巫彩玉

為了保障飛行安全，防止空中威脅或相撞的類似事故發(fā)生，目前的航空器上都普遍安裝了空中交通警戒與防撞系統(tǒng)。它能夠為飛行機組提供空中交通警戒和空中避讓的決策信息，提高了飛行員空中的警覺和自主脫險的能力。本文主要講述了空中交通警戒與防撞系統(tǒng)，即TCAS2（Traffic Alert and Collision

Avoidance SystemⅡ）。首先簡要介紹了TCAS2的功用和發(fā)展概況，隨后根據(jù)對方飛機安裝TCAS2、S模式應(yīng)答機、A/C模式應(yīng)答機等幾種不同情況較為詳細地闡述了它的基本工作原理。

一、TCAS的概述

（一）TCAS的起源。開發(fā)有效的機載防撞系統(tǒng)曾經(jīng)是航空界多年來追求的目標。受1956年在科羅拉多大峽谷上空兩架客機相撞的刺激，航空公司開始了防撞概念的研究。20世紀60年代末至70年代初，若干廠家開發(fā)了航空器防撞系統(tǒng)ACAS

（Airborne Collision Avoidance System），但該設(shè)備在繁忙機場區(qū)域的正常運營中將產(chǎn)生高的虛警告，此外，它要求其他飛機也必須安裝該類設(shè)備。20世紀70年代中期，開發(fā)了信標防撞系統(tǒng)BCAS（Beacon Collision Avoidance System），該系統(tǒng)利用空中交通管制雷達信標系統(tǒng)ATCRBS應(yīng)答機發(fā)回的數(shù)據(jù)來決定對方飛機的距離和高度。所有的航線運輸飛機、軍用飛機和大多數(shù)通用航空飛機上都安裝有ATCRBS應(yīng)答機。因此，任何裝備BCAS的飛機能夠避開大多數(shù)其他飛機而得到保護。此外，正在發(fā)展的S模式應(yīng)答機使用的離散選址通信技術(shù)，使兩架沖突的BCAS飛機能高度可靠地完成協(xié)調(diào)的避讓機動。1981年，F(xiàn)AA決定發(fā)展并裝備空中交通警戒與防撞系統(tǒng)TCAS（Traffic Alert

and Collision Avoidance System）。TCAS用的是BCAS的設(shè)計，但增加了新的功能，特別是TCAS2能提供垂直方向的避讓措施，能在交通密度高達每平方nmile0.3架飛機的空域正常運行。因此，TCAS系統(tǒng)是完全不依賴地面系統(tǒng)的機載設(shè)備。它通過ATC應(yīng)答機相互對話，自行完成探測和跟蹤?quán)徑沼虻娘w機。根據(jù)接近程度，向機組提供不同級別的音響和目視警告，必要時推薦避讓措施。

（二）TCAS的功用和分類。交通咨詢與避撞系統(tǒng)（TCAS）是一種新型航空電子系統(tǒng)，可簡稱為避撞系統(tǒng)或防撞系統(tǒng)。國際民航組織定名為飛機避撞系統(tǒng)（ACAS）。它是一種獨立于地面設(shè)備的機載設(shè)備，它通過應(yīng)答機相互通話，探測和跟蹤?quán)徑沼?，根?jù)接近程度，向機組提供警告和推薦避讓措施。

根據(jù)功能的不同，TCAS分為四類：TCAS1、TCAS2、TCAS3、TCAS4。

TCAS1——僅僅提供接近警告，用以幫助飛行員目視搜尋對方飛機，該類設(shè)備主要用于通勤航空器和通用航空器上。

TCAS2——既提供交通警戒信息，同時推薦在垂直方向的避讓措施（決策信息），以避開沖突的交通目標。該類設(shè)備主要用于航線運輸飛機、較大的通勤飛機和公務(wù)飛機。

TCAS3——由于技術(shù)原因，已停止發(fā)展。

TCAS4——目前還在開發(fā)之中，為避開沖突飛機，將提供交通警戒信息，并推薦在垂直方向和水平方向的避讓措施。

（三） TCAS對飛行安全的影響。美國聯(lián)邦航空局于1989年1月發(fā)出指令，要求各航空公司于1993年12月30日以前將旅客座位超過30座以上的所有飛機安裝TCAS系統(tǒng)和S模式應(yīng)答機，1995年2月9日以前將旅客座位10～30座的所有飛機安裝TCAS系統(tǒng)，經(jīng)過幾年的實踐證明，TCAS系統(tǒng)確實是一種防止和避免空中相撞事故的有效設(shè)備，美國在未裝備TCAS的1989年共發(fā)生危險接近（距離小于30米）事件23起，而裝備后的4年里（1993～1996）總共出現(xiàn)了18起。我們身邊的事實同樣證明了TCAS為保障安全做出的積極貢獻。1996年9月8日，國航一架B747SP飛機執(zhí)飛香港的航班任務(wù)，進入武漢區(qū)域后，副駕駛在TCAS顯示器上發(fā)現(xiàn)有接近的飛機，雖然地面管制認為是TCAS出錯，但是機組通過目視觀察飛機外部情況，證實了TCAS顯示的正確性。TCAS發(fā)出“TRAFFIC”和“DESCENT”的音響警告，機組立即根據(jù)TCAS指令措施下降避免了一場可能發(fā)生的事故。

