一种机载防撞系统混合监视跟踪方法

IPRDB

API 数据接口

专利申请

使用指引 chat嘟嘟

会员体验

联系我们

交流群

现在联系顾问~

一种机载防撞系统混合监视跟踪方法
申请号	CN201310574647.0	申请日	2013-11-15	公开(公告)号	CN103680217A	公开(公告)日	2014-03-26
申请人	中国航空无线电电子研究所;			发明人	曹杨华; 乐斌; 李杰; 郑凤; 马晋; 缪万胜;
摘要	本发明公开了一种机载防撞系统混合监视跟踪方法,此方法通过主动监视和被动监视的综合使用达到混合监视的目的，包括以下操作步骤：初始采用主动监视、潜在威胁条件判定、跟踪确认、主动监视转被动监视、被动监视数据验证、混合威胁条件判定、被动监视转主动监视、跟踪重新确认。这些操作按一定顺序的使用构成了混合监视跟踪方法，本发明的使用可以在保持现有TCAS的防撞能力的基础上，降低TCAS询问频率，减少空域中主动询问的信号，降低了空域中信号的复杂性。利用ADS-B技术，使具有混合监视功能的TCAS询问效率更高，TCAS具有更多架飞机的跟踪能力。
权利要求	1.一种机载防撞系统混合监视跟踪方法，包含以下步骤：步骤一、机载防撞系统初始采用主动监视对入侵飞机跟踪，即通过本机发送询问信息，入侵机应答进行通信；步骤二、根据入侵飞机的高度和距离进行判断是否存在潜在威胁飞机的条件；步骤三、若潜在威胁飞机的条件判定入侵飞机不存在潜在威胁，且其机载位置信号通过验证，则系统跳转至被动监视进行跟踪，被动接收它机的广播信息进行跟踪；步骤四、在使用被动监视进行跟踪时，每隔一断时间根据入侵飞机的高度和距离判定一次入侵飞机是否存在混合威胁飞机的条件，若满足混合威胁飞机的条件，则系统跳转至主动监视进行跟踪。 2.根据权利要求1所述的一种机载防撞系统混合监视跟踪方法，其特征在于还包含以下步骤：步骤五、若被动监视数据不可用，则系统应跳转至主动监视进行跟踪。 3.根据权利要求1所述的一种机载防撞系统混合监视跟踪方法，其特征在于还包含以下步骤：步骤六、在使用被动监视进行跟踪时，还应周期的对被动监视数据发送一次主动询问确认被动跟踪的状态进行再验证，一旦再验证失败，则系统应跳转至主动监视进行跟踪。 4.根据权利要求1所述的一种机载防撞系统混合监视跟踪方法，其特征在于所述步骤二前先对入侵飞机进行所述步骤四中的混合威胁飞机的条件的判断，若不满足混合威胁飞机的条件再进行步骤二。 5.根据权利要求1所述的一种机载防撞系统混合监视跟踪方法，其特征在于所述步骤二中潜在威胁飞机的条件为：在主动监视下，且不存在交通告警情况下满足下述二个条件的任一条件就可以转入被动监视状态：条件c)、条件d)、其中：s＝\| 本机高度-它机高度\|＝高度差，单位ft；高度差s的变化率，单位ft／s，负值表示高度差正在减小； r＝斜距，单位NM(被跟踪飞机的斜距)；单位NM／s，负值表示距离正在减小； sign(x)＝1如果x≥0；-1如果x＜0。 6.根据权利要求1所述的一种机载防撞系统混合监视跟踪方法，其特征在于所述步骤四中混合威胁飞机的条件为：若以下条件同时满足，则处于被动监视状态的跟踪应切换到到主动监视状态；条件a)、条件b)、
说明书全文	一种机载防撞系统混合监视跟踪方法技术领域 [0001] 本发明涉及空中防撞技术，特别涉及一种机载防撞系统中监视跟踪的方法。背景技术 [0002] TCAS(Traffic Alert and Collision Avoidance System)是运行独立的空中交通防撞系统，它为装备了应答机的飞机提供保护。TCAS主动询问周围装备了应答机的飞机并跟踪收到的应答，如果TCAS运算法则确定飞机入侵或即将入侵，TCAS将发出交通警戒信息(TA)；如果入侵飞机继续接近，TCAS将发出决策信息(RA)。