CN114419933A - 一种机载防撞系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机载防撞系统，基于决断告警协同模块与ADS‑B应答目标产生决断告警，实现与ADS‑B应答目标的告警协同；本系统具备除具备ACAS X固有能力外，主要特点是在监视到的ADS‑B应答目标产生碰撞威胁时，可以产生交通告警与决断告警，并且使用现有ACAS X监视与防撞告警方法对ADS‑B应答目标产生决断告警(RA)；产生决断告警时，实现与与ADS‑B应答目标的告警协同，通过协同保持机动飞行规避动作的兼容性，确保两者的垂直机动飞行方向兼容、安全、有效。
Description
技术领域
本发明涉及空管技术领域，具体涉及一种机载防撞系统。
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。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s证能力，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、右四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。
ACAS X是美国FAA于2008年资助研究开发的一种最终将取代TCASⅡ的新型机载防撞方案，它兼容了SESAR和NextGen的未来运行概念；基于概率模型的ACAS X可提供未来飞机位置的统计表示法，在考虑系统安全操作目标的同时，实现了逻辑定制特殊程序或空域配置；相比TCASⅡ而言，ACAS X在降低升级与维护成本同时，可将碰撞风险降低约50％，升级更快速便捷。
机载防撞系统(ACASX)监视载机附近空域中装备有航管应答机、S模式应答机以及ADS-B目标，并产生告警。如果对方也是一家ACAS X或TCASII目标飞机，ACAS X还可通过S模式数据链对告警进行协同。ADS-B机载系统依靠全球卫星导航系统，获取自身的位置信息等进行广播，实现空对空，地对空的监视手段。相对于二次雷达监视系统来说，ADS-B系统具有数据更新率更快、覆盖范围更广、定位精度更高、受环境因素影响更小、建设成本更低的较多优点。
ADS-B系统是国际民航组织确定的未来主要监视手段之一，因此中国民航也在大力推行ADS-B监视系统的建设，目前机载S模式应答机大多数均具备ADS-B OUT功能，机载ADS-B设备一般也指装备S模式的应答机，S模式应答机可与现有ACAS X系统产生相互协同的RA，但是仍有部分非S模式应答机具备ADS-B OUT功能但不具备与ACAS X的协同能力。
ACAS X与TCAS II的一个重要差异是更多的使用ADS-B信息，可以对ADS-B目标产生告警。但当前的ACAS X不能产生决断告警(RA)，更不具备ADS-B目标RA协同能力，对这一类目标不能提供规避飞行建议，因而不能提供最优的安全效益。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：当前的机载防撞系统(ACAS X)对ADS-B目标不能产生决断告警(RA)，更不具备ADS-B目标RA协同能力，本发明目的在于提供机载防撞系统，在现有ACAS X的基础上进行改进，增设决断告警协同模块，通过决断告警协同模块及相应的动作解决了上述技术问题。
本发明通过下述技术方案实现：
本方案提供一种机载防撞系统，包括监视告警模块，所述监视告警模块用于监视系统载机周围的应答目标并产生告警；还包括决断告警协同模块；
所述决断告警协同模块对ADS-B应答目标产生决断告警，并基于该决断告警与ADS-B应答目标进行告警协同。
所述系统载机为装载机载防撞系统的设备。
本方案工作原理：当前的机载防撞系统(ACAS X)能够监视系统载机附近空域中装备有航管应答机、S模式应答机以及ADS-B的目标飞行器，并产生告警；如果对方也是ACAS X或TCASII目标飞行器，ACAS X还可通过S模式数据链对告警进行协同；但是针对与ADS-B应答目标，当前的ACAS X不能产生决断告警(RA)，更不具备ADS-B目标RA协同能力。本方案提供的机载防撞系统，基于决断告警协同模块与ADS-B应答目标产生决断告警，实现与ADS-B应答目标的告警协同；本系统具备除具备ACAS X固有能力外，主要特点是在监视到的ADS-B应答目标产生碰撞威胁时，可以产生交通告警与决断告警，并且使用现有ACAS X监视与防撞告警方法对ADS-B应答目标产生决断告警(RA)；产生决断告警时，实现与与ADS-B应答目标的告警协同，通过协同保持机动飞行规避动作的兼容性，确保两者的垂直机动飞行方向兼容、安全、有效。