TCAS為飛行人員提供了一種安全可靠的探測空中交通環(huán)境手段。飛行人員在空中飛行時，不僅有交通控制系統(tǒng)為他們提供間隔距離，還可以方便的使用TCAS去發(fā)現(xiàn)附近的飛機，主動的避讓可能出現(xiàn)的危險，TCAS起著一道避免相撞危險的屏障作用，極大地增強了飛行人員的安全可靠感。

（四）TCAS的發(fā)展趨勢。TCAS在今后的使用中，其邏輯和標準將被不斷升級和提高，以便使其決策信息更趨于合理化，可靠性更強、準確性更高。例如，在按RA實施爬升和下降中達到超過紅區(qū)指示的垂直速度變化率時的聲音警報從過去的“Monitor Vertical Speed”（“監(jiān)控垂直速度”）變?yōu)椤癆djust Verti

cal Speed”（“校準垂直速度”），顯示也是用綠色飛行軌跡弧顯示出合理的高度變化率，以此抑制不必要的高度偏離。與此同時，TCAS4也在加緊研制，它直接從對方飛機或通過地面臺中介來接收對方飛機的GPS Position？（全球定位系統(tǒng)的位置）DA

TA（資料），進而與對方飛機的FMS（飛行管理系統(tǒng)）直接交換自動飛行的資料，發(fā)出向垂直和水平方向最合適的回避指示。

TCAS在可預(yù)見的未來仍是飛機監(jiān)視與防撞的重要組成部分，而且還將在未來新的自由飛行環(huán)境中擔(dān)當(dāng)關(guān)鍵的角色。如果借助ADS—B（廣播式自動相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)）的遠程被動式監(jiān)視技術(shù)，TCAS的功能將得到進一步的擴展。目前TCAS的監(jiān)視范圍為40海里，借助ADS—B被動監(jiān)視技術(shù)后TCAS的預(yù)警范圍可提高到200海里以上。并且ADS—B能夠周期性接收空域內(nèi)每架飛機的重要信息，其包括航空器識別、位置、速度方向、高度等。TCAS飛機可以利用這些信息擴展其安全探查范圍，從而為機組提供更大的空中交通定向能力。

二、TCAS2的組成及原理

（一）TCAS2系統(tǒng)的組成。TCAS機載電子設(shè)備必須和S模式應(yīng)答機聯(lián)合工作，因而一架飛機上必須有一至二套S模式應(yīng)答機再加上一套TCAS機載電子設(shè)備才能工作。全套組成機件如下：

（二）TCAS2的基本工作原理。TCAS2應(yīng)答機探測的范圍是前方40海里，后方20海里，兩側(cè)各20海里，上下8700英尺稱為保護區(qū)。如果有飛機闖入保護區(qū)，TCAS2系統(tǒng)通過應(yīng)答機與該機對話，計算雙方之間距離，對方的相對方位，對方的高度和垂直速度（如果對方報告高度），對方的接近速率，通過這些數(shù)據(jù)TCAS2計算兩架飛機對CPA的時間。因此，對方飛機所帶應(yīng)答機的類型不同，TCAS2的探測原理也有一定的差異。

（1） 對方飛機帶有S模式應(yīng)答機或TCAS2系統(tǒng)。S模式應(yīng)答機具有選擇地址的特性，它以每秒約1次的速率在1030MHz斷續(xù)發(fā)送間歇振蕩信號，該信號中含有發(fā)射者的S模式地址，裝有TCAS2的飛機將在1090MHz上主動接收這些信號，并對裝有S模式應(yīng)答機的飛機在1030MHz上發(fā)出S模式詢問。根據(jù)回答信號可以確定該飛機的距離，方位和高度；根據(jù)對方飛機的幾次應(yīng)答可以確定對方的高度變化率和距離變化率；根據(jù)詢問應(yīng)答之間的來回時間可以確定它是否接近或離開探測范圍。因此，TCAS計算機可以計算出對方飛機的輪廓線和飛行軌跡是否將導(dǎo)致與自己相撞或接近相撞。然后TCAS2在自身飛機輪廓線的基礎(chǔ)上，給出合理的避撞措施RA。如果對方飛機帶有TCAS2系統(tǒng)，每架飛機都通過S模式應(yīng)答機向?qū)Ψ桨l(fā)出詢問以保證互補決策的選擇。如圖2所示某架飛機正發(fā)出一個

