不启动常规防撞告警功能，而是进入近距告警模式；同时保留对非指定目标飞机完整的TCAS功能，系统工作在指定模式不影响指定飞机的TCAS对指定外目标的监视及告警。另外飞行器可以通过控制选择，退出指定模式，恢复正常独立飞行的工作状态，启动防撞功能。本发明适用于多架装备了TCAS飞机的指定飞行，消除指定机组内飞机不必要的干扰性的语音及显示告警，并具备近距告警功能；同时，保持指定机组内，TCAS对指定外目标的态势感知及告警能力。
Description
技术领域
本发明涉及机载防撞技术领域，特别是一种TCAS特定目标指定及告警系统。
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、轰炸机指定飞行中，指定机组通常也需要对指定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。
系统可扩展功能包括：
1.ADS-B IN：由ACAS收发主机实现，符合RTCA/DO300标准；
2.ADS-B OUT：由S模式应答机实现；
3.部分设计中还集成了近地告警功能。
现有TCAS设备设计之初是以民航运输机为应用平台进行需求定制和设计考虑的，民航飞机不存在空中加油、指定飞行等多架飞机的近距离工作模式。但是，军用飞机在执行任务或日常训练时，经常需要在飞行过程中保持较近的距离，如：两架运输机水平间距2km，以200米高度差前后尾随飞行，协同执行任务。间距在这种较为密集的情况下，由于间距小，在队形形成期间(有一定的相对接近速度)，或者近距离保持期间(相对距离和高度差均较小)，会频繁出现满足TCAS交通告警或决断告警的场景，因而指定内的一架机或多架机将对其它飞机产生交通告警或决断告警。军用飞机保持较小间距近距离飞行是一种正常飞行工作场景，其近距离接近是飞行员和地面管制员均认可和预期的飞行方式，频繁产生音、视频的交通告警、决断告警，一定程度上将分散飞行员的注意力，引起飞行员心里紧张，增加其工作压力，长时间的频繁告警又会降低飞行员对TCAS告警的敏感度，如果此时空中其它的飞机成为潜在碰撞威胁，并产生告警，不利于飞行员迅速响应处置，从而增加碰撞事故发生的概率。另外，决断告警广播给地面也会对管制员造成不必要的干扰。总之，由于现有TCAS设计时未考虑对近距离目标的身份确认、以及脱离时的身份解除，因而产生不必要的告警是现有技术的缺点。
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近距离特定飞行目标指定及与之相适应的告警的飞行工作系统。
本发明采用的技术方案如下：一种TCAS特定目标指定及告警系统，包括TCAS主机、控制组件、显示组件；
控制组件在TCAS控制流程上增加工作模式的选择过程，工作模式包括处于指定模式和非指定模式；选择为指定模式时制定指定目标并从显示组件中获取指定目标的地址，并设置指定模式的安全距离；
所述TCAS主机设置工作模式的输入接口和指定目标地址的输入接口，所述控制模块将指定模式和指定目标的地址通过输入接口发送给TCAS主机并存储在TCAS主机，TCAS主机基于接收到的指定模式和指定目标的地址标签，启动指定时的告警逻辑：如果当前的处于指定模式，则识别目标的地址标签判断是否为指定目标，如果是指定目标则不启动交通告警和决断告警；按照本机与目标机的安全直线距离进行告警判定；
识别指定目标的方法：本机针对目标发送UFO询问信息，根据目标回答的DFO信号判断目标是否为指定目标；
所述显示组件对选择的目标进行显示，同时TCAS主机在目标机的文件中加入地址字段发给显示组件进行修正，调节显示组件的显示画面。
进一步的，所述工作模式包括待机模式、应答模式、交通告警模式、交通/决断告警模式、指定模式；所述待机模式中应答机和防撞功能均关闭；所述应答模式中应答机工作，防撞功能关闭；所述交通告警模式中，应答机工作，防撞功能仅提供交通告警；所述交通/决断告警模式中，应答机工作，交通告警和决断告警的防撞功能开启；所述指定模式中，指定目标进行指定飞行，针对指定目标启动距离告警探测，判断指定目标与本机距离是否小于安全距离，如果小于，则给出“距离冲突”告警，并将目标颜色在显示组件上显示为黄色；指定目标对非指定目标启动交通告警和决断告警的防撞功能。
进一步的，上述工作模式通过多波段拨码开关进行选择。
进一步的，制定指定目标的过程为：a.判断当前是否为选择状态，如果是选择状态则判断当前选择的目标是否为指定目标；b.如果不是指定目标则返回到步骤a，如果是指定目标，则选择当前目标加入指定目标；c.判断所有指定目标是否均已选定，如果所有指定目标没有选定则返回步骤a，如果已选定则确认最终的指定目标。
进一步的，控制组件选择目标的方法为：显示组件展示飞行目标的位置，同时飞行目标的标签参数展示在显示组件下方；控制组件上设置选择按钮，通过上、下、左、右拨动选择按钮，使选择区域在显示组件上进行移动直到获取选择的目标，按下按钮进行选择。
