一種機載防撞系統(tǒng)混合監(jiān)視跟蹤方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種機載防撞系統(tǒng)混合監(jiān)視跟蹤方法,此方法通過主動監(jiān)視和被動監(jiān)視的綜合使用達到混合監(jiān)視的目的，包括以下操作步驟：初始采用主動監(jiān)視、潛在威脅條件判定、跟蹤確認、主動監(jiān)視轉被動監(jiān)視、被動監(jiān)視數(shù)據(jù)驗證、混合威脅條件判定、被動監(jiān)視轉主動監(jiān)視、跟蹤重新確認。這些操作按一定順序的使用構成了混合監(jiān)視跟蹤方法，本發(fā)明的使用可以在保持現(xiàn)有TCAS的防撞能力的基礎上，降低TCAS詢問頻率，減少空域中主動詢問的信號，降低了空域中信號的復雜性。利用ADS-B技術，使具有混合監(jiān)視功能的TCAS詢問效率更高，TCAS具有更多架飛機的跟蹤能力。
【專利說明】一種機載防撞系統(tǒng)混合監(jiān)視跟蹤方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及空中防撞技術，特別涉及一種機載防撞系統(tǒng)中監(jiān)視跟蹤的方法。
【背景技術】
[0002]TCAS(Traffic Alert and Collision Avoidance System)是運行獨立的空中交通防撞系統(tǒng)，它為裝備了應答機的飛機提供保護。TCAS主動詢問周圍裝備了應答機的飛機并跟蹤收到的應答，如果TCAS運算法則確定飛機入侵或即將入侵，TCAS將發(fā)出交通警戒信息(TA);如果入侵飛機繼續(xù)接近，TCAS將發(fā)出決策信息(RA)15TCAS II提供的保護等級由對方飛機所帶應答機的類型來確定，如果入侵飛機報告了高度(C / S模式)，TCAS發(fā)出交通警戒信息和決策信息；如果入侵飛機也裝備了 TCAS，那么這兩個TCAS II將通過S模式數(shù)據(jù)鏈交換信息對沖突進行協(xié)調解決。廣播式自動相關監(jiān)視ADS-B (Automat ic Dependent SurveiI lance-Broadcast)是通過飛機對外廣播其位置、速度、意圖等信息,并接收其他飛機的廣播信息，達到飛機間的相互感知，進而實現(xiàn)對周邊空域交通狀況全面、詳細的了解。裝備了ADS-B的飛機可以提高監(jiān)視精度、增強情景意識、共享間隔服務(比TCAS II監(jiān)視范圍更大)和更好的場面監(jiān)視等。
[0003]傳統(tǒng)的空中防撞系統(tǒng)對沖突的預測只能依靠獲得的當前和歷史位置、速度等信息，沖突預測能力將隨著航路飛行復雜性的增加降低。TCAS和地面空管監(jiān)視都使用1030 /1090MHz頻率，TCAS和地面空管的詢問都是通過機載應答機回答，因此，需要減少TCAS的詢問率以減少無線電干擾。ADS-B技術能夠對外廣播多種類型的、內容豐富的、滿足精度和準確性要求的監(jiān)視信息，但ADS-B —旦喪失了為其提供位置報告的基礎(如GPS)將會喪失沖突探測能力，而且ADS-B作為一種全新的技術，其性能還需要大量的測試和評估來驗證。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種機載防撞系統(tǒng)混合監(jiān)視跟蹤方法，在保持現(xiàn)有TCAS的防撞能力的基礎上，降低了 TCAS詢問頻率，減少了空域中TCAS主動詢問的信號，降低了空域中信號的復雜性。
[0005]為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明包括以下操作步驟:
[0006]步驟一、機載防撞系統(tǒng)初始采用主動監(jiān)視對入侵飛機跟蹤，即通過本機發(fā)送詢問信息，它機應答進行通信。
[0007]步驟二、根據(jù)入侵飛機的高度和距離進行判斷是否存在潛在威脅飛機的條件。潛在威脅用于從被動監(jiān)視切換到主動監(jiān)視的威脅檢查。
