1、第五章 交通管制与飞行安全警告系统第五章 交通管制与飞行安全警告系统5.1ATC应答机系统5.2气象雷达系统5.3近地警告系统5.4TCASII防撞系统5.1ATC应答机系统 空中交通管制雷达系统空中交通管制雷达系统包括：一次监视雷达、空一次监视雷达、空中交通管制雷达信标系统中交通管制雷达信标系统。空中交通管制雷达信标系统也可以称为航管二次监视雷达系统。通常，把系统的地面二次监视雷达简称为二次雷达二次雷达，而把机载应答机称为应答机应答机。5.1.1ATC雷达信标系统雷达信标系统5.1.2机载应答机系统机载应答机系统5.1.3S模式应答机模式应答机5.1.15.1.1ATCATC雷达信标系统雷达
2、信标系统一、二次雷达的工作方式一、二次雷达的工作方式 它是由地面二次雷达它是由地面二次雷达询问器与机载询问器与机载应答器配合，采用问答方式工作的。地面二应答器配合，采用问答方式工作的。地面二次雷达发射机产生询问脉冲信号由其天线辐次雷达发射机产生询问脉冲信号由其天线辐射；机载应答机在接收到有效询问信号后产射；机载应答机在接收到有效询问信号后产生相应的应答信号发射；地面二次雷达接收生相应的应答信号发射；地面二次雷达接收机接收这一应答信号，在进行一系列处理后机接收这一应答信号，在进行一系列处理后获得所需的飞机代码等信息。获得所需的飞机代码等信息。二、二次雷达系统的组成及工作概况二、二次雷达系统的组成
3、及工作概况二次雷达系统询问发射频率二次雷达系统询问发射频率10301030MHZMHZ 接收频率接收频率10901090MHZMHZ二次雷达系统组成二次雷达系统组成二次雷达系统工作概况二次雷达系统工作概况1.编码器的控制下，产生一定模式的询问脉冲对信号，编码器的控制下，产生一定模式的询问脉冲对信号，2.通过条形方向性天线辐射。通过条形方向性天线辐射。3.在其天线波束照射范围内的机载应答机对所接收到的在其天线波束照射范围内的机载应答机对所接收到的询问信号进行接收处理与译码识别，如果判明为有效询问信号进行接收处理与译码识别，如果判明为有效的询问信号，则由应答机中的编码电路控制发射电路的询问信号，则
4、由应答机中的编码电路控制发射电路产生应答发射信号发射。产生应答发射信号发射。4.所产生的应答信号是由多个射频脉冲组成的射频脉冲所产生的应答信号是由多个射频脉冲组成的射频脉冲串，串，它代表飞机的识别代码或高度信息它代表飞机的识别代码或高度信息。5.与此同时，向同一方位辐射的一次雷达也会接收到飞与此同时，向同一方位辐射的一次雷达也会接收到飞机所产生的回波信号，它的接收机所产生的飞机视频机所产生的回波信号，它的接收机所产生的飞机视频回波信号也同时输往数据处理与显示系统。在控制中回波信号也同时输往数据处理与显示系统。在控制中心的圆形平面位置显示器上的同一位置，显示飞机的心的圆形平面位置显示器上的同一位
5、置，显示飞机的一次雷达回波图像与二次雷达系统所获得的飞机识别一次雷达回波图像与二次雷达系统所获得的飞机识别代码及高度信息。代码及高度信息。可见，航管二次雷达系统可以获得的信息主要有：1.飞机的距离与方位信息飞机的距离与方位信息2.2.目标的识别信息，即飞机（军用或目标的识别信息，即飞机（军用或民用）的代码民用）的代码 3.飞机的气压高度飞机的气压高度4.一些紧急告警信息，如飞机发生紧一些紧急告警信息，如飞机发生紧急故障、无线电通讯故障或飞机被急故障、无线电通讯故障或飞机被劫持等劫持等三、二次雷达的询问模式与信号技术参数 机载应答机所回答的信息内容，决定于地面二次雷达的询问信号。询问信号的模式与