进一步的，TCAS主机在目标机的文件中加入地址字段的方法：按ARINC735B规定，在目标机文件中，对S模式目标增加地址字段。
进一步的，所述TCAS主机还包括模式反馈的输出接口，将工作模式传输给显示组件进行显示。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本发明的方案全面分析装备了TCAS的飞机在指定形成、保持、解除期间的工作场景和特点，在此基础上，针对性的提出了一种TCAS指定工作模式，进行指定目标的身份确认/指定退出、指定目标信息处理流程，在指定模式下工作，指定目标中的飞行器不启动防撞功能；同时保留完整的TCAS功能，系统工作在指定模式不影响指定飞机的TCAS对指定外目标的监视及告警。
本发明适用于多架装备了TCAS飞机的指定飞行，指定飞行时：1.消除指定机组内飞机不必要的干扰性的语音及显示告警；2.保持指定机组内，TCAS对指定外目标的态势感知及告警能力；3.通过目标显示和列表选择的方式，可以指定或去除指定成员身份；4.飞机脱离后自动取消指定身份，飞机恢复独立飞行的工作状态。
附图说明
图1是本发明TCAS特定目标指定及告警系统示意图。
图2是本发明通过主控按钮选择工作模式的示意图。
图3是本发明制定指定目标的流程示意图。
图4是本发明对指定目标和非指定目标的工作流程示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本实施例的系统是在TCAS原有工作系统的基础上，设计一种指定模式，当系统工作在该指定模式时刻，指定飞机根据指定的ICAO 24Bit飞机地址(具有唯一性、一机一码)，在指定形成过程的早期，由飞行员通过专用显示界面和专用控制组件确认为其指定内目标，TCAS指定时的告警逻辑识别其指定标签信息，指定模式告警处理时不产生交通(TA)和决断(RA)告警。对指定标签检测每秒执行一次，当指定解散或目标推出指定时，飞行员再进行控制，解除其指定标签，TCAS对其的监视将恢复的正常工作模式。
指定模式需要对TCAS系统的主机、显示/控制控组件进行设计改进，在原来TCAS系统的各个组成部分中增加必要的处理、控制及显示的功能及相关接口如图1所示：
控制组件：在TCAS控制流程(TCAS控制流程为现有控制流程)上增加工作模式的选择过程，工作模式包括处于指定模式和非指定模式；选择为指定模式时制定指定目标(飞行员结合显示组件进行指定目标的选择来制定)并从显示组件中获取指定目标的地址；当选择为指定模式时，需要飞行员设置一个固定距离，当本机与指定目标的直线距离小于该距离时，给出近距离冲突告警，如果飞行员未设置该距离，则默认值为50米；
识别指定目标是一个指定身份和通过询问周期性确认其指定身份的持续过程，需要综合指定命令和对方的确认信息；指定是通过显示组件进行的，确认命令是对方也设置在指定模式，对方的S模式应答机在DF0的回答中确认其指定身份；
TCAS主机：该主机增加工作模式的输入接口和指定目标地址的输入接口，所述控制模块将指定模式和指定目标的地址通过输入接口发送给TCAS主机并存储在TCAS主机，TCAS主机基于接收到的指定模式和指定目标的地址标签，启动指定时的告警逻辑：如果当前的处于指定模式，则识别目标的地址标签判断是否为指定目标，如果是指定目标则仅进行目标监视，不对其启动交通告警和决断告警；
显示组件：对选择的目标进行显示，同时TCAS主机在目标机的文件中加入地址字段发给显示组件进行修正，调节显示组件的显示画面。
优选地，工作模式包括非指定模式(待机模式、应答模式、交通告警模式、交通/决断告警模式)、指定模式；工作模式的说明如下表1：
表1
如图2所示，上述工作模式通过主控旋钮控制，主控旋钮采用一个多波段拨码开关，进行工作模式的切换选择。
优选地，如图3所示，制定指定目标的过程为：a.判断当前是否为选择状态，如果是选择状态则判断当前选择的目标是否为指定目标；b.如果不是指定目标则返回到步骤a，如果是指定目标，则选择当前目标加入指定目标；c.判断所有指定目标是否均已选定，如果所有指定目标没有选定则返回步骤a，如果已选定则确认最终的指定目标。
其中，控制组件选择目标的方法为：
控制组件选择目标时，需要显示组件的配合，显示组件展示的飞行目标的位置，同时飞行目标的标签参数展示在显示组件下方；
指定成员的选择控制需要上、下、左、右四个方向选择键，以及一个选定按键。控制组件上设置的选择按钮可以上、下、左、右拨动，以及可以下按。选择指定成员时，必须配合显示画面，选择功能开启后，显示界面上通过图形方式提示目前选择的目标，同时当前可选的目标S模式地址等信息已列表的方式呈现在屏幕下方；此时通过四个方向选择键移动列表，当某个目标的S模式地址是指定目标时(飞行准备时，飞行员需要提前确认)，飞行员通过按下选择键选定该目标为指定目标。