[0008]步驟三、若潛在威脅飛機的條件判定入侵飛機不存在潛在威脅，且其機載位置信號通過驗證，則系統(tǒng)跳轉至被動監(jiān)視進行跟蹤，被動接收它機的廣播信息進行跟蹤。支持TCAS交叉鏈路能力(如DF = O回復中的CC = I所示)的S模式應答機提供的“空中位置消息”數(shù)據(jù)，應通過同時獲得其“空中位置消息”數(shù)據(jù)、測量距離、方位角數(shù)據(jù)和采取含UF =
0、RL= I和BDS = 5的詢問獲得的AC字段域中的報告高度來確認。如果未收到回復，或如果回復不包含“空中位置消息”中的有效緯度、經度和高度數(shù)據(jù)，則應傳輸附加確認詢問。
[0009]步驟四、在使用被動監(jiān)視進行跟蹤時，每隔一斷時間根據(jù)入侵飛機的高度和距離判定一次入侵飛機是否存在混合威脅飛機的條件，若滿足混合威脅飛機的條件，則系統(tǒng)跳轉至主動監(jiān)視進行跟蹤。之前的跟蹤數(shù)據(jù)均是有它機廣播的信息，它機采用的是DF17進行高度，經緯度信息發(fā)送。本機根據(jù)它機的經緯度信息和本機的經緯度信息來計算得出距離。轉到主動監(jiān)視后，本機需要詢問UFO詢問信號，它機應答機回答的DR)包含了高度，距離信息，不需要經過一系列公式的計算，而是簡單轉換到即可得到距離。
[0010]步驟五、若被動監(jiān)視數(shù)據(jù)不可用(如GPS突然故障導致無法提供機載位置信息)，則系統(tǒng)應跳轉至主動監(jiān)視進行跟蹤。
[0011]步驟六、在使用被動監(jiān)視進行跟蹤時，還應根據(jù)距離不同每IOs或者60s對被動監(jiān)視數(shù)據(jù)發(fā)送一次主動詢問確認被動跟蹤的狀態(tài)進行再驗證，一旦再驗證失敗，則系統(tǒng)應跳轉至主動監(jiān)視進行跟蹤。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟二前先對入侵飛機進行所述步驟四中的混合威脅飛機的條件的判斷，若不滿足混合威脅飛機的條件再進行步驟二。
[0013]優(yōu)選地，步驟二中潛在威脅飛機的條件為:在主動監(jiān)視下，且不存在交通告警情況下滿足下述二個條件的任一條件就可以轉入被動監(jiān)視狀態(tài):
[0014]條件C)、-(j* - 4900/f)/ml?C-1ft/sec, s) > 65 sec I繪含s > 4900/f)
[0015]條件d)、一 (r -r) > 65 see> 3JIVM)
[0016]其中:s = I本機高度-它機高度I =高度差，單位ft ；
[0017]
s -(本機高度速率—它桃高度速率>lgn(本機離度-它機高度〕
[0018]高度差s的變化率，單位ft / S，負值表示高度差正在減??；
[0019]r =斜距，單位匪(被跟蹤飛機的斜距)；
[0020]r = 斜距變化率，單位NM / S，負值表示距離正在減??；
[0021]sign(X) = 1 如果 X ≥ O ;_1 如果 X < O。
[0022]優(yōu)選地，步驟四中混合威脅飛機的條件為:若以下條件同時滿足，則處于被動監(jiān)視狀態(tài)的跟蹤應切換到到主動監(jiān)視狀態(tài)；
[0023]條件a)、~{s — 4S00 /i)/w*lf1.{-l ft/sec, s) < 60 sm；
[0024]條件b)、一{** - 3 HI爾)/爾Ιλ(-6 it/3600?r) S 60
[0025]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明由于采取了以上技術措施，使原來的機載防撞系統(tǒng)可以大大減少對飛機的主動詢問，用被動接受信息代替主動詢問應答信息，從而降低TCAS詢問頻率，減少了空域中TCAS詢問的信號。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1應用了混合監(jiān)視方法的機載防撞系統(tǒng)框圖；
[0027]圖2混合監(jiān)視示意圖；
[0028]圖3混合監(jiān)視詳細步驟流程圖；【具體實施方式】
