CN111667724B - 一种tcas与航空器监视应用系统的集成方法 - Google Patents

一种tcas与航空器监视应用系统的集成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种TCAS与航空器监视应用(ASA)系统的集成方法，包括：连接TCAS设备和航空器监视应用系统形成集成系统；所述航空器监视应用系统包括依次连接的ADS‑B接收机、ASSAP模块和CDTI模块；所述ASSAP模块与TCAS设备连接，还用于接收本机导航数据；其中，所述ASSAP模块包括目标数据关联模块、目标数据选择模块和AIRB应用处理模块。本发明实现了TCAS与航空器监视应用系统的集成，既能够利用ASA获取丰富的目标信息，又能够利用TCAS的防撞功能，同时还具备ASA应用扩展能力。

Description

一种TCAS与航空器监视应用系统的集成方法
技术领域
本发明涉及空管技术领域，尤其是一种TCAS与航空器监视应用系统的集成方法。
背景技术
空中交通警戒与防撞系统(TCAS，Traffic Alert and Collision AvoidanceSystem，国际民航组织等价术语ACAS，Airborne Collision Avoidance System)由美国联邦航空局(FAA)定义，主要用于防止航空器与航空器相撞。国际民航组织强制19座以上或最大起飞重量超过5700kg的涡轮动力商业运输航空器加装TCAS II型防撞系统。TCAS不依赖于地面管制系统，可提供交通咨询(TA)和决断咨询(RA)，主要用于为航空器提供空中飞行安全间距保证，系统采用二次雷达的工作方式探测附近空域的接近航空器，必要时，提醒飞行员采取规避措施以保持与其它航空器的安全间距，达到防碰撞的目的。多年的飞行实践证明，该系统是防止航空器空中相撞的最后屏障，能提供超出地面管制的飞行安全能力，对应付空中突发的危险接近和避免相撞有巨大作用。
TCAS收发主机是实现防撞功能的关键，通过控制天线波束指向，收发主机对飞机前、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)的航空器(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：交通咨询，RA：决断咨询)，并将不同目标机以相应的图形方式进行显示。
航空器监视应用(ASA，Aircraft Surveillance Application)系统包含一组基于飞行驾驶舱的航空器监视和间隔保持能力，可以直接向飞行机组提供监视信息以及基于监视信息的引导和告警。监视信息包括其它航空器的位置和状态数据，当本机位于机场场面或机场附近时，拥有相应设备的车辆和障碍物的监视信息也会被提供。目前，ASA系统的机载(自主)间隔类应用仍处在开发之中，实际可以部署于航空器的主要是机载态势感知应用，适用于商业运输航空器的应用具体包括基本的机载态势感知AIRB、基本的场面态势感知SURF、目视间隔进近VSA、高度层变更程序ITP。ASA应用旨在提高安全性和改善空中交通运输系统的容量和效率。安全性的提高主要通过改善交通态势感知能力以及辅助机组进行冲突预防、冲突探测和冲突解脱(包括机场场面和空中)，容量和效率的提高主要通过授权特定的间距或间隔任务给飞行机组来实现。
ASA系统是基于航空器机载广播式自动相关监视接收(ADS-B IN，AutomaticDependent Surveillance-Broadcast IN)技术的拓展应用系统，机载端包括监视数据接收子系统(主要接收ADS-B)、机载监视和间隔保持处理(ASSAP，Airborne Surveillance andSeparation Assurance Processing)子系统和驾驶舱交通信息显示(CDTI，CockpitDisplay of Traffic Information)子系统；其中，ASSAP子系统是ASA系统的核心处理模块，该模块的输入包括监视数据接收子系统的ADS-B数据、本机导航系统数据(位置、速度、高度、质量参数)和本机TCAS的目标信息；ASSAP处理包括监视处理和应用处理两方面，监视处理涉及航迹建立、更新、删除、航迹关联、最佳数据源选择等操作，监视处理对于所有ASA应用是公共的；应用处理主要针对目标参数质量结合具体应用进行分析，以判断目标是否满足某一应用的执行条件。
