基于FACE架構(gòu)的直升機(jī)TACS系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王秋云　孟浩

摘要：本文基于FACE架構(gòu)，提出了一種直升機(jī)TCAS系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，能夠有效降低系統(tǒng)體積和重量，并方便移植到各類飛行器平臺(tái)中。

[關(guān)鍵詞]空中交通告警和防撞系統(tǒng)直升機(jī)FACE架構(gòu)

1概述

隨著低空管制日漸放開和通用航空蓬勃發(fā)展，包括直升機(jī)在內(nèi)的民用飛行器規(guī)模正日益擴(kuò)大，使得低空航路資源更加緊張，增加了飛行的不安全性。中國(guó)民航局已于2002年強(qiáng)制要求最大起飛重量超過5700千克或批準(zhǔn)旅客座位數(shù)超過19的渦輪動(dòng)力飛機(jī)必須安裝空中交通告警防撞系統(tǒng)（TrafficCollisionAvoidanceSystem，簡(jiǎn)稱TCAS）。

國(guó)內(nèi)目前也在開展直升機(jī)配裝TCASII的應(yīng)用與研究，本文提出了一種面向FACE的TCAS與航電系統(tǒng)交聯(lián)方案，能夠有效降低系統(tǒng)體積和重量。

2TACS系統(tǒng)組成

TCASII系統(tǒng)主要由空中交通預(yù)警和防撞處理機(jī)、S模式應(yīng)答機(jī)、ATC控制盒、空中交通天線、S模式應(yīng)答天線、空中交通顯示器等組成。TCAS定向天線安裝在機(jī)身頂部，另一部定向/全向天線安裝在機(jī)身底部。TCAS天線以1030MHz的頻率發(fā)射詢問脈沖，由TCAS處理機(jī)控制可以對(duì)飛機(jī)前、后、左、右四個(gè)區(qū)域進(jìn)行掃描詢問。定向天線可以實(shí)現(xiàn)對(duì)指定目標(biāo)范圍的定向詢問和特殊的小聲呼叫詢問，從而避免干擾。

3基于FACE架構(gòu)的TCAS系統(tǒng)設(shè)計(jì)

航空電子系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是綜合化、模塊化和開放式，以射頻綜合、孔徑綜合、數(shù)據(jù)處理綜合等為特點(diǎn)，形成統(tǒng)一的高速航電互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。以CTOS形式為主的TCAS產(chǎn)品，單獨(dú)配置顯示器和告警設(shè)備，其重量和體積較大，已不能適應(yīng)未來航電系統(tǒng)需求。

本文以未來機(jī)載能力環(huán)境FACE（FutureAirborneCapabilityEnvironment）為基礎(chǔ)，提出了一種TCAS與航電系統(tǒng)的交聯(lián)方法，將相關(guān)的數(shù)據(jù)處理、顯示與告警功能以軟件組件的形式集成到座艙綜合顯示控制系統(tǒng)中，以降低航電系統(tǒng)體積和重量。

FACE是一種層次化架構(gòu)，采用模塊化設(shè)計(jì)，將基于軟件的功能以組件形式開發(fā)，并通過預(yù)定義的接口向其他組件開放。FACE共分為五個(gè)層次，自上而下分別是可移植組件層、傳輸服務(wù)層、平臺(tái)特定服務(wù)層、IO服務(wù)層和操作系統(tǒng)層。

如圖1所示，TCAS服務(wù)主要以可移植組件及平臺(tái)特定服務(wù)組件的形式存在于FACE架構(gòu)的航電系統(tǒng)應(yīng)用軟件中;TCAS硬件可以是CTOS的形式，與航電系統(tǒng)交聯(lián)，或者直接通過平臺(tái)無線電服務(wù)，以S模式與外部飛行器進(jìn)行通信。

TCAS顯示與告警服務(wù)組件，采用符合相關(guān)適航標(biāo)準(zhǔn)的顯示圖符，在多功能顯示器上顯示RA和TA信息，并通過機(jī)上音響系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)告警信息。考慮其具有通用性，且適應(yīng)航電系統(tǒng)家族化要求，故以可移植組件的形式提供服務(wù)。

TCAS告警處理服務(wù)組件，與硬件設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)和控制狀態(tài)交互，對(duì)空中交通狀態(tài)進(jìn)行處理，并根據(jù)防碰撞告警模型，綜合考慮本機(jī)動(dòng)力學(xué)特性和空域、地域狀況等，提供TA和RA指令。告警處理服務(wù)需要針對(duì)特定平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，若采用CTOS產(chǎn)品，數(shù)據(jù)預(yù)處理功能由CTOS承擔(dān)，告警處理服務(wù)主要進(jìn)行防碰撞模型計(jì)算;若采用平臺(tái)無線電服務(wù)，則數(shù)據(jù)處理模塊也需要有該服務(wù)承擔(dān)。對(duì)于TCAS而言，防碰撞模型真正決定了其有效性，對(duì)特定平臺(tái)需要考慮其不同的動(dòng)力學(xué)特性開發(fā)相應(yīng)的模型，故而告警處理服務(wù)需要以平臺(tái)特定服務(wù)組件形式開發(fā)。

4總結(jié)與展望

本文提出了一種面向FACE架構(gòu)的TCAS系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，通過軟件組件的方式提供空中交通警告與防碰撞服務(wù)，能夠有效降低系統(tǒng)體積和重量，適應(yīng)航電系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)，滿足綜合化、模塊化和開放化要求，且可移植性好，能夠廣泛應(yīng)用于各型飛行器。

參考文獻(xiàn)

[1] AERONAUTICAL RADI0， INC. ARINCCHARACTERISTIC 7 35B-TRAFFICCOMPUTER TCAS AND ADS-BFUNCTIONALITY.December 14， 2007.

[2]John Law， Mode S and ACAS Programe，Harry Hutchinson， QinetiQ Project.Safety Study of the Potential Useof ACAS II on Helicopters. EUROPEANAIR TRAFFIC MANAGEMENT PROGRAMME.Ju116， 2008.

[3]高翔，李辰.復(fù)雜航電架構(gòu)的開放式系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)研究[J].航空電子技術(shù)，2015，46（02）：26-31+41.