B737NG飛機TCAS系統分析與仿真

王闖 張凱

摘要：本文分析了B737NG飛機TCAS系統工作原理，顯示邏輯和常見故障現象，實現了B737 NGND（Navigation Display）顯示器TCAS系統仿真頁面。根據737678系列飛機AMM手冊導航與和FIM手冊以及其他的資料，介紹TCAS的系統組成，及系統工作原理，全面分析了TCAS系統的故障邏輯，在TCAS計算機前面板上通過控制燈亮燈滅的仿真，表示相應的故障的仿真。TCAS自檢時，導航顯示器ND顯示的邏輯現象，最終以仿真的形式呈現。基于OpenGL繪圖工具，通過矩形和圓，以及多邊形的繪制原理，AC3D模型制作軟件。運用C++程序的邏輯語句，并結合VS的仿真輸出。運用仿真軟件實現TCAS計算機前面板的功能與TCAS狀態下ND顯示器的顯示內容。

關鍵詞：ND;TCAS系統;計算機面板;測試;仿真

第1章 緒論

1.1論文的背景

隨著國民經濟生活水平的提高，快速發展的航空業已成為人們不可或缺的選擇，航空運輸也以驚人的速度在發展。對航空的研究必然也加大投入，隨著研發費用的增加，周期的延長，已滿足不了快速發展的需求。而仿真應運而生，通過較低的成本去研究較高收益的項目。不僅節省大量的人力物力，還大大降低我們犯錯的成本。而且，仿真不僅可以運用在航空領域，在其他高成本領域的投入同樣可以得到事半功倍的效果。對民航飛機制造商而言，為了縮短研發周期，降低研發費用，既而獲得較高的經濟效益，飛機系統的改進和新型系統的研制的過程中都需要先進的仿真技術來支持，對現有飛機的改進和未來飛機的研制發展具有重大意義[1]。對航空公司而言，針對民航機務維護工程與管理，模擬飛機真實系統運行過程和場景，實現航空維護工程技術和管理的模擬再現和對機務維護人員、飛行員的訓練，降低公司運營成本，都有著顯著作用。而在國內外的航空院校，也都有用于培訓和教學的模擬機以達到一個近乎真實的模擬仿真環境，進行仿真實驗，大大提高學生參與維護過程的直觀性和逼真性，加強學生對機務維護工作內涵和特點的認識與理解[2]。仿真已然成為航空領域復雜系統分析、研究、設計、評價、決策和訓練過程中不可缺少的重要手段，其應用范圍在不斷擴大，應用效益也日益顯著。

第2章 B737飛機TCAS系統

2.1 TCAS系統組成

BN737NG飛機的TCAS系統主要由TCAS方位性天線，TCAS計算機，應答機/避撞控制板。TCAS和其他系統部件之間的接口為：ATC應答機（2個），起落架手柄，接近電門電子組件，顯示系統，遠程顯示電子組件2個，遠距電子組件，無線電高度表（2個），近地警告計算機，氣象雷達，大氣數據慣性基準組件，抑制同軸，飛行數據獲取組件。

TCAS計算機與下面部件相連接的時候會有兩中不同信號，分別是離散信號和模擬信號：頂部和底部TCAS方向性天線、起落架手柄電門、接近電門電子組件、近地警告系統計算機（GPWC）、氣象雷達、DME/ATC/TCAS抑制同心三通、顯示電子組件（DEU）1號和2號。

2.2 TCAS系統工作原理

2.2.1 TCAS系統工作原理

TCAS向鄰近一架或多架飛機發送詢問信號。在這些飛機中，裝有空中交通管制雷達信標系統（ATCRBS）的飛機或者一種空中交通管制S模式應答機的飛機會對此詢問做出回應，TCAS的計算機通過分析這些應答信號中的信息，得出它們之間的距離，相對方位和應答飛機的高度。如果給出詢問信號回應的飛機不報告高度，TCAS的系統就不能及時的了解到這架飛機的高度。而且，這種不報告高度的飛機，會被當作目標追蹤。

2.2.2 TCAS系統工作方式

交通警戒防撞系統在飛行過程中，通過向其他飛機發出詢問信號，來計算出其他飛機的高度、距離等信息。然后，將這些信息傳送至TCAS計算機，經計算，判斷出給出應答信號的飛機，是否有可能與本機發生碰撞的危險，飛機的方位信息由方向性天線所確定，飛機的距離是發出的詢問信號與接收的應答信號時間差計算得出。這些信息會以圖形的形式的方式分別顯示在ND顯示器上，也會以聲音的形式警告飛行人員。

第3章 TCAS系統顯示仿真實現

3.1 TCAS計算機面板顯示仿真實現

TCAS計算機的面板仿真，基于邏輯上實現的，而TCAS計算機面板則靠AC3D實現的，找出面板的圖形，在AC3D上將所有的燈設置成動態，即可以控制其亮與滅的狀態。用C++編寫程序實現邏輯。當按下TEST測試開關，所有的燈點亮一秒鐘，然后熄滅，當檢測通過時，PASS燈亮，然后熄滅。此情況屬于正常情況。

3.2 TCAS系統ND顯示仿真實現

3.2.1 ND指示仿真實現

在TCAS系統下，ND也有相關的顯示邏輯，在操作測試時，當按下EFIS控制板上的TFC開關，顯示器左下方會顯示TFC字母，表示該情況下，系統處于TCAS的工作模式，該功能的實現是基于OpengL的輸出功能與XML與AC3D的結合。

當ATC/TCAS控制板上的開關調至STBY時，屏幕的左下方會顯示TRAFFIC OFF字樣，實現功能的原理與TFC相同。

3.2.2 TCAS自檢在ND上指示仿真實現

當自檢成功時，即TCAS計算機面板PASS燈亮時，會顯示如下現象，在ND 顯示器上一點鐘方向會顯示紅色實心菱形符號。在三點鐘會出現紅色矩形實心符號，在九點鐘方向出現琥珀色實心圓形符號，在11點鐘方向出現白色菱形符號，還有左右出現的字樣，這些現象的顯示說明TCAS系統自檢通過。

第4章 結論

首先，分析了BN737飛機TCAS系統。其中，介紹了TCAS系統的工作原理，并根據兩個系統的結構分析了系統的顯示頁面，在熟悉了顯示界面的基礎上，對系統頁面的顯示邏輯進行了分析，這是對系統頁面的仿真設計和實現的基礎。

其次，介紹了TCAS系統頁面仿真設計方法。對時下普遍的飛行仿真原理進行了簡述，包括紋理的概念和紋理映射的原理，仿真面板的坐標系統。基于OpenGL圖形引擎原理的頁面仿真設計方法，介紹了線和矩形的繪制及圓的繪制，以及相關的坐標系統，運用了庫函數，和VC++，從而實現控制面板中的按鈕開關對顯示頁面的操作。同時，需要在AC3D模型制作軟件中設計出顯示面板和控制面板。

最后，對TCAS系統頁面的實現進行了描述，包括TCAS計算機面板與ND顯示頁面的主要指示以及其顯示的實現。通過對手冊的查詢，整理相關的邏輯，運用相關的軟件知識，分析器邏輯，編寫對應的邏輯語言，從而實現正確的顯示。最終，對相關的仿真做了實際操作，對應的現象也基本顯示出來。對現象進行分析，如何操作，如何實現，進行了大致的分析。

（深圳航空有限責任公司 廣東省深圳市 518128）