[0029]下面對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0030]—種機載防撞系統(tǒng)混合監(jiān)視跟蹤的方法,基于廣播式自動相關監(jiān)視(ADS-B)技術進行被動跟蹤，利用機載防撞系統(tǒng)(TCAS)自身的主動詢問進行主動跟蹤，混合監(jiān)視在主動監(jiān)視和被動監(jiān)視之間進行狀態(tài)的切換，用被動監(jiān)視代替部分主動監(jiān)視，使機載防撞系統(tǒng)的詢問頻率降低，增加機載防撞系統(tǒng)監(jiān)視距離，同時減少空域中詢問的信號。圖1是本發(fā)明一種機載防撞系統(tǒng)混合監(jiān)視跟蹤的方法應用在機載防撞系統(tǒng)中的框圖。本發(fā)明一種機載防撞系統(tǒng)混合監(jiān)視跟蹤的方法是一種監(jiān)視方法，如圖1所示，本實例中所提到的混合監(jiān)視TCAS設備，其被動監(jiān)視數(shù)據(jù)是通過S模式擴展squitter信號廣播和接收的，即1090MHz ADS-B。它是以TCAS設備為基礎，增加了被動監(jiān)視數(shù)據(jù)提供的經緯度信息。從圖中可以看出，相比滿足D0-185A標準TCAS的最低需求，混合監(jiān)視TCAS多了一個機載位置信息源提供經緯度信息。系統(tǒng)通過ARINC429總線接收本機位置信息(經緯度數(shù)據(jù))，并通過監(jiān)聽它機S模式應答機廣播的射頻信號(DF= 17)獲取它機的位置信息。本發(fā)明使用在S模式監(jiān)視的surveillance軟件中，嵌入在原來機載防撞系統(tǒng)的穩(wěn)定跟蹤狀態(tài)的S跟蹤處理流程中。
[0031]圖2為由于可能發(fā)生碰撞，系統(tǒng)如何從具有確認功能的被動監(jiān)視過渡到主動監(jiān)視的示意圖。當入侵飛機由遠及近靠近本機，一旦入侵飛機馬上要構成碰撞威脅，將使用主動監(jiān)視對其進行跟蹤。當入侵飛機不會構成威脅時，使用被動監(jiān)視對其進行跟蹤，并使用TCAS主動詢問每分鐘確認一次被動監(jiān)視位置。當入侵飛機在高度或距離(而非二者同時)方面快構成威脅時，使用被動監(jiān)視對其進行跟蹤，并使用TCAS主動詢問每10秒時間確認一次被動監(jiān)視位置。當入侵飛機同時在高度和距離方面快構成威脅時，使用主動監(jiān)視以IHz詢問頻率對其進行跟蹤。確定入侵飛機快要構成威脅的條件將確保系統(tǒng)及時過渡到主動監(jiān)視，以便在必要時發(fā)出空中交通警戒信息(TA)和決策信息(RA)。
[0032]圖3展示了本發(fā)明的詳細步驟:
[0033](I)系統(tǒng)初始采用主動監(jiān)視對入侵飛機跟蹤。
[0034](2)若入侵飛機不滿足混合威脅飛機的條件，則對潛在威脅飛機條件進行判定。潛在威脅和混合威脅是同一個概論，用于從被動監(jiān)視切換到主動監(jiān)視的威脅檢查，其Tau比TA / RA要稍微大一些。其意義在于從被動監(jiān)視切換到主動監(jiān)視后，還有一段緩沖時間進行主動跟蹤，使得到的跟蹤數(shù)據(jù)皆是基于主動監(jiān)視的，從而使TA / RA報告與標準TCAS跟蹤是一致的。條件c和條件d為潛在威脅標準。
[0035](3)若潛在威脅飛機的條件判定入侵飛機不存在潛在威脅，且其機載位置信號通過驗證(validation)，則系統(tǒng)應跳轉至被動監(jiān)視進行跟蹤。支持TCAS交叉鏈路能力(如DF = O回復中的CC= I所示)的S模式應答機提供的“空中位置消息”數(shù)據(jù)，應通過同時獲得其“空中位置消息”數(shù)據(jù)、測量距離、方位角數(shù)據(jù)和采取含UF = O、RL = I和BDS = 5的詢問獲得的AC字段域中的報告高度來確認。如果未收到回復，或如果回復不包含“空中位置消息”中的有效緯度、經度和高度數(shù)據(jù)，則應傳輸附加確認詢問。
[0036](4)在使用被動監(jiān)視進行跟蹤時，混合威脅飛機的條件應每秒判定一次。若入侵飛機的距離和高度滿足混合威脅飛機的條件，則系統(tǒng)應跳轉至主動監(jiān)視進行跟蹤。
[0037](5)若被動監(jiān)視數(shù)據(jù)不可用(如突然故障導致無法提供機載位置信息)，則系統(tǒng)應跳轉至主動監(jiān)視進行跟蹤。如果沒有收到已建立跟蹤的S模式地址的“空中位置消息”，或處于主動監(jiān)視狀態(tài)的已建立跟蹤都應保持處于主動監(jiān)視狀態(tài)。