进一步优化方案为，所述ADS-B应答目标为装备有ADS-B的应答目标，其装备有S模式应答机。
本方案通过建立机载防撞系统与ADS-B应答目标之间的S模式协同通信链路来进行决断告警协同；使用一套完整协同流程扩充了RA告警与告警系统应用对象，系统使用自定义的告警系统功及其通信协议格式，可进一步降低机载防撞系统载机与ADS-B应答目标在空中相撞的风险，具备很强的实用性和工程应用价值。
进一步优化方案为，所述监视告警模块持续监视ADS-B应答目标，当ADS-B应答目标与系统载机的距离超过预设阈值时，决断告警协同模块产生决断告警并与ADS-B应答目标进行告警协同。
进一步优化方案为，在装备本机载防撞系统的飞机与装备ADS-B设备的飞机在空中遭遇后，所述决断告警协同模块与ADS-B应答目标进行告警协同的流程包括：
T1、决断告警协同模块先产生决断告警，接着产生逆转的决断告警作为协同决断告警发送给ADS-B应答目标；
T2、决断告警协同模块在发出协同决断告警后等待时间t；
T3、在时间t内决断告警协同模块收到ADS-B应答目标的确认协同信息；
T4、系统载机按照本机决断告警方向机动；监视告警模块持续监视ADS-B应答目标，直到ADS-B应答目标与系统载机的距离在预设阈值内，判定威胁解除；决断告警协同模块向ADS-B应答目标发送协同终止信息。
进一步优化方案为，所述决断告警协同模块与ADS-B应答目标进行告警协同的流程还包括：
在时间t内决断告警协同模块未收到ADS-B应答目标的确认协同信息，则记载一次等待响应超时，返回步骤T1；
当等待响应超时次数累积超过次数上限时，系统载机按照本机决断告警方向机动，监视告警模块持续监视ADS-B应答目标，直到ADS-B应答目标与系统载机的距离在预设阈值内，判定威胁解除；决断告警协同模块向ADS-B应答目标发送协同终止信息。
进一步优化方案为，所述协同决断告警以DF17报文形式发送至ADS-B应答目标。
目前机载S模式应答机大多数均具备ADS-B OUT功能，S模式应答机可与现有ACASX系统产生相互协同的RA，但是仍有部分非S模式应答机具备ADS-B OUT功能但不具备与ACAS X的协同能力；ADS-B OUT功能使用特殊的数据链和数据格式DF17将飞机位置、速度、高度、航向等信息向地面ADS-B接收站或者空中其他飞行目标广播实现对空中目标实时监视的目的，现有的ADS-B OUT数据链不具备与ACAS X防撞系统协同防撞的功能，因此本方案通过将DF17数据链进行适应性改进的方法补充该功能，使得空中任何安装机载ADS-B应答机的目标均除广播监视信息外还可实现与ACAS X协同防撞功能，进一步提升飞行目标飞行安全。
进一步优化方案为，时间t的取值范围为1-5s。
进一步优化方案为，所述次数上限为3-5次。
进一步优化方案为，在装备本机载防撞系统的飞机与装备ADS-B设备的飞机在空中遭遇后，即在决断告警协同模块与ADS-B应答目标进行告警协同过程中，ADS-B应答目标的工作流程包括：
S1、广播系统载机本机的DF17报文(该信息由ADS-B应答目标自己监控的信息)，并被动的等待接收协同决断告警的DF17报文；
S2、当接收到协同决断告警的DF17报文后，广播确认协同信息；
S3、按照协同决断告警的DF17报文要求进行机动；
S4、等待接收协同终止信息，在接收到协同终止信息后终止协同动作，并返回步骤S1恢复正常飞行。
进一步优化方案为，步骤S4还包括：
在未接收到协同终止信息的情形下，判断是否超出协同时间上限：
若是，则终止按照协同决断告警的DF17报文要求进行机动，并返回步骤S1恢复正常飞行；