RA，其它飛機就會向那架飛機每秒發(fā)一個協(xié)調(diào)詢問，協(xié)調(diào)詢問中包含有飛機打算作的垂直機動等信息，這種信息為互補形式。

（2）對方飛機帶有A/C模式應(yīng)答機。TCAS2采用一種修改的C模式詢問，即全呼叫C模式詢問，如圖3所示，它以每秒一次的正常速率詢問A/C模式應(yīng)答機。若對方飛機應(yīng)答機工作在C模式，其回答信號中包括有高度信息，TCAS2可以發(fā)布決策信息RA；若工作在A模式，回答信號中沒有高度信息，TCAS2不能發(fā)布決策信息RA，只能發(fā)布交通警戒信息TA。

（3）對方無應(yīng)答機或應(yīng)答機不工作。對方無應(yīng)答機或應(yīng)答機不工作，它對TCAS2的詢問無法做出響應(yīng)，因此，TCAS2無法探測該類飛機。

綜上所述，TCAS2提供的保護等級由對方飛機所帶的應(yīng)答機的類型來決定，若對方飛機帶有A模式應(yīng)答機，TCAS2只提供交通警戒信息TA；若對方飛機帶有C模式或S模式應(yīng)答機，TCAS2既提供交通警戒信息TA，還提供決策信息RA；若兩架飛機都帶有TCAS2設(shè)備，則通過S模式應(yīng)答機交換數(shù)據(jù)以對沖突進行協(xié)調(diào)解決；若對方飛機沒有應(yīng)答機或應(yīng)答機沒有工作，則TCAS2無法探測。

三、對航空維修工作的幾點思考

飛行安全是航空維修工作永恒的主題。一要掌握故障的宏觀規(guī)律。從宏觀上準確認識故障，是正確指導(dǎo)航空維修工作的基礎(chǔ)和前提。二是掌握故障的發(fā)生機理。對故障開展微觀研究，是提高機務(wù)人員技術(shù)水平的重要途徑。隨著裝備復(fù)雜度的提高，許多故障需要跨專業(yè)聯(lián)合攻關(guān)。這就需要建立新的故障研究機制，實現(xiàn)遠程診斷故障。三要從根本上減少故障。保證飛行安全的根本出路是提高裝備的固有可靠性，減少故障就必須注重維修質(zhì)量。航空維修工作現(xiàn)代化建設(shè)問題

發(fā)展就是硬道理，對航空維修部門來說也是如此。一要思想觀念現(xiàn)代化。應(yīng)該樹立強烈的現(xiàn)代化意識、發(fā)展意識和改革創(chuàng)新意識。飛機維修工作曾經(jīng)被視為簡單的技藝，但現(xiàn)代航空維修已經(jīng)成為一門科學(xué)，更被尊為其它武器裝備維修和工業(yè)維修的前驅(qū)。二要掌握應(yīng)用先進科技手段。實現(xiàn)航空維修現(xiàn)代化，關(guān)鍵在先進科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用。隨著航空維修技術(shù)進入信息時代，將先進維修技術(shù)用于老舊飛機大有潛力可挖。三要學(xué)習(xí)民航的先進維修經(jīng)驗。國內(nèi)民航維修保障工作已完全與國際接軌，其法規(guī)體系、管理制度、維修技術(shù)與西方先進國家相比已無很大差距。認真學(xué)習(xí)民航維修管理經(jīng)驗和技術(shù)，將起到事半功倍的效果。

小結(jié)：隨著民航事業(yè)的發(fā)展，空中交通日益繁忙，飛行安全也日益成為人們關(guān)注的焦點。維護過程中由于設(shè)備之間密切交聯(lián)，使故障現(xiàn)象之間的差別較難區(qū)分，有時是多種故障的綜合表現(xiàn)，有時是一條故障的多方影響，為機務(wù)人員排故帶來很大困難。為適應(yīng)當(dāng)前以可靠性為中心的維修思想，對TCAS2的維護不僅要求機務(wù)人員深刻了解該系統(tǒng)的基本工作原理以及它與其他機載系統(tǒng)的聯(lián)系，還要認真分析總結(jié)各種型號上TCAS系統(tǒng)的不同維修特點。這不僅對保障航空安全有重要意義，同時在減少維修費用，減少備件等方面具有重大的經(jīng)濟意義。