CN115131994B - H-acas目标监视容量及过载能力测试方法及系统 - Google Patents

H-acas目标监视容量及过载能力测试方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种H‑ACAS目标监视容量及过载能力测试方法及系统，该方法包括以下步骤：进行H‑ACAS的S模式目标监视容量与过载能力测试；其中，S模式目标具备ADS‑B OUT功能；进行H‑ACAS的C模式、S模式的混合目标容量测试；进行H‑ACAS监视过载能力测试；若上述三个测试全部通过，则H‑ACAS的目标监视容量及过载能力测试为合格；否则，为不合格。本发明提供了混合监视功能具体测试方法和步骤，而且系统构建灵活和高效。

Description

H-ACAS目标监视容量及过载能力测试方法及系统
技术领域
本发明涉及机载防撞测试技术领域，特别是一种H-ACAS目标监视容量及过载能力测试方法及系统。
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机载防撞系统(ACAS，Airborne Collision AvoidanceSystem)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。
混合监视防撞系统(TCAS/ACAS with Hybrid Surveillance,以下简称为H-ACAS)是通过主动询问、被动侦听两种技术手段相集合的方式对具备ADS-B OUT功能的目标飞机进行监视，从而起到降低询问频次、减少空间电磁干扰、扩展监视距离，同时保持系统防撞安全性的一种新型防撞系统。
现有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40N MILE-50N MILE，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。混合监视防撞系统是一种新的机载监视和防撞系统，在原有TCAS目标监视功能基础上，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100N MILE，仅需要目标机具备ADS-B OUT功能。该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。
混合监视能力扩展了防撞系统的监视范围，使系统能够监视的目标更多，并获取更多的目标信息，于此同时，保持TCAS系统原有监视S模式/ATCRBS应答机的功能。针对系统功能的提升，开发商、用户等需要对混合监视防撞系统的目标监视容量、监视过载能力进行专项测试，以确保系统能够安全、可靠、稳定的工作。通过检索，目前防撞系统的测试方法或设备，目前的主要现有技术如下：
1.《一种基于GPIB总线接口的防撞系统测试设备及其测试方法》CN106020167A该专利基于GPIB总线搭建测试系统，需要专用设备，PC机上需要安装专用GPIB办卡，系统构建不够灵活；
2.《机载防撞系统测试仪及测试方法》CN103337200 A，该专利通过自主设计软硬件对防撞系统进行测试，系统组成要素较多，需要较多的软硬件定制开发。
3.《一种机载防撞系统防撞软件仿真测试方法》CN114330036 A，该方案主要是对防撞系统软件进行仿真测试，没有针对具体硬件系统功能进行测试；
4.《基于软件无线电技术的机载防撞系统测试设备》CN 114241814 A，特点是基于软件无线电技术，同样需要大量开发定制化的硬件组件。
现有技术一个共同的缺点是，都没有公开混合监视功能具体测试方法和步骤。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种H-ACAS目标监视容量及过载能力测试方法及系统，以解决上述技术问题。
本发明公开了一种混合监视防撞系统目标监视容量及过载能力测试方法，包括以下步骤：
步骤1：进行混合监视防撞系统S模式目标监视容量与过载能力测试；其中，S模式目标具备ADS-B OUT功能；
步骤2：进行混合监视防撞系统C模式、S模式的混合目标容量测试；
步骤3：进行混合监视防撞系统监视过载能力测试；
步骤4：若步骤1至步骤3中的测试全部通过，则混合监视防撞系统的目标监视容量及过载能力测试为合格；否则，为不合格。
进一步地，所述步骤1包括：
步骤11：设置混合监视防撞系统的高度和灵敏度级别；
步骤12：TCAS信号发生器对入侵飞机进行设置。
进一步地，在所述步骤12中：
设置S模式目标和ADS_B目标的数量，同时广播DF17和DF11，部分入侵飞机应能对混合监视防撞系统主动询问进行应答确认；其它入侵飞机则不进行应答确认。