现有商业运输航空器普遍安装TCAS II设备，该型TCAS通过主动询问获取目标监视信息，作用距离一般40NM-80NM，要求目标机加装S模式/ATCRBS应答机；作为一种主动协同监视技术，TCAS仅能获取目标的相对距离、相对方位、气压高度等有限监视参数并据此产生告警输出。ASA系统是一种新的机载交通监视应用系统，通过被动接收空间的ADS-B消息实现监视应用，作用距离超过100NM，仅需要目标机具备ADS-B OUT功能，作为一种被动相关监视技术，ASA系统能获取更多的目标监视信息如精确的绝对位置、气压/几何高度、速度、航向、垂直速率、精度、完好性等参数并据此实现机载监视和间隔保持应用，但ASA系统不能提供类似TCAS的告警信息以防止航空器与航空器相撞。综上，TCAS获取目标监视信息有限，但可用于防撞，ASA系统获取目标监视信息丰富，能实现机载监视和间隔保持应用，但不能用于防撞。作为两种不同的航空器机载交通监视技术，TCAS与ASA系统的集成可以充分融合两者的技术优势，为飞行机组提供更加完整和统一的交通态势显示。TCAS与ASA系统的集成需融合两者的目标数据，保证TCAS正常的告警功能，集成ASA应用、目标和告警信息的显示输出。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述TCAS与ASA系统各自存在的不足，提供一种TCAS与航空器监视应用系统的集成方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种TCAS与航空器监视应用系统的集成方法，包括：
连接TCAS设备和航空器监视应用系统形成集成系统；所述航空器监视应用系统包括依次连接的ADS-B接收机、ASSAP模块和CDTI模块；所述ASSAP模块与TCAS设备连接，还用于接收本机导航数据；其中，所述ASSAP模块包括目标数据关联模块、目标数据选择模块和AIRB应用处理模块；
所述TCAS设备用于提供TCAS目标监视数据和防撞告警信息；所述ADS-B接收机用于ADS-B IN目标数据；所述集成系统通过判断ASSAP模块是否工作正常，并通过目标数据关联模块对TCAS目标监视数据和ADS-B IN目标数据的关联结果以及关联结果是否满足AIRB应用处理模块的数据质量要求，来通过目标数据选择模块选择输出TCAS目标监视数据、防撞告警信息或ADS-B IN目标数据至CDTI模块进行显示。
进一步地，当ASSAP模块工作不正常时，是由TCAS设备直接发送TCAS目标监视数据和防撞告警信息至CDTI模块；当ASSAP模块工作正常时，是由ASSAP模块，通过目标数据关联模块对TCAS目标监视数据和ADS-B IN目标数据的关联结果以及关联结果是否满足AIRB应用处理模块的数据质量要求，来通过目标数据选择模块选择输出TCAS目标监视数据、防撞告警信息或ADS-B IN目标数据至CDTI模块进行显示。
进一步地，当ASSAP模块工作正常时，所述ASSAP模块的工作流程包括：
S1，目标数据关联模块对来自TCAS设备的TCAS目标监视数据和来自ADS-B接收机的ADS-B IN目标数据进行关联：
若关联不成功，跳转S2；
否则为关联目标，跳转S3；
S2，对于仅具有TCAS目标监视数据的目标，目标数据选择模块将TCAS目标监视数据和防撞告警信息发送至CDTI模块；对于仅具有ADS-B IN目标数据的目标，跳转S3；
S3，判断ADS-B IN目标数据是否满足AIRB应用处理模块的数据质量要求：
若满足，且为关联目标，则跳转S4；
若满足，且为仅具有ADS-B IN目标数据的目标，则跳转S5；
若不满足，且为关联目标，则跳转S6；
若不满足，且为仅具有ADS-B IN目标数据的目标，则跳转S7；
S4，目标数据选择模块选择ADS-B IN目标数据和防撞告警信息发送至CDTI模块；
S5，目标数据选择模块选择ADS-B IN目标数据发送至CDTI模块；
S6，目标数据选择模块选择TCAS目标监视数据和防撞告警信息发送至CDTI模块；
S7，不发送ADS-B IN目标数据；
S8，CDTI模块根据接收的TCAS目标监视数据、防撞告警信息或ADS-B IN目标数据进行显示。
进一步地，步骤S1目标数据关联模块对来自TCAS设备的TCAS目标监视数据和来自ADS-B接收机的ADS-B IN目标数据进行关联的方法为：
接收的TCAS目标监视数据和ADS-B IN目标数据采用统一的目标24位地址；
把具有相同目标24位地址的TCAS目标监视数据和ADS-B IN目标数据的目标关联为同一目标，称为关联目标。
进一步地，所述AIRB应用处理模块的数据质量要求是指，设定的目标位置精度阈值。
进一步地，当目标为关联目标，且目标的航向信息有效时，CDTI模块采用带方向的目标图标进行显示。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明实现了TCAS与航空器监视应用系统的集成，既能够利用ASA获取丰富的目标信息，又能够利用TCAS的防撞功能，同时还具备ASA应用扩展能力。
