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塞斯納龐巴迪

機載防撞系統

飛機上的防撞系統,美國航空體系稱為空中交通預警和防撞系統(TCAS:Traffic Alert and Collision Avoidance System)歐洲航空體系稱為機載防撞系統(ACAS: Airborne Collision Avoidance System)),兩者實際上的含義、功能是一致的。防撞系統可顯示飛機周圍的情況,并在需要時提供語音告警,同時幫助駕駛員以適當機動方式躲避危險,這些都有助于避免災難性事故的發生。

下面以TCAS為例講述。TCAS 的歷史可追溯到1955年,當時本迪克斯航空電子公司(目前并入霍尼韋爾公司)的J.S.Morrell博士發表了“碰撞物理”一文。其中包括確定進近飛機間接近速率的計算機算法,這也是研究所有防撞系統的基礎。在20世紀60年代和七十年代,該公司為美國陸軍和美國聯邦航空管理局(FAA)研制了數架原理樣機,并在80年代后期獲得了FAA對TCAS的首次鑒定。

原理:在二次雷達用應答機確定飛機的編號、航向和高度的原理上,把詢問裝置裝在飛機上,使飛機之間可以顯示相互之間的距離間隔,從而使駕駛員知道在一定范圍內飛行的航空器之間的相互間隔及時采取措施,避免碰撞。和二次雷達一樣,TCAS系統需要飛機上都裝有應答機才有作用。

關于二次雷達可參考航空管制雷達的類型

組成和功能:

TCAS主要由詢問器、應答機、收發機和計算機組成。監視范圍一般為前方30海里,上、下方為3000米,在側面和后方的監視距離較小。(為了減少無線電干擾,管理條例對TCAS的功率有所限制。它把TCAS的前向作用距離限定在45英里左右,側向和后向作用距離則更小。)

TCAS的詢問器發出脈沖信號,這種無線電信號稱為詢問信號,與地面發射的空中雷達交通管制信號類似。當其他飛機的應答器接收到詢問信號時,會發射應答信號。TCAS的計算機根據發射信號和應答信號間的時間間隔來計算距離。同時根據方向天線確定方位,為駕駛員提供信息和警告,這些信息顯示在駕駛員的導航信息顯示器上。

TCAS可以提供語言建議警告,計算機可以計算出監視區內30架以內飛機的動向和可能的危險接近,使駕駛員有25-40秒的時間采取措施。(TCAS可跟蹤45架飛機,根據選定目標的優先級,最多顯示30架飛機。

TCAS的采用提高了飛行的安全性,目前新生產的大、中型客機上TCAS都已成為標準裝備。

TCAS的分類與區別:

TCAS分為兩類:TCAS I和TCAS II。兩類系統都可顯示與地圖類似的空中交通情況。當其他飛機接近時,兩類系統都可提供“空中交通報告(或咨詢、建議)”(TA)。采用TA方式時,預先錄制的聲音會播報“Traffic,Traffic”,而表示其他飛機的符號則可改變形狀和顏色。

TCAS II是更先進的TCAS,具有被稱作“處理建議”(RA)的附加功能。當采用RA方式時,TCAS可發出類似“Climb,Climb”或“Descend,Descent”之類的機動指令,或者會告訴駕駛員無需采取機動動作,具體為:

當其他飛機進近的最近點小于48秒時,則會發布空中交通咨詢TA(Traffic Advisory)。進近的最近點是指兩架飛機相距最近的空間點,是根據飛機目前的航跡和速度預測出來的。

空中交通咨詢(建議)后,如果兩架飛機繼續沿著可能有危險的航跡飛行,則在離最近點大約35秒處,系統會提供處理建議RA(Resolution Advisory)。代表其他飛機的符號會變為固定的紅色方塊,同時伴有諸如“Climb,Climb”之類的躲避機動語音提示。系統還會在垂直速度指示器上用一綠條顯示所需的機動速度。這些機動動作幅度不大,一般不會引起乘客的注意。這兩架飛機上的TCASII也會進行協調以避免像兩架飛機同時爬升之類的機動。當然只有 TCAS II和ACAS II系統具有這種功能。在TCAS I系統中沒有RA方式。

下面以右圖為例,對TCAS II工作情況作簡要說明(模擬圖,非真實狀況)

TCAS II工作情況作簡要說明模擬圖TCAS II工作情況作簡要說明模擬圖

圖為空中交通咨詢TA(建議)階段事例:顯示在本機正前方12點鐘方位有飛機接近,以黃色實心圓表示該接近飛機,同時伴有 “Traffic,Traffic”的警告音,黃色實心圓下面數字代表兩機高度差,例圖中“-02”表示接近飛機在本機下方200英尺,黃色實心圓右側箭頭表示該機正在爬升,且爬升速度超過500英尺/分鐘。

處理建議RA(決斷)階段事例處理建議RA(決斷)階段事例

左圖為處理建議RA(決斷)階段事例:兩機繼續接近中,代表飛機的符號會變為固定的紅色方塊,同時伴有更為急促的“Climb,Climb”之類的提示機組作躲避機動語音提示。

民航飛機防撞系統現狀:

美國在1993年12月31日開始規定,30座以上的客機必須配備TCAS II。

負責向歐洲各國推薦航空管理條例的歐洲空中導航安全機構(也叫歐洲空管)已經建議采用與最新的TCAS II相同的系統。在歐洲,該系統稱為機載防撞系統(ACAS II)。ACAS II是采用7.0版軟件的TCAS II。這是FAA批準的最新的軟件版本。

歐洲空管建議,2000年1月1日后在30座以上的客機或最大起飛重量超過15000千克的飛機上配備ACAS II。

我國民航使用的客機比較先進,絕大部分已預先安裝了最新版本的防撞系統。從2002年中為進一步加強安全,也開始對其他未安裝防撞系統的客機進行強制安裝,這一工作預計于2002年底完成,2003年起,未安裝防撞系統的民航客機將不得飛行,其他小型飛機由于飛機結構、技術原因等無法安裝的將被嚴格限制飛行時段、飛行高度和范圍,并逐步退出商業運營。

值得一提的是:TCAS并不是雷達,若沒有與之兼容的應答器,則無法探測到飛機。在美國,10000英尺以上高度飛行的飛機或在大型機場30英里范圍內飛行的飛機必須配備應答器,有些應答器,例如老式的蘇制系統,由于與TCAS不兼容,所以無法探測。

TCAS的管理條例只允許產生垂直機動指令,不允許產生轉彎指令。

霍尼韋爾公司是惟一一家生產所有類型TCAS的制造商,目前使用的TCAS系統,半數以上出自該公司。

二次雷達、應答機:

是機載設備與地面航空管制雷達配合使用的設備。地面的管制雷達要求有能力辨別飛機的識別代碼和氣壓高度,這種管制雷達稱為二次雷達。二次雷達向飛機發出詢問信號,機上的應答機就被觸發,應答機根據地面詢問的模式自動產生應答脈沖信號,向地面雷達報告飛機的編碼或飛行高度,這樣在雷達屏幕上的飛機光點就會顯示出飛機的編碼和高度,這使航行管制工作的準確性大為提高,管制方式也由程序管制改變為雷達管制。成答抓了作頻率為1090MHz。

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