否则持续按照协同决断告警的DF17报文要求进行机动，重新判断是否超出协同时间上限。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明提供的一种机载防撞系统，基于决断告警协同模块与ADS-B应答目标产生决断告警，实现与ADS-B应答目标的告警协同；本系统具备除具备ACAS X固有能力外，主要特点是在监视到的ADS-B应答目标产生碰撞威胁时，可以产生交通告警与决断告警，并且使用现有ACAS X监视与防撞告警方法对ADS-B应答目标产生决断告警(RA)；产生决断告警时，实现与与ADS-B应答目标的告警协同，通过协同保持机动飞行规避动作的兼容性，确保两者的垂直机动飞行方向兼容、安全、有效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，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。在附图中：
图1为决断告警协同模块与ADS-B应答目标进行告警协同的流程示意图；
图2为ADS-B应答目标的工作流程图；
图3为机载防撞系统与ADS-B应答目标协同过程中的数据链路。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
现有的机载防撞系统(ACASX)监视载机附近空域中装备有航管应答机、S模式应答机以及ADS-B目标，并产生告警。如果对方也是一家ACAS X或TCASII目标飞机，ACAS X还可通过S模式数据链对告警进行协同。根据目标类型的不同ACASX对各类目标能够产生的告警如下表1所示。
表1 ACASX系统对不同类型目标的告警类型
ACAS X与TCAS II的一个重要差异是更多的使用ADS-B信息，可以对ADS-B目标产生告警。但当前的ACAS X不能产生决断告警(RA)，更不具备ADS-B目标RA协同能力，对这一类目标不能提供规避飞行建议，因而不能提供最优的安全效益。鉴于此，本发明提供以下实施例以解决上述问题：
实施例1
本实施例提供一种机载防撞系统，包括监视告警模块，所述监视告警模块用于监视系统载机周围的应答目标并产生告警；还包括决断告警协同模块；
所述决断告警协同模块对ADS-B应答目标产生决断告警，并基于该决断告警与ADS-B应答目标进行告警协同。
所述系统载机为装载机载防撞系统的设备。
所述ADS-B应答目标为装备有ADS-B的应答目标，其装备有S模式应答机。
所述监视告警模块持续监视ADS-B应答目标，通过避撞算法进行计算，当ADS-B应答目标与系统载机的距离超过预设阈值时，决断告警协同模块产生决断告警并与ADS-B应答目标进行告警协同，如果没有则保持持续性监视。
如图1所示，在装备ACASX的飞机与装备ADS-B设备的飞机在空中遭遇后，所述决断告警协同模块与ADS-B应答目标进行告警协同的流程包括：
T1、决断告警协同模块先产生决断告警，接着产生逆转的决断告警作为协同决断告警发送给ADS-B应答目标；
T2、决断告警协同模块在发出协同决断告警后等待时间t；
T3、在时间t内决断告警协同模块收到ADS-B应答目标的确认协同信息；
T4、系统载机按照本机决断告警方向机动；监视告警模块持续监视ADS-B应答目标，直到ADS-B应答目标与系统载机的距离在预设阈值内，判定威胁解除；决断告警协同模块向ADS-B应答目标发送协同终止信息。
所述决断告警协同模块与ADS-B应答目标进行告警协同的流程还包括：
在时间t内决断告警协同模块未收到ADS-B应答目标的确认协同信息，则记载一次等待响应超时，返回步骤T1；
当等待响应超时次数累积超过次数上限时，系统载机按照本机决断告警方向机动，监视告警模块持续监视ADS-B应答目标，直到ADS-B应答目标与系统载机的距离在预设阈值内，判定威胁解除；决断告警协同模块向ADS-B应答目标发送协同终止信息。
所述协同决断告警以DF17报文形式发送至ADS-B应答目标。
时间t的取值范围为1-5s。
所述次数上限为3-5次。
实施例2
在上一实施例的基础上，如图2所示，在决断告警协同模块与ADS-B应答目标进行告警协同过程中，ADS-B应答目标的工作流程包括：
S1、广播系统载机本机的DF17报文，并被动的等待接收协同决断告警的DF17报文；
S2、当接收到协同决断告警的DF17报文后，广播确认协同信息；
S3、按照协同决断告警的DF17报文要求进行机动；
S4、等待接收协同终止信息，在接收到协同终止信息后终止协同动作，并返回步骤S1恢复正常飞行。