2、本发明将TCAS与航空器监视应用系统的目标数据均通过CDTI模块提供一致的交通态势显示。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明中当ASSAP模块工作不正常时集成系统工作原理图。
图2为本发明中当ASSAP模块工作正常时集成系统工作原理图。
图3为本发明中集成系统的工作流程图。
图4为本发明中CDTI模块显示带方向的目标图标示意图。
具体实施方式
集成设计思路：TCAS设备与航空器监视应用(ASA)系统集成时，功能模块包括ASSAP模块和CDTI模块。要保证在航空器监视应用(ASA)系统的ASSAP模块失效的条件下，TCAS设备提供的TCAS目标监视数据和防撞告警信息能够送入CDTI模块；正常工作条件下，TCAS设备提供的TCAS目标监视数据和防撞告警信息送入ASSAP模块，另外，ASSAP模块的输入还包括本机导航数据和来自ADS-B接收机的ADS-B IN目标数据；ASSAP模块完成对ADS-B和TCAS两种目标数据的关联和数据源的选择。目前，适用于商业运输航空器的ADS-B IN应用中，AIRB是所有其它应用(可选的)的基础，只有当目标的信息满足AIRB应用要求时，目标才会被送入CDTI模块。因此，ASSAP模块对目标航迹的选择和输出以该应用的要求为基准。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
如图1-2所示，一种TCAS与航空器监视应用系统的集成方法，包括：
连接TCAS设备和航空器监视应用系统形成集成系统；所述航空器监视应用系统包括依次连接的ADS-B接收机、ASSAP模块和CDTI模块；所述ASSAP模块与TCAS设备连接，还用于接收本机导航数据；其中，所述ASSAP模块包括目标数据关联模块、目标数据选择模块和AIRB应用处理模块；
所述TCAS设备用于提供TCAS目标监视数据和防撞告警信息；所述ADS-B接收机用于ADS-B IN目标数据；所述集成系统通过判断ASSAP模块是否工作正常，并通过目标数据关联模块对TCAS目标监视数据和ADS-B IN目标数据的关联结果以及关联结果是否满足AIRB应用处理模块的数据质量要求，来通过目标数据选择模块选择输出TCAS目标监视数据、防撞告警信息或ADS-B IN目标数据至CDTI模块进行显示。
首先，需要判断ASSAP模块是否正常工作，可以通过是否正常获取本机导航数据来判断ASSAP模块是否正常工作：
如图1所示，当ASSAP模块工作不正常时，是由TCAS设备直接发送TCAS目标监视数据和防撞告警信息至CDTI模块；
如图2所示，当ASSAP模块工作正常时，是由ASSAP模块，通过目标数据关联模块对TCAS目标监视数据和ADS-B IN目标数据的关联结果以及关联结果是否满足AIRB应用处理模块的数据质量要求，来通过目标数据选择模块选择输出TCAS目标监视数据、防撞告警信息或ADS-B IN目标数据至CDTI模块进行显示。
由此保证了ASSAP模块失效的条件下，TCAS设备提供的TCAS目标监视数据和防撞告警信息能够送入CDTI模块。
如图3所示，当ASSAP模块工作正常时，所述ASSAP模块的工作流程包括：
S1，目标数据关联模块对来自TCAS设备的TCAS目标监视数据和来自ADS-B接收机的ADS-B IN目标数据进行关联：
若关联不成功，跳转S2；
否则为关联目标，跳转S3；
一个实施例中，所述进行关联的方法为：
接收的TCAS目标监视数据和ADS-B IN目标数据采用统一的目标24位地址；
把具有相同目标24位地址的TCAS目标监视数据和ADS-B IN目标数据的目标关联为同一目标，称为关联目标。
S2，对于仅具有TCAS目标监视数据的目标，目标数据选择模块将TCAS目标监视数据和防撞告警信息发送至CDTI模块；对于仅具有ADS-B IN目标数据的目标，跳转S3；
S3，判断ADS-B IN目标数据是否满足AIRB应用处理模块的数据质量要求：
若满足，且为关联目标，则跳转S4；
若满足，且为仅具有ADS-B IN目标数据的目标，则跳转S5；
若不满足，且为关联目标，则跳转S6；
若不满足，且为仅具有ADS-B IN目标数据的目标，则跳转S7；
在一个实施例中，所述AIRB应用处理模块的数据质量要求是指，设定的目标位置精度阈值。也就是说，判断ADS-B IN目标数据中的目标位置精度NACp，是否达到目标位置精度阈值，例如设定目标位置精度阈值为5(可以根据实际需求进行设定)，则有：
若NACp≥5，且为关联目标，则跳转S4；
若NACp≥5，且为仅具有ADS-B IN目标数据的目标，则跳转S5；