每选择一个目标需要两次按下选择键，第一次按下进入选择模式，第二次则执行选定操作。
优选地，TCAS主机输出接口和显示组件之间：(1)针对S模式目标，增加ICAO 24Bit飞机地址(通常称为S模式地址)字段。需在按ARINC735B规定目标机文件中，对S模式目标(仅S模式目标具有S模式地址)增加地址字段(需增加两个ARINC429数据字)，将增加了地址字段的目标文件发送给显示组件进行修正；(2)增加目前正在进行的工作模式的反馈字段，在显示组件上限时当前工作模式。
显示组件的显示界面：在标准TCAS显示界面各要素基础上，增加：
1.当前待选目标标识：在TCAS目标标识符合基础上增加相同颜色的“外框”，在待选状态下外框是“闪烁”的。
2.已选择为指定目标标识：在TCAS目标标识符合基础上增加相同颜色的“外框”，已选定目标，外框不闪烁。
3.可选目标清单：
可选目标的S模式地址清单以列表的方式显示在屏幕下方，按地址由小到大或距离由近及远排列。同时显示的地址数量根据屏幕大小进行调整，并根据方向控制键滚动显示。如果屏幕较小，则仅显示一行。示意图如下表2。第一列为目标的S模式地址列表，第二列为飞机的相对距离、方位角、高度差等信息，如果显示屏幕较小也可不显示。
表2
| 0X 780035 | 10nm，30°+300ft |
| 0X 783248 | 20nm，50°+600ft |
| 0X 965382 | 8nm，7°-100ft |
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 (7)
1.TCAS特定目标指定及告警系统，包括TCAS主机、控制组件、显示组件，其特征在于：
控制组件在TCAS控制流程上增加工作模式的选择过程，工作模式包括处于指定模式和非指定模式；选择为指定模式时指定目标并从显示组件中获取指定目标的地址，并设置指定模式的安全距离；
所述TCAS主机设置工作模式的输入接口和指定目标地址的输入接口，所述控制模块将指定模式和指定目标的地址通过输入接口发送给TCAS主机并存储在TCAS主机，TCAS主机基于接收到的指定模式和指定目标的地址标签，启动指定时的告警逻辑：如果当前的处于指定模式，则识别目标的地址标签判断是否为指定目标，如果是指定目标则不启动TCAS标准的交通告警和决断告警，按照本机与目标机的安全直线距离进行告警判定；
识别指定目标的方法：本机针对目标发送UFO询问信息，根据目标回答的DFO信号判断目标是否为制定目标；
所述显示组件对选择的目标进行显示，同时TCAS主机在目标机的文件中加入地址字段发给显示组件进行修正，调节显示组件的显示画面。
2.如权利要求1所述的TCAS特定目标指定及告警系统，其特征在于，所述工作模式包括待机模式、应答模式、交通告警模式、交通/决断告警模式、指定模式；所述待机模式中应答机和防撞功能均关闭；所述应答模式中应答机工作，防撞功能关闭；所述交通告警模式中，应答机工作，防撞功能仅提供交通告警；所述交通/决断告警模式中，应答机工作，交通告警和决断告警的防撞功能开启；所述指定模式中，指定目标进行指定飞行，针对指定目标启动距离告警探测，判断指定目标与本机距离是否小于安全距离，如果小于，则给出“距离冲突”告警，并将目标颜色在显示组件上显示为黄色；指定目标对非指定目标启动交通告警和决断告警的防撞功能。
3.如权利要求2所述的TCAS指定的飞行工作系统，其特征在于，上述工作模式通过多波段拨码开关进行选择。
4.如权利要求1所述的TCAS特定目标指定及告警系统，其特征在于，制定指定目标的过程为：a.控制组件判断当前是否为选择状态，如果是选择状态则判断控制组件当前选择的目标是否为指定目标；b.如果不是指定目标则返回到步骤a，如果是指定目标，则选择当前目标加入指定目标；c.判断所有指定目标是否均已选定，如果所有指定目标没有选定则返回步骤a，如果已选定则确认最终的指定目标。
5.如权利要求4所述的TCAS特定目标指定及告警系统，其特征在于，控制组件选择目标的方法为：显示组件展示飞行目标的位置，同时飞行目标的标签参数展示在显示组件下方；控制组件上设置选择按钮，通过上、下、左、右拨动选择按钮，使选择区域在显示组件上进行移动直到获取选择的目标，按下按钮进行选择。
6.如权利要求1所述的TCAS特定目标指定及告警系统，其特征在于，TCAS主机在目标机的文件中加入地址字段的方法：按ARINC735B规定，在目标机文件中，对S模式目标增加地址字段。
7.如权利要求1所述的TCAS特定目标指定及告警系统，其特征在于，所述TCAS主机还包括模式反馈的输出接口，将工作模式传输给显示组件进行显示。
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