进一步地，在所述步骤12中：设置所有入侵飞机的高度速度、设备为S模式、应答功率；其中，奇数编号的入侵飞机的高度、距离和相对速度与编号为1的入侵飞机，而偶数编号的入侵飞机高度、距离和相对速度与编号为2的入侵飞机相同。
进一步地，在所述步骤12中，测试条件为：
混合监视防撞系统初始化并在T＝0秒时工作；所有的DF17/DF11和应答信号都同时输入混合监视防撞系统天线的上下天线端口，询问信号输入配套S模式应答机的上/下天线端口。
进一步地，在所述步骤12中，成功判据为：
1)对S模式目标航迹的被动监视功能，设置该目标航迹处于被动监视模式下的时间；
2)航迹文件信息标明正确的航迹号；
3)配置的S模式应答机在预设时间范围内的应答概率等于或者大于0.99；
4)航迹文件信息还表明S模式过载功能保留距离最近的若干个S模式入侵飞机。
进一步地，所述步骤2与步骤1具有相同的混合监视防撞系统的高度和灵敏度级别，以及具有相同的测试条件；
在所述步骤2中，通过TCAS信号发生器对入侵飞机的设置为：
设置混合目标的数量，其中偶数编号入侵机是S模式目标、奇数编号的目标是C模式目标；部分入侵飞机，应能成功确认，通过应答监视询问，对其空中位置信息进行有效确认；其它S模式入侵飞机无需确认。
进一步地，在所述步骤2中，成功判据为：
1)对S模式目标航迹的被动监视功能，设置该目标航迹处于被动监视模式下的时间；
2)航迹文件信息标明正确的航迹号；
3)配置的S模式应答机在预设时间范围内的应答概率等于或者大于0.99；
4)航迹文件信息还表明S模式过载功能保留距离最近的若干个混合监视入侵飞机航迹。
进一步地，在所述步骤3中，成功判据为：
1)验证预设时间后没有对任何目标进行主动询问；
2)验证一定时间范围内所有入侵机均建立航迹；其监视过载功能维持较近的航迹并丢弃最远的航迹。
本发明还公开了一种H-ACAS目标监视容量及过载能力测试系统，包括TCAS信号发生器、工控机或PC机；所述TCAS信号发生器通过测试专用连接器与混合监视防撞系统连接；所述工控机或PC机通过网口与所述TCAS信号发生器连接，用于对TCAS信号发生器进行编程从而设计测试场景，完成混合监视防撞系统目标监视容量及过载能力的自动化测试；所述工控机或PC机上设置有监视接收接口，与所述混合监视防撞系统的目标监视接口连接，用于接收所述混合监视防撞系统的测试结果。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：解决H-ACAS混合监视测试方法问题；设计了一组测试场景；设计了一种测试设备；自动化测试，仅需要RGS2000NG、工控机(或PC机)以及网线等少量线缆组成系统，系统简单、搭建灵活，可以提升测试工作的效率和灵活性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种H-ACAS目标监视容量及过载能力测试系统功能框图。
具体实施方式
结合附图和实施例对本发明作进一步说明，显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明实施例保护的范围。
参见图1，本方案提出的测试设备包括RGS2000NG TCAS信号发生器、工控机或PC机(含测试软件)，两者通过网口连接，PC机通过网口对RGS2000NG进行编程从而设计测试场景，完成自动化测试。
通过设计三个独立的测试场景分别对H-ACAS的监视容量和过载能力进行测试，其中TEST1为S模式目标(含ADS-B OUT功能)监视容量测试、TEST2是C模式、S模式(含ADS-BOUT功能)的混合目标容量测试、TEST3是监视过载能力测试。本方案提供了测试场景及其成功判据。三个测试全部通过表面H-ACAS混合监视与过载能力合格，否则为不合格，对设备进行设计优化或故障排除后，进行三项测试，直到该三项测试全部合格。
依次完成三项测试，全部通过则监视与容量测试为合格，否则为不合格。以下具体描述。
TEST1：S模式/ADS-B OUT目标监视容量与过载能力测试
a)测试说明
本测试验证S模式监视处理能力，检验：1)H-ACAS能够对30个S模式目标/ADS_B目标监视的同时(24个在TCAS的5nmi范围内而6个超过5nmi)；2)当在0.3架/海里2的交通密度和30000个应答/秒的C模式窜扰环境工作时，在TCAS的30nmi范围内最多处理150个S模式/ADS_B OUT目标的DF 11和DF17信号；3)航迹容量超过时，按照按距离从远及近的顺序删除航迹，保留监视容量许可的航迹。
b)被测H-ACAS设备设置：
高度8,000英尺
灵敏度级别的选择自动
c)RGS2000NG对入侵飞机的设置
设置150个S模式目标和ADS_B目标，同时广播DF17和DF11，具体要求：DF17报文的空中位置报文、速度报文每秒广播2次，飞行ID(航班号)每5秒一次；DF11每秒1次。其中，入侵飞机25～52，应能对H-ACAS主动询问进行应答确认；其它入侵飞机则不进行应答确认。其它设置如下：
