基于TCAS系统的区域空域管理监视系统

摘要

本发明公开了一种基于TCAS系统的区域空域管理监视系统，该系统通过信号询问单元对区域空域内装有A/C或S模式应答机的飞机进行询问，在接收飞机返回的应答信号后，对应答信号进行处理，从而获取区域空域飞机的航向、机体状态、地理位置等信息。同时，该系统还可融入机载ADS-B网络，以接收广播的形式获取飞机的相关状态信息。本发明将航空业内广泛认可的空中交通预警防撞理念引入地面，不仅使用方便快捷，移动灵活。本发明作为一种区域空域管理监视系统，广泛应用于军用或小型机场地面监视。

说明书

技术领域

本发明涉及管理监视系统，尤其是基于TCAS系统的区域管理监视系统。

背景技术

TCAS（Traffic Alert and Collision Avoidance System），空中交通预警和防撞系统。TCAS系统的功用是，向邻近的飞机发出询问信号，通过入侵飞机的机载应答机系统对询问信号的应答，获得入侵飞机的代码、高度、航向和其他数据。TCAS计算机通过数据分析，判断出入侵飞机相对本机的威胁等级。如果存在潜在的威胁，TCAS系统将向驾驶员发出咨询提示，或发出垂直机动指示，指导驾驶员，避免与入侵飞机发生冲突。如果不存在威胁，TCAS系统将显示入侵飞机的相对位置和轨迹。

ADS-B指广播式自动相关监视。装备了ADS-B自动广播系统的飞机可通过数据链广播其自身的精确位置和其它数据(如速度、高度及飞机是否转弯、爬升或下降等)。ADS-B自动广播系统与空管系统、其它飞机的机载ADS-B自动广播系统结合起来，在空地都能提供精确、实时的冲突信息。

控制交通管制应答机是空中交通管制雷达信标系统的机载设备，它的功用是与地面二次雷达相配合，向地面管制中心报告飞机的识别代码和气压高度。应答机有A/C模式和S模式应答机两种。空中交通管制雷达信标系统也成为航管二次系统，由一次雷达和二次雷达两部分组成，通过二次雷达与机载应答机配合，采用询问-应答方式工作。地面二次雷达发射机产生询问脉冲信号由其天线辐射，记载应答机在接收到有效询问信号后产生相应的应答发射信号，地面二次雷达接收面接收到这一应答信号后，进行一系列的处理获得所需的飞机识别码和气压高度等信号。机载应答机所回答的信息内容取决于地面二次雷达的询问信号。询问信号的模式与询问的方式由管制中心确定。A模式应答机应答的信息内容是飞机的识别码，C模式应答机应答的信息内容是飞机高度信息。而S模式应答机在具备A模式应答机和C模式应答机功能的基础上，结合TCAS可实现飞行中飞机间的数据通讯和交换。

由于机场区域地面监视系统主要以雷达和二次雷达为基础，采用塔台管制、进近管制和区域管制相结合的方式，对空域飞行器进行监视。但这种面监视系统由于功能复杂，需要具备终端区管制系统和区域管制系统，而雷达、塔台等硬件设施往往体积、重量又较大，不仅搬运困难，而且耗能严重，成本高。

因为现有机场区域地面监视系统设备庞大，不利于搬运，其应用环境会受到一定受限。如在我国2008年汶川地震中，由于地震区域交通不便，地面信息很难传出，执行救援任务的直升机在执行飞行任务时只能依靠机载设备和飞行员目测的方式获取周围空域的情况。而现有机场区域地面监视系统设备和维护成本的高昂，则导致一些中小型机场负担沉重。

随着我国民航的发展，国内民航飞机、大中小型机场以及航班航线日益增多，尤其是我国军用航空机场和中西部中小机场的扩建，对区域空域管理系统的需求在不断增加。因此，提供一种移动方便、功能强大且费用适中的区域空域管理系统，对航班、航线进行有效的管理，使民航飞机能在空中安全，有条不紊地飞行，以保障乘客的生命财产安全，成为民航建设中重要的课题。

发明内容

本发明要实现的目的是提供一种移动方便且功能强大的基于TCAS系统的区域空域管理监视系统。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：基于TCAS系统的区域空域管理监视系统，包括：

