TCAS功能优先级自动控制方法与流程

本发明涉及机载防撞，特别是tcas功能优先级自动控制方法。

背景技术：

机载防撞系统(即acas-airbornecollisionavoidancesystem，又称tcas-trafficalertandcollisionavoidancesystem)由美国联邦航空局(faa)定义，目前军民航使用的一般为tcasii型防撞系统，可提供交通告警(ta)和决断告警(ra)。tcas是防止空中飞机危险接近和相撞事故发生的必不可少的设备，可独立于地面交通管制系统的进行工作。主要用于为飞机提供空中安全分隔保证.系统采用二次雷达的方式探测附近空域的接近飞机，必要时，提醒飞行员采取规避措施与以其它飞机保持适当的安全间距，达到防碰撞的目的。通过近几年的飞行实践证明，该系统是防止飞机空中相撞的最后一道防线，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飞行安全保证能力，对应付空中突发的危险接近，避免空中相撞有巨大的作用。

系统的acas收发主机是实现防撞功能的关键，其通过控制天线波束指向，对飞机前、后、左、右4个区域进行扫描询问，附近装有空管应答机(s模式/atcrbs应答机)的飞机(以下称为目标机)会做出应答。acas收发主机根据收到的应答信号，获得目标机的高度、相对距离、方位等信息，并进而计算其高度变化率，相对距离变化率并结合本机的位置和运动信息，评估出目标机的威胁级别(ot：其它飞机，pt：接近飞机，ta：交通告警，ra：决断告警)，并将不同目标机以相应的图形方式进行显示。

综合模块化航空电子系统：

现代飞机上使用统一处理器对飞机上各种航空电子设备的信息进行统一的处理，并将功能相同或相近的设备组合在一个组件内，且在显示器上综合显示相关的参数，在各航空电子设备之间通过机载数据总线来传送有关信息，从而使整个飞机上所有航空电子设备的性能达到更高的水平，这样的系统称为综合航空电子系统，简称综合航电系统。为了构建先进的系统，当前的综合航电系统更加强调开放式架构、商用货架技术和统一网络，由此综合模块化航空电子系统(ima)概念应运而生。为了实现任务关键和安全关键的航空电子系统，综合调度技术广泛应用于航空电子体系结构中，并成为ima架构优势使能的关键技术。

tcas的综合模块化航空电子系统的实现：

tcas在综合模块航空电子系统架构下实现时，通常要与其它功能项共用天线、询问发射、信号处理等资源。并通过一定的优先级策略实现资源的共享复用。

在ima架构下实现tcas与其它功能时，在共用资源的情况下，当前技术通常采用固定优先级策略，但是tcas是防止飞机空中相撞的最后屏障，是飞机安全飞行的必不可少的最有效手段，当存在飞机空中危险接近情况下，采用固定优先级策略，tcas的运行资源不能得到保障，则不能充分发挥系统的能效，可能影响碰撞冲突告警的及时性，难以及时探测潜在碰撞威胁并向飞行员提供安全有效的机动规避建议。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，为了解决资源竞争情况下的自动优先级调度问题，提供了tcas功能优先级自动控制方法。

本发明采用的技术方案如下：tcas功能优先级自动控制方法，包括：

在询问周期内，分别计算目标飞机与本机在距离和高度上发生碰撞的时间，如果距离或者高度上发生碰撞的时间大于预先设置的临界时间，则在tcas询问以及tcas询问以外的询问中，优先进行tcas询问以外的询问；如果距离和高度上发生碰撞的时间均小于预先设置的临界时间，则优先进行tcas询问。

进一步的，计算目标飞机与本机在高度上发生碰撞的时间为：

-(abs(zown-ztar)-4500)/min(-1，zdown-zdtar)*sign(zown-ztar)