6、询问的方式，由管制中心确定。地面二次雷达发射的是射频脉冲信号。这这种信号由间隔不同的脉冲对信号组成种信号由间隔不同的脉冲对信号组成。脉冲信号的脉冲编码方式称为询问模式。目前，国际民航组织规定的航管二次雷达询问模式共有6种，分别称为模式分别称为模式1.2.3/A、B、C和和 D。询问模式1.A：询问空中飞机代码2.B:询问民航飞机代码（国外使用）3.C：询问飞机高度4.D:尚未分配应答信号识别码与高度码 机载应答机在收到地面二次雷达的有效询问信号后，将根据询问模式产生相应的应答发射信号。当地面二次雷达所发射的是A模式的识别询问时，应答机产生识别码应答信号；对于高度询问，则回答飞机的实时气压高度编
7、码信息。应答机只对事先约定的识别询问模式产生识别应答信号。高度询问模式C，在应答机控制盒上的高度报告开关（ALT）置于接通位的情况下，应答机是自动应答的。飞机代码 由空中交通管制部门指定识别码是空中交通管制中用于表明飞机身份的代码。识别码为四位八进制码。可利用应答机控制合面板上的识别码设定旋钮来设定。信息脉冲共有信息脉冲共有1212个，分为个，分为A A、B B、C C、D D四组，四组，每组三个脉冲。分别为每组三个脉冲。分别为A1A1、A2A2、A4A4，B1B1、B2B2、B4B4，C1C1、C2C2、C4C4，D1D1、D2D2、D4D4。这这1212个脉冲在个脉冲在应答脉冲序列中的排列
8、顺序为应答脉冲序列中的排列顺序为A1A1、C1C1、A2A2、C2C2、A4A4、C4C4、B1B1、D1D1、B2B2、D2D2、B4B4、D4D4。紧急代码7500-用于飞机受到非法干扰7600-用于双向无线电通信设备出现故障7700-用于飞机处于紧急状态0000-通用码高度应答码高度应答码 当应答机回答模式C 的询问时，它的应答脉冲串表示飞机的气压高度信息。气压高度信息是由大气数据计算机提供的 5.1.25.1.2机载应答机系统机载应答机系统一、机载组成二、控制盒介绍三、使用特点1.滑行时，一般应将应答机放在“STBY”；起飞后，才将应答机从“STBY”旋至“A”。2.着陆后，应将应答机
9、放在“STBY”。3.ATC要求识别时，应按下应答机识别按钮并保持一会儿再松开。4.改变应答机代码时，不应随意将应答机置定为7500、7600、7700，一面引起误会。5.1.3 5.1.3 S S模式应答机模式应答机一、离散寻址信标系统的基本原理一、离散寻址信标系统的基本原理 离散寻址信标系统的基本思想，是以选择性的询问-应答方式，取代ATCRBS的广播式询问-应答方式，从而从根本上消除ATCRBS的相互串扰等缺陷。为此，赋予每一架飞机一个独特的赋予每一架飞机一个独特的24 位地址码位地址码。地面雷达以数字式询问信号，询问指定地址码的飞机。离散寻址信标系统的机载应答机称为S模式应答机模式应答
10、机。二、离散寻址信标系统的询问信二、离散寻址信标系统的询问信号 离散寻址信标系统可以产生多种不同类型的询问信号，以满足不同的需要。以下说明ATCRBSS模式全呼叫、S模式只呼叫等几种主要的询问信号的格式与调制方式。ATCRBSS模式全呼叫 DABS只呼叫 在需要询问常规的A、C应答机而不希望S模式应答机应答时，二次雷达所发射的是ATCRBS只呼叫询问信号。它与上述ATCRBSS模式全呼叫询问信号十分相似，只是其中的P4脉冲的宽度改为0.8s 三、应答信号应答信号 四、四、S S模式应答机的基本工作模式应答机的基本工作 这种应答机是和现行的 ATCRBS是兼容的，因此，它的接收机应既能接收A、C
11、模式的询问信号，又能接收S模式的询问信号。它的发射机既能够产生A、C模式的识别应答信号，又能产生S模式的数字式应答信号。工作概况工作概况 1.1.离散寻址信标系统地面询问机首先对其管辖范围内的所有飞离散寻址信标系统地面询问机首先对其管辖范围内的所有飞机做一个全呼叫询问；机做一个全呼叫询问；-意在让所有应答机报个模式意在让所有应答机报个模式2.2.A/CA/C模式应答机以模式应答机以A/CA/C模式回答；模式回答；S S模式应答机以模式应答机以S S模式回答模式回答;3.3.地面询问机收到回答信号后，确定飞机方位，并对回答信号地面询问机收到回答信号后，确定飞机方位，并对回答信号做处理；做处理；A
