作者/鄭紅，四川九洲空管科技有限責(zé)任公司

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一種用于機(jī)載防撞系統(tǒng)的接收環(huán)路自檢方法

作者/鄭紅，四川九洲空管科技有限責(zé)任公司

文章摘要：本文公開(kāi)了一種用于機(jī)載防撞系統(tǒng)ACAS收發(fā)主機(jī)的接收環(huán)路自檢方法，該方法在不增加額外的硬件設(shè)備的條件下，利用設(shè)備原有組成模塊及其固有的通信渠道配合工作，軟件編程實(shí)現(xiàn)。該方法能自動(dòng)、周期性、有效地實(shí)現(xiàn)ACAS收發(fā)主機(jī)的接收環(huán)路自檢測(cè)，可完成功能模塊級(jí)故障定位，實(shí)現(xiàn)故障隔離，便于維修保障，滿足設(shè)備測(cè)試和維護(hù)需求。

關(guān)鍵詞：機(jī)載防撞、TCAS、ACAS收發(fā)主機(jī)、接收環(huán)路、自檢

1.引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，空中交通流量大幅度增加，飛機(jī)空中危險(xiǎn)接近的潛在可能性增加，給保證國(guó)家的飛行安全帶來(lái)了巨大的壓力。依賴地面空中交通管制來(lái)保證飛機(jī)之間的空中交通安全已難以滿足需要。機(jī)載防撞設(shè)備作為國(guó)際通用防止飛機(jī)空中危險(xiǎn)接近、碰撞的最有效機(jī)載設(shè)備。其不依賴于地面空中交通管制系統(tǒng)，在飛機(jī)發(fā)生危險(xiǎn)接近之前，可直接向飛行員提出警告，并給出避讓建議，使飛機(jī)相互避讓，它具備的防撞功能和提供信息的時(shí)效性及準(zhǔn)確性都是地面系統(tǒng)所無(wú)法比擬的。

2.機(jī)載防撞系統(tǒng)工作原理

機(jī)載防撞系統(tǒng)（即TCAS-Traffic Alert and Collision Avoidance System）由美國(guó)聯(lián)邦航空局（FAA）定義，是防止空中飛機(jī)危險(xiǎn)接近和相撞事故發(fā)生的必不可少的設(shè)備。TCAS主要用于為飛機(jī)提供空中安全分隔保證，系統(tǒng)采用二次雷達(dá)的方式探測(cè)附近空域的接近飛機(jī)，必要時(shí)，提醒飛行員采取規(guī)避措施以與其它飛機(jī)保持適當(dāng)?shù)陌踩g距，達(dá)到防碰撞的目的。具體來(lái)說(shuō)，機(jī)載防撞設(shè)備應(yīng)具有空中交通告警/防撞、空管應(yīng)答和廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視功能。通過(guò)近幾年的飛行實(shí)踐證明，該系統(tǒng)是防止飛機(jī)空中相撞的最后一道防線，也是目前最有效的手段之一，它克服了地面空中交通管制的局限性，能提供超出地面交通管制所能提供的飛行安全保證能力，對(duì)應(yīng)付空中突發(fā)的危險(xiǎn)接近，避免空中相撞有巨大的作用。

