飞机交通警戒和防撞系统的工作原理

摘要 介绍飞机交通警戒和防撞系统的功能，分别阐述了飞机交通警戒和防撞系统各组成部分的功能和工作原理。体现出了交通警戒和防撞系统保证飞机安全的重要性。

关键词 TCSA；应答机；防撞

中图分类号 V355 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）092-0166-01

众所周知在地面防止两车相撞靠的是驾驶员的目视和及时正确的回避措施，那么在空中飞机是怎样防撞的呢？如果当飞行员看到对方飞机时再作出避让那么为时已晚，飞机的安全系数将大大减小。为了防止两机相撞现在的飞机上都安装了TCAS英文的全称是Traffic Alert and Collision Avoidance System，中文通常译为：飞机交通警戒和防撞系统，我们简称其为防撞系统。TCAS分为两类：TCAS I和TCAS II，TCAS I仅可提供交通咨询（TA），TCAS II是更先进的TCAS，即可提供交通咨询（TA）又可以提供决断咨询（RA），目前的TCAS 只产生垂直机动指令，还不能产生转弯指令。那么防撞系统是怎么工作的呢？下面将做详细的介绍。

TCAS向邻近飞机发送询问信号，那些装有空中交通管制雷达信标系统（ATCRBS）应答机或空中交通管制S模式应答机的飞机响应此询问，TCAS利用这些应答信号计算和它们之间的距离，相对方位和应答飞机的高度。TCAS在监视区内可以跟踪并评估45架飞机，最大监视区为自身飞机以上和以下8700英尺，前方40海里，在侧面和后方的监视距离较小。为了减少无线电干扰，管理条例对TCAS的功率有所限制。它把TCAS的前向作用距离限定在45英里左右，侧向和后向作用距离则更小。在监视区内的飞机分成4类：解脱咨询（RA）、交通咨询（TA）、贴近交通、其他交通。当TCAS产生决断咨询（RA）时，意味着情况已达最严重的程度，且伴有语音提示，它提供一个垂直引导操作以保持或增加与另一架飞机的间隔，从而消除两机可能相撞的潜在危险。机组必须依照TCAS语音进行机动避让，避免发生碰撞。

TCAS系统是由1部TCAS计算机、2个TCAS方向性天线、1个ATC/TCAS控制面板组成。TCAS计算机是TCAS的主要部件，它控制如下功能：监视、跟踪、咨询、空对空机动操纵协调。TCAS计算机向其他飞机发送询问信号并接收其他飞机的应答信号及其他数据，计算此目标是否成为碰撞威胁。TCAS计算机能和其他装有TCAS的飞机之间通信，这两个TCAS计算机之间可以利用共享数据实现回避潜在的相撞，协调机动操纵，这就是空对空机动操纵协调。TCAS计算机也从其他飞机系统获得模拟和数字输入，这些输入控制TCAS，并为TCAS跟踪其他飞机提供数据。TCAS计算机向公共显示系统（CDS）的显示电子组件（DEU）送去显示数据。