其中：

zown：本机大气压高度，来自飞机的大气高度表；单位是英尺；

ztar：目标飞机的大气压高度，提取自目标飞机应答报文，单位是英尺；

zdown：本机垂直速率，单位是英尺/秒；

zdtar：目标飞机垂直速率，单位是英尺/秒；

sign是符号函数，正数和零取1，负数取-1。

进一步的，计算目标飞机与本机在距离上发生碰撞的时间为：

其中：

rtar：目标飞机距离本机的斜距，根据询问应答测距所得，单位是海里；

rdtar：目标飞机相对于本机飞行的速率，单位是海里/秒。

进一步的，所述预先设置的临界时间为60s。

进一步的，目标飞机与本机的危险碰撞时间：

其中：

rtar：目标飞机距离本机的斜距，根据询问应答测距所得；

rdtar：目标飞机相对于本机飞行的速率；

根据危险碰撞时间与安全碰撞时间临界值的大小关系，设置监视询问周期。

进一步的，所述安全碰撞时间临界值为60s，如果危险碰撞时间大于60s则采用5秒1次监视询问，如果危险碰撞时间小于等于60s则采用1秒1次监视询问。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本发明对tcas与其它功能在共享资源条件下，设计了一种自动优先级控制方法及其具体流程，该控制方法占有少量资源，能判断是否存在潜在碰撞危险。在资源竞争情况下，通过潜在碰撞威胁的判定，进行合理优先级分配策略，系统能够自动判定空域内是否存在危险接近的飞机，如果存在危险碰撞，由其它功能资源优先模式自动切换到tcas资源优先模式；tcas持续工作，直到该架威胁目标机导致潜在的碰撞危险消失，从而保证系统能效。

附图说明

图1本发明实施例中tcas功能优先级自动控制方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

每周期对tcas监视的每一架s模式飞机威胁程度进行计算，分别计算目标飞机与本机在距离和高度上发生碰撞的时间，进行询问优先等级实时调整。若tcas询问时与其它功能询问时间分配上发生冲突，当前tcas询问的目标飞机威胁碰撞等级较高，则优先进行tcas询问，若威胁碰撞等级低，则优先进行tcas询问以外的其它功能询问。本实施例的主要计算公式和步骤如下：

1.计算目标飞机与本机在高度上发生碰撞的时间，如公式1：

-(abs(zown-ztar)-4500)/min(-1，zdown-zdtar)*sign(zown-ztar)

其中：

zown：本机大气压高度，来自飞机的大气高度表；单位是英尺；

ztar：目标飞机的大气压高度，提取自目标飞机应答报文，单位是英尺；

zdown：本机垂直速率，单位是英尺/秒；

zdtar：目标飞机垂直速率，单位是英尺/秒；

sign是符号函数，正数和零取1，负数取-1。

2.计算目标飞机与本机在距离上发生碰撞的时间，如公式2：

其中：

rtar：目标飞机距离本机的斜距，根据询问应答测距所得，单位是海里；

rdtar：目标飞机相对于本机飞行的速率，单位是海里/秒。

3.目标飞机与本机的危险碰撞时间，如公式3：

其中：

rtar：目标飞机距离本机的斜距，根据询问应答测距所得；

rdtar：目标飞机相对于本机飞行的速率；

4.如图1所示，根据航迹文件，判断tcas工作状态正常且处于可询问状态，并且该目标机为有效s模式目标且为跟踪建立目标，当前周期为询问该目标机。如果满足上述条件，判断该目标当前询问是否处于低优先级。该目标机处于高的优先级时：每周期根据公式1和公式2分别计算目标飞机的碰撞时间，如果相对高度或者相对距离碰撞时间大于60秒，则保持tcas的询问优先级为低，此时若其它功能询问与tcas询问时间分配冲突，则优先进行其它功能询问；否则设置该飞机的tcas询问为优先。该目标机处于低的优先级时：当公式1和公式2计算结果均小于60秒，则设置tcas询问为高的优先级；否则保持当前的优先级。

5.为降低tcas询问对载机周围空域的电磁干扰及降低tcas询问与其它功能询问时间调度冲突可能性，每周期根据公式3实时计算目标飞机与本机的危险碰撞时间，判定目标飞机的威胁等级，实时调整询问频率，若估算发生碰撞时间大于60秒，则采用5秒1次监视询问，否则采用1秒1次监视询问，具体流程图如图1所示。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。