[0038](6)在使用被動監(jiān)視進行跟蹤時，還應周期的對被動監(jiān)視數(shù)據(jù)進行再驗證(revalidation)，一旦再驗證失敗，則系統(tǒng)應跳轉至主動監(jiān)視進行跟蹤。
[0039]混合威脅標準定義了被動監(jiān)視狀態(tài)與主動監(jiān)視狀態(tài)的轉換條件，在混合監(jiān)視流程里，采用了混合威脅條件和潛在威脅條件來決定采用主動監(jiān)視還是被動監(jiān)視。條件a和條件b為混合型威脅標準:
[0040]
【權利要求】
1.一種機載防撞系統(tǒng)混合監(jiān)視跟蹤方法，包含以下步驟: 步驟一、機載防撞系統(tǒng)初始采用主動監(jiān)視對入侵飛機跟蹤，即通過本機發(fā)送詢問信息，入侵機應答進行通信； 步驟二、根據(jù)入侵飛機的高度和距離進行判斷是否存在潛在威脅飛機的條件； 步驟三、若潛在威脅飛機的條件判定入侵飛機不存在潛在威脅，且其機載位置信號通過驗證，則系統(tǒng)跳轉至被動監(jiān)視進行跟蹤，被動接收它機的廣播信息進行跟蹤； 步驟四、在使用被動監(jiān)視進行跟蹤時，每隔一斷時間根據(jù)入侵飛機的高度和距離判定一次入侵飛機是否存在混合威脅飛機的條件，若滿足混合威脅飛機的條件，則系統(tǒng)跳轉至主動監(jiān)視進行跟蹤。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種機載防撞系統(tǒng)混合監(jiān)視跟蹤方法，其特征在于還包含以下步驟: 步驟五、若被動監(jiān)視數(shù)據(jù)不可用，則系統(tǒng)應跳轉至主動監(jiān)視進行跟蹤。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種機載防撞系統(tǒng)混合監(jiān)視跟蹤方法，其特征在于還包含以下步驟: 步驟六、在使用被動監(jiān)視進行跟蹤時，還應周期的對被動監(jiān)視數(shù)據(jù)發(fā)送一次主動詢問確認被動跟蹤的狀態(tài)進行再驗證，一旦再驗證失敗，則系統(tǒng)應跳轉至主動監(jiān)視進行跟蹤。
4.根據(jù)權利要求1 所述的一種機載防撞系統(tǒng)混合監(jiān)視跟蹤方法，其特征在于所述步驟二前先對入侵飛機進行所述步驟四中的混合威脅飛機的條件的判斷，若不滿足混合威脅飛機的條件再進行步驟二。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種機載防撞系統(tǒng)混合監(jiān)視跟蹤方法，其特征在于所述步驟二中潛在威脅飛機的條件為:在主動監(jiān)視下，且不存在交通告警情況下滿足下述二個條件的任一條件就可以轉入被動監(jiān)視狀態(tài): 條件 c)、-(S- 490?s) > 65 sec (0含s > 4900/r) 條件 d)、一 (r- 3.2NM)/min(~6kt/36m,r} > msec (磨會r 2: 3 JiVM)其中:s =本機高度-它機高度I =高度差，單位ft ；s = ζ本概高_率_它機 高度速率>ign(本機高度-它機高度) 高度差S的變化率，單位ft / S，負值表示高度差正在減小； r =斜距，單位匪(被跟蹤飛機的斜距); r =斜距變化率,單位NM / S,負值表示距離正在減??； sign(X) = I 如果 X ≥ O ;_1 如果 X < O。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種機載防撞系統(tǒng)混合監(jiān)視跟蹤方法，其特征在于所述步驟四中混合威脅飛機的條件為:若以下條件同時滿足，則處于被動監(jiān)視狀態(tài)的跟蹤應切換到到主動監(jiān)視狀態(tài)； 條件 a)、-(s - 4SOOftfsec,s) < 60 Mm-, 條件 b) - 3 NM)/ min(—S fet/3600,?r) 60 Seca
【文檔編號】G08G5/04GK103680217SQ201310574647
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月15日 優(yōu)先權日:2013年11月15日
【發(fā)明者】曹楊華, 樂斌, 李 杰, 鄭鳳, 馬晉, 繆萬勝 申請人:中國航空無線電電子研究所