12、/CA/C模式信号：显示飞机代号模式信号：显示飞机代号/高度、位置高度、位置 S S模式信号：回答信号是飞机的地址模式信号：回答信号是飞机的地址4.4.对于对于S S模式应答机回答的信号，地面询问机把回答信号中的地模式应答机回答的信号，地面询问机把回答信号中的地址和位置飞别存入存储器，并核实确是本询问站所负责管辖址和位置飞别存入存储器，并核实确是本询问站所负责管辖的飞机，则把这些飞机的位置和地址分别编入到各个飞机点的飞机，则把这些飞机的位置和地址分别编入到各个飞机点名的字段内，并把这些信息送到邻近空域管制台。名的字段内，并把这些信息送到邻近空域管制台。5.5.地面询问机确定了地面询问机确定了S
13、 S模式应答机的位置和地址后，就切断全呼模式应答机的位置和地址后，就切断全呼叫询问，而以带有飞机字段的叫询问，而以带有飞机字段的S S模式询问格式对飞机作点名式模式询问格式对飞机作点名式询问。被点名飞机以询问。被点名飞机以S S模式询问格式进行回答。回答飞机代号模式询问格式进行回答。回答飞机代号或飞机高度由接收到的询问格式确定。或飞机高度由接收到的询问格式确定。复习思考题空中交通管制应答机的用途是什么？模式是根据什么划分的？询问飞机代码和高度的模式各是什么？已知飞机代号1240、5466，如何编码？S模式应答机有什么特点？5.25.2气象雷达系统气象雷达系统气象雷达基本功用气象雷达基本功用气象
14、雷达基本原理、基本工作方式气象雷达基本原理、基本工作方式气象雷达系统组成与部件功用气象雷达系统组成与部件功用气象雷达系统使用注意事项气象雷达系统使用注意事项气象雷达基本功用 机载气象雷达系统用于在飞行中实时地探测飞机前方航路上的危险气象区域，以选择安全的回避航路，保障飞行安全 1.飞行员提供飞机前方航路及其两侧扇形区域中的气象状况 2.其它障碍物的平面显示图象 气象雷达基本原理 机载气象雷达能够将飞机前方航路上的气象目标或其它目标的存在及分布状况呈现在显示器上。气象雷达的这一基本工作过程，可以看成是对目标的探测过程和确定目标的距离与方位的过程。以下分别说明气象雷达探测目标、确定目标距离、方位的
15、基本原理。基本工作方式1.气象 探测危险气象目标 EFIS 控制板选择工作方式、接通WXR 开关 气象雷达控制板选择WX EHSI上显示 工作方式、量程、天线俯仰信息2.气象+湍流 还可探测带有一定雨滴的湍流 距离范围选择小于或等于40NM3.地图 用于识别地形特征 一般和TILT旋钮配合使用，天线下俯气象雷达系统组成与部件功用 基本组件为雷达收发组、雷达天线、显示器、控制盒和波导系统。此外，还需由IRU提供倾斜和俯仰稳定信号。气象雷达系统的操作显示距离选择最大320nm，巡航时一般选择40nm、80nm等天线俯仰调节30000-40000FT巡航时建议俯仰角度选择距离显示 陆上 水上40nm
16、 -50 -8.20 80 -3.30 -5.10 气象雷达系统使用注意事项飞机加油或其他飞机加油时要注意机头朝着近距离建筑物时要注意飞机前方有人时要注意地面检查气象雷达时，天线尽量上仰复习思考题彩色气象雷达的功用与探测原理彩色气象雷达的基本工作方式有那些？彩色气象雷达在EHSI上的显示情况气象雷达系统使用注意事项5.3近地警告系统5.3.1GPWS的系统概述一、功用一、功用 近地警告系统（GPWS）是一种保障飞行安全的重要电子设备。它的功用是当飞机处于不安全的接地飞行状态，或飞机进入风切变区域时向机组发出警告，以使 飞行员意识到飞机所处的危险状态并立即采取纠正措施，使飞机脱离不安全的接地飞行