TCAS II提供的保护等级由对方飞机所带应答机的类型来确定，如果入侵飞机报告了高度(C／S模式)，TCAS发出交通警戒信息和决策信息；如果入侵飞机也装备了TCAS，那么这两个TCAS II将通过S模式数据链交换信息对冲突进行协调解决。广播式自动相关监视ADS-B(Automat ic Dependent Survei l lance-Broadcast)是通过飞机对外广播其位置、速度、意图等信息，并接收其他飞机的广播信息，达到飞机间的相互感知，进而实现对周边空域交通状况全面、详细的了解。装备了ADS-B的飞机可以提高监视精度、增强情景意识、共享间隔服务(比TCAS II监视范围更大)和更好的场面监视等。 [0003] 传统的空中防撞系统对冲突的预测只能依靠获得的当前和历史位置、速度等信息，冲突预测能力将随着航路飞行复杂性的增加降低。TCAS和地面空管监视都使用1030／1090MHz频率，TCAS和地面空管的询问都是通过机载应答机回答，因此，需要减少TCAS的询问率以减少无线电干扰。ADS-B技术能够对外广播多种类型的、内容丰富的、满足精度和准确性要求的监视信息，但ADS-B一旦丧失了为其提供位置报告的基础(如GPS) 将会丧失冲突探测能力，而且ADS-B作为一种全新的技术，其性能还需要大量的测试和评估来验证。发明内容 [0004] 本发明的发明目的在于提供一种机载防撞系统混合监视跟踪方法，在保持现有TCAS的防撞能力的基础上，降低了TCAS询问频率，减少了空域中TCAS主动询问的信号，降低了空域中信号的复杂性。 [0005] 为了达到上述发明目的，本发明包括以下操作步骤： [0006] 步骤一、机载防撞系统初始采用主动监视对入侵飞机跟踪，即通过本机发送询问信息，它机应答进行通信。 [0007] 步骤二、根据入侵飞机的高度和距离进行判断是否存在潜在威胁飞机的条件。潜在威胁用于从被动监视切换到主动监视的威胁检查。 [0008] 步骤三、若潜在威胁飞机的条件判定入侵飞机不存在潜在威胁，且其机载位置信号通过验证，则系统跳转至被动监视进行跟踪，被动接收它机的广播信息进行跟踪。支持TCAS交叉链路能力(如DF＝0回复中的CC＝1所示)的S模式应答机提供的“空中位置消息”数据，应通过同时获得其“空中位置消息”数据、测量距离、方位角数据和采取含UF＝0、RL＝1和BDS＝5的询问获得的AC字段域中的报告高度来确认。如果未收到回复，或如果回复不包含“空中位置消息”中的有效纬度、经度和高度数据，则应传输附加确认询问。 [0009] 步骤四、在使用被动监视进行跟踪时，每隔一断时间根据入侵飞机的高度和距离判定一次入侵飞机是否存在混合威胁飞机的条件，若满足混合威胁飞机的条件，则系统跳转至主动监视进行跟踪。之前的跟踪数据均是有它机广播的信息，它机采用的是DF17进行高度，经纬度信息发送。本机根据它机的经纬度信息和本机的经纬度信息来计算得出距离。转到主动监视后，本机需要询问UF0询问信号，它机应答机回答的DF0包含了高度，距离信息，不需要经过一系列公式的计算，而是简单转换到即可得到距离。 [0010] 步骤五、若被动监视数据不可用(如GPS突然故障导致无法提供机载位置信息)，则系统应跳转至主动监视进行跟踪。 [0011] 步骤六、在使用被动监视进行跟踪时，还应根据距离不同每10s或者60s对被动监视数据发送一次主动询问确认被动跟踪的状态进行再验证，一旦再验证失败，则系统应跳转至主动监视进行跟踪。 [0012] 优选地，所述步骤二前先对入侵飞机进行所述步骤四中的混合威胁飞机的条件的判断，若不满足混合威胁飞机的条件再进行步骤二。 [0013] 优选地，步骤二中潜在威胁飞机的条件为：在主动监视下，且不存在交通告警情况下满足下述二个条件的任一条件就可以转入被动监视状态： [0014] 条件c)、 [0015] 条件d)、 [0016] 其中：s＝\|本机高度-它机高度\|＝高度差，单位ft； [0017] [0018] 高度差s的变化率，单位ft／s，负值表示高度差正在减小； [0019] r＝斜距，单位NM(被跟踪飞机的斜距)； [0020] 单位NM／s，负值表示距离正在减小； [0021] sign(x)＝1如果x≥0；-1如果x＜0。 [0022] 优选地，步骤四中混合威胁飞机的条件为：若以下条件同时满足，则处于被动监视状态的跟踪应切换到到主动监视状态； [0023] 条件a)、 [0024] 条件b)、 [0025] 与现有技术相比，本发明由于采取了以上技术措施，使原来的机载防撞系统可以大大减少对飞机的主动询问，用被动接受信息代替主动询问应答信息，从而降低TCAS询问频率，减少了空域中TCAS询问的信号。附图说明 [0026] 图1应用了混合监视方法的机载防撞系统框图； [0027] 图2混合监视示意图； [0028] 图3混合监视详细步骤流程图；具体实施方式 [0029] 下面对本发明做进一步详细说明。 [0030] 一种机载防撞系统混合监视跟踪的方法，基于广播式自动相关监视(ADS-B)技术进行被动跟踪，利用机载防撞系统(TCAS)自身的主动询问进行主动跟踪，混合监视在主动监视和被动监视之间进行状态的切换，用被动监视代替部分主动监视，使机载防撞系统的询问频率降低，增加机载防撞系统监视距离，同时减少空域中询问的信号。图1是本发明一种机载防撞系统混合监视跟踪的方法应用在机载防撞系统中的框图。本发明一种机载防撞系统混合监视跟踪的方法是一种监视方法，如图1所示，本实例中所提到的混合监视TCAS设备，其被动监视数据是通过S模式扩展squitter信号广播和接收的，即1090MHz ADS-B。它是以TCAS设备为基础，增加了被动监视数据提供的经纬度信息。从图中可以看出，相比满足D0-185A标准TCAS的最低需求，混合监视TCAS多了一个机载位置信息源提供经纬度信息。系统通过ARINC429总线接收本机位置信息(经纬度数据)，并通过监听它机S模式应答机广播的射频信号(DF＝17)获取它机的位置信息。本发明使用在S模式监视的surveillance软件中，嵌入在原来机载防撞系统的稳定跟踪状态的S跟踪处理流程中。 [0031] 图2为由于可能发生碰撞，系统如何从具有确认功能的被动监视过渡到主动监视的示意图。当入侵飞机由远及近靠近本机，一旦入侵飞机马上要构成碰撞威胁，将使用主动监视对其进行跟踪。当入侵飞机不会构成威胁时，使用被动监视对其进行跟踪，并使用TCAS主动询问每分钟确认一次被动监视位置。当入侵飞机在高度或距离(而非二者同时)方面快构成威胁时，使用被动监视对其进行跟踪，并使用TCAS主动询问每10秒时间确认一次被动监视位置。当入侵飞机同时在高度和距离方面快构成威胁时，使用主动监视以1Hz询问频率对其进行跟踪。确定入侵飞机快要构成威胁的条件将确保系统及时过渡到主动监视，以便在必要时发出空中交通警戒信息(TA)和决策信息(RA)。 [0032] 图3展示了本发明的详细步骤： [0033] (1)系统初始采用主动监视对入侵飞机跟踪。 [0034] (2)若入侵飞机不满足混合威胁飞机的条件，则对潜在威胁飞机条件进行判定。潜在威胁和混合威胁是同一个概论，用于从被动监视切换到主动监视的威胁检查，其Tau比TA／RA要稍微大一些。其意义在于从被动监视切换到主动监视后，还有一段缓冲时间进行主动跟踪，使得到的跟踪数据皆是基于主动监视的，从而使TA／RA报告与标准TCAS跟踪是一致的。条件c和条件d为潜在威胁标准。 [0035] (3)若潜在威胁飞机的条件判定入侵飞机不存在潜在威胁，且其机载位置信号通过验证(validation)，则系统应跳转至被动监视进行跟踪。