用于担当信号传输媒介的天线单元；

用于向区域空域飞机发送询问信号的信号发射单元；

用于对区域空域飞机返回的应答信号进行接收的信号接收单元；

用于控制信号发射单元询问信号的发射以及对信号接收单元接收的应答信号进行处理分配的信号管理分配单元；

用于对信号管理分配单元分配好的应答信号进行处理的信号处理单元；

用于对信号处理单元处理完毕的部分信号数据进行计算检验的信号数据计算检验单元；

用于对信号数据计算检验单元计算检验得出的数据以及信号处理单元处理完毕的部分信号数据进行存储的数据存储单元；

用于控制信号管理分配单元和调取数据存储单元所存数据的综合控制与数据管理单元； 

用于向综合控制与数据管理单元供电的电源模块；以及

用于对综合控制与数据管理单元调取的数据进行处理的数据处理外设。

进一步，信号发射单元包括：

用于向装有A/C模式应答机的飞机发射询问信号的A/C模式信号发射模块；

用于向装有S模式应答机的飞机发射询问信号的S模式信号发射模块。

进一步，信号接收单元包括：

用于接收装有A/C模式应答机的飞机返回的应答信号的A/C模式信号接收模块；

用于接收装有S模式应答机的飞机返回的应答信号的S模式信号接收模块；以及

用于接收装有ADS-B自动广播系统的飞机发出的信号的ADS-B模式信号接收模块。

进一步，信号接收单元接收的应答信号包括飞机的参数信息、飞机内部操作视频信息和飞机自身的状态信息。

进一步，信号处理单元包括：

用于处理飞机的参数信息的参数信息处理模块；

用于处理飞机内部操作视频信息的视频信息处理模块；以及

用于处理飞机自身的状态信息的状态信息处理模块。

进一步，信号管理分配单元对信号接收单元接收的应答信号进行处理分配具体为：对应答信号中包含的不同信息类型进行区分，分配给信号处理单元进行处理。

进一步，信号数据计算检验单元计算检验的部分信号数据包括飞机自身的状态信息，在通过数据处理后，检验飞机自身设备运行是否正常。

进一步，数据存储单元存储的数据包括参数信息处理模块处理后的信号数据、视频信息处理模块处理后的信号数据和信号数据计算检验单元检验得出的飞机自身设备运行是否正常的数据信息。

进一步，综合控制与数据管理单元对信号管理分配单元的控制包括：控制信号管理分配单元对询问信号的发射和对应答信号的接收以及处理分配进行时序管理。

本发明的有益效果是：本发明基于TCAS技术，将航空业内广泛认可的空中交通预警防撞理念引入地面，系统中信号询问单元对区域空域内装有A/C模式应答机或S应答机进行询问，后通过对信号应答单元接收到的飞机返回信息进行信号数据处理，获得区域内空域飞机的航向、机体状态、地理位置等信息，对区域空域飞机进行实时监控。此外，还可将飞机相关状态信息记录在数据库中，可在需要时进行信息重放。本发明基于TCAS系统的区域空域管理监视系统脱离了现有空管系统对二次雷达的依赖，而利用民航系统已有的机载TCAS系统、应答机系统和ADS-B自动广播系统，实现对区域空域飞机的监视和管理，不仅使用方便快捷，移动灵活，而且功能强大。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明基于TCAS系统的区域空域管理监视系统的结构方框图；