系統(tǒng)的ACAS收發(fā)主機(jī)通過(guò)控制天線波束指向，對(duì)飛機(jī)前、后、左、右4個(gè)區(qū)域進(jìn)行掃描詢問(wèn)，附近裝有空管應(yīng)答機(jī)（S模式/ATCRBS應(yīng)答機(jī)）的飛機(jī)（以下稱為目標(biāo)機(jī)）就會(huì)做出應(yīng)答。ACAS收發(fā)主機(jī)根據(jù)收到的應(yīng)答信號(hào)，獲得目標(biāo)機(jī)的高度、相對(duì)距離、速度、方位等目標(biāo)信息，并進(jìn)而計(jì)算其高度變化率、相對(duì)距離變化率，同時(shí)結(jié)合本機(jī)的位置信息和運(yùn)動(dòng)信息，監(jiān)視、跟蹤目標(biāo)機(jī)，建立、更新和維護(hù)目標(biāo)航跡。將監(jiān)視和更新的目標(biāo)航跡與本機(jī)信息綜合，評(píng)估出目標(biāo)機(jī)的威脅級(jí)別（OT：其它飛機(jī)，PT：接近飛機(jī)，TA：交通告警，RA：決斷告警），從而產(chǎn)生交通咨詢，或進(jìn)一步依據(jù)威脅程度產(chǎn)生分析咨詢，防止與其它飛機(jī)發(fā)生碰撞；當(dāng)雙方都裝有防撞系統(tǒng)時(shí)，能夠通過(guò)S模式數(shù)據(jù)鏈交換防撞信息，達(dá)到相互配合避讓的目的。否則，機(jī)載防撞系統(tǒng)將引導(dǎo)本機(jī)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)避讓。

圖1　ACASII系統(tǒng)對(duì)不同類型系統(tǒng)的響應(yīng)

如果系統(tǒng)檢測(cè)到接近飛機(jī)不具有高度報(bào)告的能力，則只提供交通咨詢。

如果接近飛機(jī)沒(méi)有裝備任何類型的航管應(yīng)答機(jī)，TCAS系統(tǒng)無(wú)法獲得這類飛機(jī)的信息，進(jìn)而產(chǎn)生不了咨詢建議。TCAS系統(tǒng)對(duì)不同類型系統(tǒng)的響應(yīng)如圖1所示。

3.接收環(huán)路自檢方法

本文提出了一種用于機(jī)載防撞系統(tǒng)的ACAS收發(fā)主機(jī)接收環(huán)路自檢測(cè)方法，該方法在不增加額外的硬件設(shè)備的條件下，利用設(shè)備原有組成模塊JSCPU、FPGA、接收機(jī)模塊、譯碼模塊和FZCPU及其固有的通信渠道配合工作，軟件編程實(shí)現(xiàn)，其組成框圖如圖2所示。在設(shè)備的整個(gè)工作過(guò)程中，該自檢保持1s/次的頻率周期性進(jìn)行，F(xiàn)ZCPU會(huì)將自檢故障代碼通過(guò)ARINC429總線上報(bào)給載機(jī)維護(hù)系統(tǒng)，進(jìn)行故障顯示和記錄。

ACAS收發(fā)主機(jī)接收環(huán)路自檢流程如圖3所示，其具體處理流程如下：

第1步，JSCPU判斷1s定時(shí)器是否到達(dá)，如果定時(shí)器到達(dá)，則進(jìn)入第2步，如果未到，則繼續(xù)等待；

第2步，JSCPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線下發(fā)C模式閉環(huán)自檢命令給編碼FPGA；FPGA收到該自檢命令后，F(xiàn)PGA編碼生成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)C模式應(yīng)答碼信號(hào)給接收機(jī)模塊，同時(shí)還會(huì)生出一些控制信號(hào)給到接收機(jī)模塊，包括有自檢使能信號(hào)、4個(gè)發(fā)送通道信號(hào)、4個(gè)接收通道信號(hào)和自檢混頻信號(hào)。

圖2　ACAS收發(fā)主機(jī)閉環(huán)自檢組成框圖

第3步，接收機(jī)模塊根據(jù)控制信號(hào)狀態(tài)把接收到的應(yīng)答碼信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成4個(gè)通道的視頻幅度信號(hào)給到譯碼模塊；譯碼模塊根據(jù)接收到FPGA的工作模式信息，判斷出系統(tǒng)工作狀態(tài)，確定自己的解碼模式，同時(shí)結(jié)合距離門信號(hào)、發(fā)射框架信號(hào)和應(yīng)答碼信號(hào)解碼出相應(yīng)的譯碼信息，準(zhǔn)備好上傳JSCPU的報(bào)表數(shù)據(jù)并向JSCPU發(fā)起傳輸譯碼數(shù)據(jù)的中斷請(qǐng)求；JSCPU接收到該中斷請(qǐng)求后，根據(jù)事先約定好的報(bào)表長(zhǎng)度，通過(guò)數(shù)據(jù)總線向譯碼模塊發(fā)起讀取譯碼數(shù)據(jù)報(bào)表的信號(hào)；