入侵飞机
下列值适用于所有入侵飞机：
高度速率 ＝0FPM
设备 ＝Mode S
应答功率 ＝-65dBm
入侵飞机1-24
入侵飞机1
高度 ＝8000ft
距离 ＝4.05nmi，在T＝0秒时
相对速度 ＝-120kt(-0.033nmi/s)
偶数入侵飞机2
高度 ＝7000ft
距离 ＝5.25nmi，在T＝0秒时
相对速度 ＝-150kt(-0.042nmi/s)
入侵飞机3～24
奇数编号的入侵飞机高度、距离和相对速度与入侵飞机1一样，而偶数编号的入侵飞机高度、距离和相对速度与入侵飞机2一样，这些目标飞机的初始化时间如表1所示。
表1入侵机1～24初始化化时间
入侵飞机编号 初始化时间(秒) 入侵飞机编号 初始化时间(秒)
3 10 14 60
4 10 15 70
5 20 16 70
6 20 17 80
7 30 18 80
8 30 19 90
9 40 20 90
10 40 21 100
11 50 22 100
12 50 23无高度应答 110
13 60 24无高度应答 110
入侵机1～24方位角度分布，入侵机1角度为0°，入侵i角度为360°*(i-1)/24，i＝2～24。
数据字段
RI ＝12，在AQ＝1的应答中
＝0，在AQ＝0的应答中
DF17：空中位置报文、速度报文每秒广播2次，飞行ID(航班号)每5秒一次；
DF11：每秒1次。
对主动询问确认信号的应答概率 ＝100％
入侵飞机25-150
高度 ＝如表2所规定
距离 ＝如表2所规定
相对速度 ＝0kt
数据字段
RI ＝在AQ＝1的应答中，如表2所规定
＝0在AQ＝0的应答中。
表2：RI字段、距离和高度
S模式应答机询问信号
频率 ＝1030MHz
询问方式 ＝C模式
询问速率 ＝75次/秒
询问功率 ＝-50dBm
C模式窜扰应答
平均速率 ＝30000应答/秒
高度编码 ＝从所有可能有效的编码中任选
窜扰应答功率电平分布
单独的窜扰应答应以表3所示的速率和功率电平产生和散布，以建立一个30000/秒的平均窜扰速率。
表3：速率和功率电平列表
测试条件
H-TCAS初始化并在T＝0秒时工作。所有的DF17/DF11和应答信号都同时输入H-ACAS天线的上下天线端口，询问信号输入配套S模式应答机的上/下天线端口。
入侵飞机1～24，在H-ACAS在5海里监视范围内。入侵飞机25～150均匀地分布在6和30海里之间的区域范围内。
成功判据：
a)对S模式目标航迹的被动监视功能，这些航迹通过混合监视建立了15s，处于被动监视模式。
b)航迹文件信息标明正确的航迹号
c)配置的S模式应答机在T＝2.5和T＝3.5分钟之间应答概率等于或者大于0.99。
d)航迹文件信息还标明，S模式过载功能保留距离最近的30个S模式入侵飞机。
TEST2：
入侵飞机场景设置要求：
按照Ref.A,§2.4.2.1.8.1设置C模式、S模式入侵机
每个S模式入侵机同时广播DF17和DF11，具体要求：DF17，空中位置报文、速度报文每秒广播2次，飞行ID(航班号)每5秒一次；DF11每秒1次。
其中，
a)测试说明
本测试验证S模式/ADS-B OUT和C模式目标混合监视处理能力，检验：1)H-ACAS能够对30混合目标监视的同时(24个在TCAS的5nmi范围内而6个超过5nmi)；2)在S模式/ADS-BOUT和C模式目标环境工作的H-CAS设备，不能降低配装S模式应答机的应答概率大于1％，并且配置S模式应答机的发射不能干扰H-ACAS的数据处理。
b)被测H-ACAS设备设置：同TEST1。
c)RGS2000NG对入侵飞机的设置
设置150个混合目标，其中偶数数入侵机是S模式/ADS-B OUT目标、奇数编号的目标是C模式目标。入侵飞机26～80，应能成功确认，通过应答监视询问，对其空中位置信息进行有效确认。其它S模式入侵飞机无需确认。
目标机的其它设置与TEST1相同。
测试条件
H-TCAS初始化并在T＝0秒时工作。所有的DF17/DF11和应答信号都同时输入H-ACAS天线的上下天线端口，询问信号输入配套S模式应答机的上/下天线端口。
入侵飞机1～24，在H-ACAS在5海里监视范围内。入侵飞机25～150均匀地分布在6和30海里之间的区域范围内。
成功判据：
a)对S模式目标航迹的被动监视功能，这些航迹通过混合监视建立了15s，处于被动监视模式。
b)航迹文件信息标明正确的航迹号
c)配置的S模式应答机在T＝2.5和T＝3.5分钟之间应答概率等于或者大于0.99。
d)航迹文件信息还标明，S模式过载功能保留距离最近的30个混合入侵飞机。
TEST3：
在TEST1基础上，对入侵机的设置进行以下更改。
入侵机：