图2是本发明基于TCAS系统的区域空域管理监视系统实施例一的结构方框图。

具体实施方式

参照图1本发明基于TCAS系统的区域空域管理监视系统的结构方框图（天线单元没有显示出），本发明基于TCAS系统的区域空域管理监视系统，包括：

用于担当信号传输媒介的天线单元；

用于向区域空域飞机发送询问信号的信号发射单元；

用于对区域空域飞机返回的应答信号进行接收的信号接收单元；

用于控制信号发射单元询问信号的发射以及对信号接收单元接收的应答信号进行处理分配的信号管理分配单元；

用于对信号管理分配单元分配好的应答信号进行处理的信号处理单元；

用于对信号处理单元处理完毕的部分信号数据进行计算检验的信号数据计算检验单元；

用于对信号数据计算检验单元计算检验得出的数据以及信号处理单元处理完毕的部分信号数据进行存储的数据存储单元；

用于控制信号管理分配单元和调取数据存储单元所存数据的综合控制与数据管理单元； 

用于向综合控制与数据管理单元供电的电源模块；以及

用于对综合控制与数据管理单元调取的数据进行处理的数据处理外设。

参照图2本发明基于TCAS系统的区域空域管理监视系统实施例一的结构方框图（天线单元没有显示出），本发明系统中的信号发射单元包括：

用于向装有A/C模式应答机的飞机发射询问信号的A/C模式信号发射模块；

用于向装有S模式应答机的飞机发射询问信号的S模式信号发射模块。

信号接收单元包括：

用于接收装有A/C模式应答机的飞机返回的应答信号的A/C模式信号接收模块；

用于接收装有S模式应答机的飞机返回的应答信号的S模式信号接收模块；以及

用于接收装有ADS-B自动广播系统的飞机发出的信号的ADS-B模式信号接收模块。

信号处理单元包括：

用于处理飞机的参数信息的参数信息处理模块；

用于处理飞机内部操作视频信息的视频信息处理模块；以及

用于处理飞机自身的状态信息的状态信息处理模块。

在航空业内，应答机作为空中交通管制雷达信标系统的重要组成部分，成为中低空通用航空飞机的必装机载设备，应答机的一般类型为A/C模式，以应答二次雷达的询问请求，返回飞机的识别码和高度信息。而随着交通预警防撞理念的引入，一些高空商用航空飞机开始装备主要由TCAS计算机和S模式应答机组成的TCAS系统，从而可实现飞行中飞机间的数据通讯，传递的数据信息也相对较大。此外，机载ADS-B系统的开始应用，则使得装备该系统的飞机向区域空域广播内容更加丰富的数据信息，如速度、高度、飞机自身设备运行状况、内部人员操作信息等。

本发明系统中信号发射单元向区域空域飞机发射询问信号，具体为信号发射单元包括A/C模式信号发射模块和S模式信号发射模块，A/C模式信号发射模块向装有A/C模式应答机的中低空通用航空飞机发射询问信号，而S模式信号发射模块向装有S模式应答机的高空商用飞机发射询问信号。

装有不同类型应答机的飞机在接收到询问信号后，返回相应模式的应答信号。本系统中信号接收单元对这些应答信号进行接收，而根据应答信号模式的不同也相应设置A/C模式信号接收模块和S模式信号接收模块。针对机上装载有ADS-B系统的飞机，信号接收模块也相应设置有ADS-B模式信号接收模块，通过ADS-B网络接收来自飞机广播出的相关状态信息。对于信号接收单元接收的应答信号，其内容包括飞机的参数信息，如飞机的识别码、高度等；飞机内部操作的视频信息；飞机自身的状态信息，如飞机设备的运行状况。

本发明系统中的信号发射单元和信号接收单元信号的发送和接收均通过天线单元实现。天线单元包括四部天线，其中两部是方向天线，用以确定返回应答信号飞机的方位信息。

在本发明系统中，通过综合控制与数据管理单元对信号管理分配单元进行控制，使信号管理分配单元对询问信号的发射和应答信号的接收以及对应答信号中不同信号内容的处理分配依照时序运行。

数据处理单元对于信号管理分配单元根据信号内容区分分配好的数据信息进行处理。具体为数据处理单元包括参数信息处理模块、视频信息处理模块和状态信息处理模块。参数信息处理模块处主要是包括飞机的识别码、高度等信息的信号进行解调处理；视频信息处理模块主要是对包含飞机内部操作的视频信息的信号进行压缩处理；状态信息处理模块主要是对包含飞机自身设备运行状况信息的信号进行降频处理。

参数信息处理模块和视频信息处理模块将处理完毕后得到的飞机参数信息和飞机内部操作视频信息，存储于系统中的数据存储单元。而包含飞机自身设备运行状况信息的信号在经过状态信息处理模块降频处理后，由数据计算检验单元进行处理，通过设定一定的危险阈值，算法计算检验飞机自身设备运行是否正常。对于该部分数据计算检验单元处理完毕得到的结果数据同样存储于数据存储单元。

综合控制与数据管理单元对数据存储单元存储的数据能进行实时调取，电源模块为其供电。而综合控制与数据管理单元连接有数据处理外设，从而实现对区域空域内飞机航向、机体状态、地理位置、内部操作等信息进行实时监测，同时通过对区域内飞机状态信息数据的存储，可随时调取数据进行重放，为飞行试验、事故分析等提供强有力的支持。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。