支持TCAS交叉链路能力(如DF＝0回复中的CC＝1所示)的S模式应答机提供的“空中位置消息”数据，应通过同时获得其“空中位置消息”数据、测量距离、方位角数据和采取含UF＝0、RL＝1和BDS＝5的询问获得的AC字段域中的报告高度来确认。如果未收到回复，或如果回复不包含“空中位置消息”中的有效纬度、经度和高度数据，则应传输附加确认询问。 [0036] (4)在使用被动监视进行跟踪时，混合威胁飞机的条件应每秒判定一次。若入侵飞机的距离和高度满足混合威胁飞机的条件，则系统应跳转至主动监视进行跟踪。 [0037] (5)若被动监视数据不可用(如突然故障导致无法提供机载位置信息)，则系统应跳转至主动监视进行跟踪。如果没有收到已建立跟踪的S模式地址的“空中位置消息”，或处于主动监视状态的已建立跟踪都应保持处于主动监视状态。 [0038] (6)在使用被动监视进行跟踪时，还应周期的对被动监视数据进行再验证(revalidation)，一旦再验证失败，则系统应跳转至主动监视进行跟踪。 [0039] 混合威胁标准定义了被动监视状态与主动监视状态的转换条件，在混合监视流程里，采用了混合威胁条件和潜在威胁条件来决定采用主动监视还是被动监视。条件a和条件b为混合型威胁标准： [0040] [0041] [0042] 其中：s＝\|本机高度-它机离度\|＝离度差，单位ft； [0043] [0044] 高度差s的变化率，单位ft／s，负值表示高度差正在减小； [0045] r＝斜距，单位NM(被跟踪飞机的斜距)； [0046] 单位NM／s，负值表示距离正在减小； [0047] sign(x)＝1如果x≥0；－1如果x＜0。 [0048] 如果以上条件同时为真，则处于被动监视状态的跟踪应切换到到主动监视状态。上述计算中使用的距离和距离变化率应只根据被动监视距离测量确定。当跟踪起初过渡到被动监视时，不超过5个监视更新时间间隔的时间段内，可能发生无法提供足够的被动监视报告确定距离变化率。当无法提供被动监视距离变化率时，以上第2项条件应被视为假。 [0049] 条件c和条件d为潜在威胁标准。处于主动监视状态的跟踪，如果不满足主动监视条件且以下任一条件为真，则应过渡到被动监视，但前提是该跟踪当前不构成威胁(没有发生空中交通警戒信息或决策告警信息）条件如下： [0050] [0051] [0052] 以上计算中使用的距离变化率应根据主动距离测量结果确定。如果无法提供距离变化率估计值，则应假设为－1200kt。被动监视区与主动监视区之间的差别会在被动监视跟踪和主动跟踪之间形成Tau为5秒、高度为400英尺、距离为0.2NM的混合监视过渡窗(滞后现象)。 [0053] 获得本机及它机经纬度信息主要是为了计算它机与本机的距离。以下公式将根据全球定位系统采用的WGS-84地球椭球模型将纬度、经度和离WGS-84椭球面的高度精确换算为x、y、z地心地固坐标系，根据x、y、z的值再算出斜距：2 [0054] x＝(N+h)cosφcosλ；y＝(N+h)cosφsinλ；z＝(N(1-e)+h)sinφ。其中：N2 2 1/2 ＝a／(1-esinφ) ＝垂直于椭球面的直线在椭球面上的点(φ，λ)和该直线与椭球 2 轴线的交点之间长度；h＝离WGS-84椭球面的高度；φ＝大地纬度；λ＝大地经度；e ＝ 2 2 2 -3 (a-b)／a ＝WGS84椭球第一离心率的平方＝6.69437999014×10 ；a＝WGS84椭球的半长轴＝6378137.0m；b＝WGS84椭球的半短轴＝6356752.3142m。将本机位置和它机位置换算为x、y、z，然后通过标准公式计算得出斜距： [0055] r2＝(x它机-x本机)2+(y它机-y本机)2+(z它机-z本机)2以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。