a)设置150个S模式目标同时广播DF17和DF11；
b)所有目标均进行广播和询问应答；
c)广播和应答功率：-70dBm；
d)入侵机1-24距离率＝0；
e)入侵机1-24距离＝3.5N MILE+(入侵号N*0.5)N MILE；
f)入侵机1-24相对本机的高度＝-3000FT+(入侵号N*200)FT；
g)入侵机1-24初始化时间T＝10+(入侵号N*5)，N∈[1,24]；
h)测试结束时间T＝160s。
注：N MILE—海里；FT—英尺。
成功判据：
i)验证T＝10后没有对任何目标进行主动询问；
j)验证30s内入侵机1-24均建立航迹；其监视过载功能维持较近的航迹并丢弃最远的航迹。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种H-ACAS目标监视容量及过载能力测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：进行H-ACAS的S模式目标监视容量与过载能力测试；其中，S模式目标具备ADS-BOUT功能；
步骤2：进行H-ACAS的C模式、S模式的混合目标容量测试；
步骤3：进行H-ACAS监视过载能力测试；
步骤4：若步骤1至步骤3中的测试全部通过，则H-ACAS的目标监视容量及过载能力测试为合格；否则，为不合格；
所述步骤2与步骤1具有相同的H-ACAS的高度和灵敏度级别，以及具有相同的测试条件；
在所述步骤2中，通过TCAS信号发生器对入侵飞机的设置为：
设置混合目标的数量，其中偶数编号入侵飞机是S模式目标，奇数编号的入侵飞机是C模式目标；部分入侵飞机，能成功确认，通过应答监视询问，对其空中位置信息进行有效确认；其它S模式入侵飞机无需确认；
在所述步骤2中，成功判据为：
1）对S模式目标航迹的被动监视功能，设置该目标航迹处于被动监视模式下的时间；
2）航迹文件信息标明正确的航迹号；
3）配置的S模式应答机在预设时间范围内的应答概率等于或者大于0.99；
4）航迹文件信息还表明S模式过载功能保留距离最近的若干个混合监视入侵飞机航迹。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：
步骤11：设置H-ACAS的高度和灵敏度级别；
步骤12：TCAS信号发生器对入侵飞机进行设置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤12中：
设置S模式目标和ADS_B目标的数量，同时广播DF17和DF11，部分入侵飞机能对H-ACAS主动询问进行应答确认；其它入侵飞机则不进行应答确认。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤12中：设置所有入侵飞机的高度速度、设备为S模式、应答功率；其中，奇数编号的入侵飞机的高度、距离和相对速度与编号为1的入侵飞机相同，而偶数编号的入侵飞机高度、距离和相对速度与编号为2的入侵飞机相同。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤12中，测试条件为：
H-ACAS初始化并在T=0秒时工作；所有的DF17/DF11和应答信号都同时输入H-ACAS天线的上下天线端口，询问信号输入配套S模式应答机的上/下天线端口。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤12中，成功判据为：
1）对S模式目标航迹的被动监视功能，设置该目标航迹处于被动监视模式下的时间；
2）航迹文件信息标明正确的航迹号；
3）配置的S模式应答机在预设时间范围内的应答概率等于或者大于0.99；
4）航迹文件信息还表明S模式过载功能保留距离最近的若干个S模式入侵飞机。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤3中，成功判据为：
1）验证预设时间后没有对任何目标进行主动询问；
2）验证一定时间范围内所有入侵飞机均建立航迹；H-ACAS监视过载功能维持较近的航迹并丢弃最远的航迹。
8.一种适用于权利要求1至7任一项所述的H-ACAS目标监视容量及过载能力测试方法的系统，其特征在于，包括TCAS信号发生器、工控机或PC机；所述TCAS信号发生器通过测试专用连接器与H-ACAS连接；所述工控机或PC机通过网口与所述TCAS信号发生器连接，用于对TCAS信号发生器进行编程从而设计测试场景，完成H-ACAS目标监视容量及过载能力的自动化测试；所述工控机或PC机上设置有监视接收接口，与所述H-ACAS的目标监视接口连接，用于接收所述H-ACAS的测试结果。
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