步骤S4还包括：
在未接收到协同终止信息的情形下，判断是否超出协同时间上限：
若是，则终止按照协同决断告警的DF17报文要求进行机动，并返回步骤S1恢复正常飞行；
否则持续按照协同决断告警的DF17报文要求进行机动，重新判断是否超出协同时间上限。
协同过程中的ADS-B应答目标发送给系统载机的关于系统载机本机信息的DF17在O260-B中有详细规定。协同过程中系统载机发送给ADS-B应答目标的协同决断告警的DF17报文如表2和表3所示。表为4为ADS-B应答目标对协同决断告警的确定报文的ME字段。
表2协同决断告警的DF17报文
表3协同决断告警的报文的ME字段
表4 ADS-B应答目标对协同决断告警的确定报文的ME字段
本系统可对ADS-B航空器产生RA告警，并能够进行RA协同，有效克服了现有ACASX、TCASII系统对ADS-B目标不能，由于无法建立RA系统链路，也不能产生RA告警的弊端。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种机载防撞系统，包括监视告警模块，所述监视告警模块用于监视系统载机周围的应答目标并产生告警；其特征在于，还包括决断告警协同模块；
所述决断告警协同模块对ADS-B应答目标产生决断告警，并基于该决断告警与ADS-B应答目标进行告警协同。
2.根据权利要求1所述的一种机载防撞系统，其特征在于，所述ADS-B应答目标为装备有ADS-B的应答目标，其装备有S模式应答机。
3.根据权利要求2所述的一种机载防撞系统，其特征在于，所述监视告警模块持续监视ADS-B应答目标，当ADS-B应答目标与系统载机的距离超过预设阈值时，决断告警协同模块产生决断告警并与ADS-B应答目标进行告警协同。
4.根据权利要求3所述的一种机载防撞系统，其特征在于，所述决断告警协同模块与ADS-B应答目标进行告警协同的流程包括：
T1、决断告警协同模块先产生决断告警，接着产生逆转的决断告警作为协同决断告警发送给ADS-B应答目标；
T2、决断告警协同模块在发出协同决断告警后等待时间t；
T3、在时间t内决断告警协同模块收到ADS-B应答目标的确认协同信息；
T4、系统载机按照本机决断告警方向机动；监视告警模块持续监视ADS-B应答目标，直到ADS-B应答目标与系统载机的距离在预设阈值内，判定威胁解除；决断告警协同模块向ADS-B应答目标发送协同终止信息。
5.根据权利要求4所述的一种机载防撞系统，其特征在于，所述决断告警协同模块与ADS-B应答目标进行告警协同的流程还包括：
在时间t内决断告警协同模块未收到ADS-B应答目标的确认协同信息，则记载一次等待响应超时，返回步骤T1；
当等待响应超时次数累积超过次数上限时，系统载机按照本机决断告警方向机动，监视告警模块持续监视ADS-B应答目标，直到ADS-B应答目标与系统载机的距离在预设阈值内，判定威胁解除；决断告警协同模块向ADS-B应答目标发送协同终止信息。
6.根据权利要求4所述的一种机载防撞系统，其特征在于，所述协同决断告警以DF17报文形式发送至ADS-B应答目标。
7.根据权利要求5所述的一种机载防撞系统，其特征在于，时间t的取值范围为1-5s。
8.根据权利要求5所述的一种机载防撞系统，其特征在于，所述次数上限为3-5次。
9.根据权利要求6所述的一种机载防撞系统，其特征在于，在决断告警协同模块与ADS-B应答目标进行告警协同过程中，ADS-B应答目标的工作流程包括：
S1、广播系统载机本机的DF17报文，并被动的等待接收协同决断告警的DF17报文；
S2、当接收到协同决断告警的DF17报文后，广播确认协同信息；
S3、按照协同决断告警的DF17报文要求进行机动；
S4、等待接收协同终止信息，在接收到协同终止信息后终止协同动作，并返回步骤S1恢复正常飞行。
10.根据权利要求9所述的一种机载防撞系统，其特征在于，步骤S4还包括：
在未接收到协同终止信息的情形下，判断是否超出协同时间上限：
若是，则终止按照协同决断告警的DF17报文要求进行机动，并返回步骤S1恢复正常飞行；
否则持续按照协同决断告警的DF17报文要求进行机动，重新判断是否超出协同时间上限。
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