第4步，JSCPU根據(jù)接收到的譯碼數(shù)據(jù)報(bào)表，提取出飛機(jī)高度信息，并和事先約定好的飛機(jī)高度信息作比較，如果一致，則判定C模式閉環(huán)自檢正常；否則判定C模式閉環(huán)自檢故障。C模式閉環(huán)自檢結(jié)束；

第5步，JSCPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線下發(fā)S模式閉環(huán)自檢命令給編碼FPGA；FPGA收到該自檢命令后，編碼生成一個(gè)長(zhǎng)112位的標(biāo)準(zhǔn)S模式應(yīng)答碼，其中包含約定好的飛機(jī)相關(guān)高度，速度信息和飛機(jī)地址碼信息。同時(shí)還會(huì)生出一些控制信號(hào)給到接收機(jī)模塊，包括有自檢使能信號(hào)、4個(gè)發(fā)送通道信號(hào)、4個(gè)接收通道信號(hào)和自檢混頻信號(hào)。

第6步，重復(fù)第3步步驟；

第7步，JSCPU根據(jù)接收到的譯碼數(shù)據(jù)報(bào)表，提取出飛機(jī)的相關(guān)高度，速度信息和飛機(jī)地址碼信息，并和事先約定好的標(biāo)準(zhǔn)S模式應(yīng)答碼作比較，如果一致，則判定S模式閉環(huán)自檢正常；否則判定S模式閉環(huán)自檢故障。S模式閉環(huán)自檢結(jié)束；

第8步，JSCPU通過(guò)FPGA內(nèi)部的RAM功能模塊將該自檢結(jié)果傳給FZCPU；FZCPU將該自檢結(jié)果通過(guò)429數(shù)據(jù)格式上報(bào)綜合顯示系統(tǒng)。

通過(guò)采用以上的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)的整個(gè)工作階段進(jìn)行實(shí)時(shí)故障監(jiān)測(cè)，并將自檢結(jié)果上報(bào)載機(jī)維護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行故障顯示和記錄。并且根據(jù)不同的自檢結(jié)果，可以準(zhǔn)確定位故障位置，做到有效地故障隔離，極大的提高了設(shè)備的可靠性和維修性。

圖3　閉環(huán)自檢工作流程圖

4.結(jié)語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)有機(jī)載防撞系統(tǒng)的測(cè)試性要求，進(jìn)一步提高故障檢測(cè)和定位能力，本文提供了一種機(jī)載防撞系統(tǒng)ACAS收發(fā)主機(jī)接收環(huán)路自檢方法。該方法能自動(dòng)、周期性、有效地實(shí)現(xiàn)ACAS收發(fā)主機(jī)的接收環(huán)路自檢測(cè)，可完成功能模塊級(jí)故障定位，實(shí)現(xiàn)故障隔離，便于維修保障，滿足設(shè)備測(cè)試和維護(hù)需求。同時(shí)由于該方法利用設(shè)備固有硬件資源通過(guò)軟件編程的方式實(shí)現(xiàn)，無(wú)需測(cè)試設(shè)備和人工介入，有效地節(jié)省了人力、物力成本，提高了設(shè)備的測(cè)試性和維修性，便于設(shè)備生產(chǎn)和維修。

參考文獻(xiàn)

＊[1] RTCA/DO—185B Minimum Operational Performance Standa rds for Traffic Alert and Collision Avoidance System II (TCAS II)

＊[2]張尉.二次雷達(dá)原理[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007.