TCAS告警时间试飞方法分析

摘 要：本文首先介绍了TCAS工作原理、告警时间试飞方法以及基准告警时间计算方法，其次分析了试飞方法与实际应用中的差异，最后给出了试飞方法对告警时间试飞结果的影响，表明该试飞方法和计算方法可行，可应用于同类设备/系统的试飞。

关键词：机载防撞系统；告警时间；试飞

一、概述

机载防撞系统（TCAS）是规避飞机间相撞，保证空中飞行安全的屏障。通过监测载机周围飞机来判断是否存在安全威胁，并在有飞机危险接近时提供告警信息，以便机组及时采取措施防止相撞。TCAS设备能够产生交通告警（TA）和决断告警（RA）两级告警信息。

告警时间是标志TCAS能否及时告警的重要技术参数，也是该系统试飞考核的一项关键指标。试飞时载机和配试飞机保持安全的高度差迎头或交叉穿越飞行，通过系统软件实时改变配试飞机应答的气压高度，以满足两机垂直间隔小于规定的限制条件，在测取告警时间的同时保证了飞行安全。上述方法是否合适，会对告警时间的判断产生怎样的影响，本文通过分析对上述问题进行了解答。

二、TCAS工作原理

TCAS由处理机（包含接收、发射、计算等模块）、S模式应答机、全向天线和定向天线组成。飞行中，载机上的TCAS对空中目标进行扫描询问，接收附近入侵飞机上应答机对询问信号的应答信号，得到入侵飞机的飞行高度，并通过询问信号发出时间、应答信号返回时间以及设备信号处理时间计算得到两机之间的相对距离，根据定向天线测定入侵飞机相对载机的方位，进而计算得到两机高度差和接近率等参数。

三、基准告警时间计算

1.基准告警时间计算

当载机在A点产生告警，记录该告警时刻Ta。根据Ta时刻载机GPS参数和载机姿态数据，以及配试飞机的GPS参数可以计算载机和配试飞机之间的斜距R和径向速度V，由此计算基准告警时间：Tt=R/V=R/ [（V1+V2）・cosθ1] （1）

载机和径向速度之间的夹角θ1=acrsin（（H-h）/R） ，在这个高度层若Tt大于45s而小于48s则TCAS告警时间满足指标，若小于45s或者大于48s即TCAS产生的告警时刻滞后或者超前，都对飞行安全产生不利的影响。

四、问题分析及结果

1.问题提出

由于试飞时参与计算的配试飞机大气压高度引入了高度装订值，使得TCAS产生了告警，这样的试飞方法和TCAS实际使用情况不相同，对TCAS的告警时刻是否有影响，基准告警时间计算时按照式（1）是否合适，是目前所要解决的问题。

2.问题分析

配试飞机气压高度引入高度装订值后，根据TCAS的工作原理，TCAS显示的配试飞机的位置将不在B点而是在C点如图3所示。即TCAS设备对C点的配试飞机产生了告警，这和实际飞行情况是否一致，我们进行如下假设。

图3 配试飞机位置示意图

假设在高度h+hs上存在另外一架入侵飞机，此时其试飞航迹与配试飞机相同，飞行速度也是V2，只是高度不同，由于其试飞高度与载机高度在垂直高度门限内，其告警时刻仅仅和入侵飞机相对载机的距离和径向速度相关，显然随着入侵飞机的飞近，TCAS必然在某个时刻产生告警，假设产生TA告警时入侵飞机在D点，如图4所示，显然此时有式（2）成立。

R3/[（V1+V2）・cosθ3]= R/[（V1+V2）・cosθ1] （2）

即R3=R・cosθ3/ cosθ1，显然R3>R，即实际按入侵飞机若按照配试飞机假设的高度飞行时，其出现告警的时刻出现在D点，而不是之后的C点。即高度装订值的引入将会改变载机上的TCAS系统告警的位置，即我们的试飞方法由于引入了模拟高度使得TCAS告警时刻推后了，本该在D点进行的告警推后至C点了，由此计算的告警时间必将减少。

图4 假设目标试飞示意图

现在我们来讨论由此产生的告警时刻差异，利用C点和D点的告警时间来获得告警时间推后到底有多长时间，按照C点计算的告警时间为：

Tts=R/Vts=R/[（V1+V2）・cosθ3] （3）

其中θ3=acrsin（（H-h-hs）/R）。

按照D点计算的告警时间为：R3/[（V1+V2）・cosθ3]= R/[（V1+V2）・cosθ1]= Tt （4）

按照式（4）和式（3）计算给出的告警时刻推后时间段τ为：

τ=Tts-Tt= （5）

把θ1和θ2带入式（5），则

（6）

3.分析结果

由于每次试飞时载机和配试飞机告警时刻，两机之间的距离、两机的速度、两机的高度、高度装订值（可调）均已明确，因此我们使用实际试飞时数据值代入公式（6）来分析结果，由此可以看出，目前选用的飞行方法对TCAS告警时刻有影响，但是影响极小，在试飞中该误差可以忽略。根据修正后的告警时间对TCAS进行性能判断其试飞结果满足指标要求。

本文通过对TCAS工作原理的说明，对TCAS告警时间的试飞方法进行了分析，并分析了由此产生的不同以及对试飞结果的影响，通过分析我们可以确认目前我们选用的TCAS告警时间试飞方法安全可行，该分析方法对后续类似设备/系统的试飞有借鉴作用。

参考文献：

[1] 空中交通管理系统导论 刘慧英 周勇 国防工业出版社 2002.10

作者简介：

罗志燕，女，（1980.10～），河南漯河人，作者单位：中国飞行试验研究院，现从事机载雷达试飞。