若NACp＜5，且为关联目标，则跳转S6；
若NACp＜5，且为仅具有ADS-B IN目标数据的目标，则跳转S7；
S4，目标数据选择模块选择ADS-B IN目标数据和防撞告警信息发送至CDTI模块；
S5，目标数据选择模块选择ADS-B IN目标数据发送至CDTI模块；
S6，目标数据选择模块选择TCAS目标监视数据和防撞告警信息发送至CDTI模块；
S7，不发送ADS-B IN目标数据；
S8，CDTI模块根据接收的TCAS目标监视数据、防撞告警信息或ADS-B IN目标数据进行显示。
在一个实施例中，与传统的TCAS目标显示不同，当目标为关联目标，且目标的航向信息有效时，CDTI模块采用带方向的目标图标进行显示。即，TCAS四种类型的目标(OT、PT、TA、RA)会以采用带方向的目标图标进行显示，如图4所示。其中，目标的航向信息有效是指，在ADS-B IN目标数据中具有目标的航向信息时，通过设定速度大小阈值和精度阈值进行判断，在达到相应阈值的航向信息是有效航向信息，否则为无效航向信息。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种TCAS与航空器监视应用系统的集成方法，其特征在于，包括：
连接TCAS设备和航空器监视应用系统形成集成系统；所述航空器监视应用系统包括依次连接的ADS-B接收机、ASSAP模块和CDTI模块；所述ASSAP模块与TCAS设备连接，还用于接收本机导航数据；其中，所述ASSAP模块包括目标数据关联模块、目标数据选择模块和AIRB应用处理模块；
所述TCAS设备用于提供TCAS目标监视数据和防撞告警信息；所述ADS-B接收机用于ADS-B IN目标数据；所述集成系统通过判断ASSAP模块是否工作正常，并通过目标数据关联模块对TCAS目标监视数据和ADS-B IN目标数据的关联结果以及关联结果是否满足AIRB应用处理模块的数据质量要求，来通过目标数据选择模块选择输出TCAS目标监视数据、防撞告警信息或ADS-B IN目标数据至CDTI模块进行显示；
当ASSAP模块工作不正常时，是由TCAS设备直接发送TCAS目标监视数据和防撞告警信息至CDTI模块；当ASSAP模块工作正常时，是由ASSAP模块，通过目标数据关联模块对TCAS目标监视数据和ADS-B IN目标数据的关联结果以及关联结果是否满足AIRB应用处理模块的数据质量要求，来通过目标数据选择模块选择输出TCAS目标监视数据、防撞告警信息或ADS-B IN目标数据至CDTI模块进行显示；
当ASSAP模块工作正常时，所述ASSAP模块的工作流程包括：
S1，目标数据关联模块对来自TCAS设备的TCAS目标监视数据和来自ADS-B接收机的ADS-B IN目标数据进行关联：
若关联不成功，跳转S2；
否则为关联目标，跳转S3；
S2，对于仅具有TCAS目标监视数据的目标，目标数据选择模块将TCAS目标监视数据和防撞告警信息发送至CDTI模块；对于仅具有ADS-B IN目标数据的目标，跳转S3；
S3，判断ADS-B IN目标数据是否满足AIRB应用处理模块的数据质量要求：
若满足，且为关联目标，则跳转S4；
若满足，且为仅具有ADS-B IN目标数据的目标，则跳转S5；
若不满足，且为关联目标，则跳转S6；
若不满足，且为仅具有ADS-B IN目标数据的目标，则跳转S7；
S4，目标数据选择模块选择ADS-B IN目标数据和防撞告警信息发送至CDTI模块；
S5，目标数据选择模块选择ADS-B IN目标数据发送至CDTI模块；
S6，目标数据选择模块选择TCAS目标监视数据和防撞告警信息发送至CDTI模块；
S7，不发送ADS-B IN目标数据；
S8，CDTI模块根据接收的TCAS目标监视数据、防撞告警信息或ADS-B IN目标数据进行显示；
步骤S1目标数据关联模块对来自TCAS设备的TCAS目标监视数据和来自ADS-B接收机的ADS-B IN目标数据进行关联的方法为：
接收的TCAS目标监视数据和ADS-B IN目标数据采用统一的目标24位地址；
把具有相同目标24位地址的TCAS目标监视数据和ADS-B IN目标数据的目标关联为同一目标，称为关联目标。
2.根据权利要求1所述的TCAS与航空器监视应用系统的集成方法，其特征在于，所述AIRB应用处理模块的数据质量要求是指，设定的目标位置精度阈值。
3.根据权利要求1-2任一项所述的TCAS与航空器监视应用系统的集成方法，其特征在于，当目标为关联目标，且目标的航向信息有效时，CDTI模块采用带方向的目标图标进行显示。
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