TCAS计算机内具有如下电路：输入/输出（I/O）、语音处理器、中央处理器和存贮器、抑制电路、信号处理器、接收器、发射器、波束控向和衰减器、机内自检设备。

TCAS计算机发射1030MHz的脉冲询问信号，询问信号有两种型式，一种是对空中交通管制雷达信标（ATCRBS）应答机发射梯级的啸鸣信号，啸鸣梯极程序将询问脉冲逐级改变其强度让不同距离上的入侵飞机得到询问，这些入侵飞机的应答被排列在TCAS点名呼叫的列表上并监视它们。对于较近的飞机先接收到较低功率的啸鸣询问，那些较远的飞机对低功率接收不到所以不响应。当询问信号的功率提高一级时TCAS发出一个抑制脉冲，较远的飞机接收到较高功率的啸鸣询问，而较近的飞机接收到询问和抑制脉冲，因而不作应答。另一种是S模式信号，S模式应答机每秒发出一个自发报信号，此信号包含24位飞机地址，TCAS静听那些装有S模式应答机的飞机发射的S模式自发报告信号，当TCAS接收到一个地址，就将此飞机列入点名呼叫名单内用24位飞机地址询问那些装有S模式应答机的飞机。当其他飞机的应答器接收到询问信号时，会发射1090MHz应答信号。TCAS计算机的接收机从天线获得其他飞机的1090MHz应答信号，接收机利用收到信号的相位可以确定目标的方位，还可以从应答信号中解码出其他飞机的高度。接收机送出信号到信号处理器计算与其他飞机的距离，接收机还可以从装有TCAS飞机的应答信号中对协调信息解码。

TCAS使用顶部和底部方向性天线，两a个天线相同可互换。方向性天线是相控阵天线，它有4个阵列单元相距各90度，每个单元相互独立的用一种色码的插座。TCAS计算机向不同相位的阵列单元送去发射的询问信号，因此使询问信号具有方向性。TCAS计算机可以检测天线连接的电阻，当检测到连接电阻超限时TCAS计算机报告发生了一个天线故障，如果同心电缆和天线单元接错，计算机也报告此天线故障。

ATC/TCAS控制板用以控制TCAS计算机功能选择电门可用功能选择电门选择下列TCAS方式中的一种：交通咨询（TA）方式，这是仅交通咨询的方式，它显示出所有目标除了无决断咨询：交通和决断咨询（TA/RA）方式，显示出所有目标，这是TCAS的正常工作方式。

TCAS的显示数据在公用显示系统（CDS）的显示电子组件（DEU）上显示，其他交通用菱形白色空心框表示，高度读数也是白色；贴近交通用菱形白色实心块表示，高度读数也是白色；交通咨询（TA）用琥珀色实心圆表示，高度读数为琥珀色；解脱咨询（RA）用红色实心方块表示，高度读数为红色。每个交通符号均有一个高度读数，如果飞机的垂直速度大于500英尺每秒（fpm）时，还出现一个垂直运动箭头。任何时候出现红色的交通（TRAFFIC）信息表示有需决断咨询（RA）的飞机，任何时候出现琥珀色的交通（TRAFFIC）信息表示有需交通咨询（TA）的飞机，但没有决断咨询（RA）飞机。

当发生了交通咨询（TA）事件，TCAS有语音提示，语音信息“交通、交通”（TRAFFIC TRAFFIC）发出，此信息告诉机组去监视其显示器上的入侵飞机。当决断咨询（RA）发生于当在最最接近点（CPA）时不安全，有决断语音咨询告诉机组进行修正动作，以回避可能的相撞：爬高、爬高（CLIMB--CLIMB），机组必须用一定速率爬高去回避，这是预防性上飞咨询；爬高越过、爬高越过（CLIMB CROSSING CLIMB），机组必须用一定速率爬高去回避，这是预防性上飞咨询，其飞行路径和威胁的飞行路径交叉穿越了；调节垂直速度—调节（ADJUST VERTICAL SPEED—ADJUST），机组必须减小爬升率去回避，这是预防性下飞咨询。当威胁飞机的操纵变化或由于机组没有迅速反应去开始解脱操纵，语音提示告诉机组增大修正动作。

TCAS通过实时监测自身飞机周围其他飞机的方位、高度，及时发现会构成威胁的飞机，通过显示、语音提示，使机组及时采取垂直避让，在第一时间远离危险，提高了飞机的安全性，使飞机的安全性能大大增加。

参考文献

[1]刘岩.对TCAS的原理分析[J].中国民航学院学报，1994，01.

[2]B737NGAircraft Maintenance Manual.

作者简介

张易乐（1984—），女，新疆人，本科，中国民用航空学院，中级职称，新疆机场（集团）有限责任公司，研究方向：飞机机务维修。