17、状态。二、二、GPWS的基本工作原理的基本工作原理 三、三、近地警告系统近地警告系统工作方式工作方式第一种方式是过大的下降率警告方式。第一种方式是过大的下降率警告方式。飞机的离地高度较低时，如果飞机的 下降率超出了安全飞行的极限。第二种方式是过大的接近率警告方式。第二种方式是过大的接近率警告方式。由于地形的上升，即使飞机的飞行姿态没有改变，也可能导致飞机与上升的地面之间的接近率过大。第三种方式是掉高度过大警告方式。第三种方式是掉高度过大警告方式。飞机不在着陆形态，或飞机在爬高期间（起飞或复飞）过大地掉高度。第四种方式是飞机离地净高太小警告方式。第四种方式是飞机离地净高太小警告方式。当飞机不在着
18、陆形态（起落架收上和或襟翼小于或等于15单位）时飞机离地净高太小时发出警告。第五种方式是低于下滑道过大警告方式。第五种方式是低于下滑道过大警告方式。飞机在进近过程中起落架放下后，如低于下滑道过大则系统发出警告。第六种方式为高度报告方式第六种方式为高度报告方式。当飞机在下降过程中通过某些规定的高度时 第七种方式是风切变警告方式。第七种方式是风切变警告方式。5.3.2 GPWS系统组成与部件功能1、GPWS控制板 GPWC根据所设定的各种近地警告方式的极限值，监测飞机的飞行参数和地形净空状况参数，将这些参数与所建立的极限值比较，以在飞机进入其中一种近地警告方式时，发出相应的警告或警戒信息。计算机还
19、可将系统故障资料贮存在非易失性内存中，并可通过前面板上的显示窗显示。2、近地警告计算机3、EADI 红色风切变信息显示 WINDSHEAR4、警告灯 用于提供近地警告系统的目视指示。方式1、2、3、4、红色pull up灯亮 方式5 琥珀色bellow g/s灯亮5.3.3GPWS系统工作方式1.飞行参数输入 离散信号 模拟信号 数字信号2.信号输出 目视信号 灯、EADI 音响信息 不工作提醒灯 （1）飞机的速度；（2）飞机的无线电高度；（3）飞机的气压高度；（4）飞机的升降速度；（5）飞机相对于下滑道的偏离量（6）飞机的航向；（7）飞机的经纬度；（8）飞机的俯仰与倾斜角及俯仰变化率；（9）
20、飞机的加速度数据；（10）飞机的襟翼位置；（11）飞机的起落架位置；（12）空地状态等。EG.EG.方式方式3 3 起飞或复飞后掉高度 方式3警告有二种子方式：方式3A和3B。方式方式7 风切变警告风切变警告 当进近或起飞中具有水平和垂直风切变情况时发出风切变是大容积的空气迅速改变流动方向的效应，最危险的风切变是下冲微暴。当飞机在地形附近，一个下冲微暴使驾驶员没有时间去修正风切变的影响。飞机遭遇微暴时，其初始影响为增加空速和升力，由于增加升力，飞机增加高度。当飞机继续通过微暴时，其影响迅速改变为丧失空速和升力，此时飞行高度迅速减小。GPWS能够提供风切变的音响和目视警告。音响警告音响警告包括两
21、声警笛声，接着是语音警告语音警告“WINDSHEAR、WINDSHEAR、WINDSHEAR”（风切变）。目视警告目视警告是两部PFD（或EADI）上显示的红色风切变警告信息。思考题功用信号输出有哪些？包络调制的目的基本工作原理5.4TCASII防撞系统Traffic Alert and Collision Avoidance SystemACAS Airborne Collision Avoidance System5.4.1系统概述一、机载防撞系统的基本概念一、机载防撞系统的基本概念 随着空中交通的迅速发展，一些中心机场终端区和其他繁忙空域中的飞机密度不断增大，飞机之间的水平间隔和垂直间隔
22、也随之减小，飞机之间出现危险接近的情况时有发生。机载防撞系统的基本设想，是研制一种装备在飞机上的电子系统，设法监视本架飞机周围空域中其它飞机的存在、位置以及运动状况，以使飞行员在明了本机邻近空域交通状况的情况下，主动地采取回避措施，防止与其它飞机危险接近。功用 为防止飞机之间的危险接近，保障空中交通安全，研制的一种独立于地面设备的机载电子系统。它通过询问和监听周围飞机的ATC应答机，来监视本架飞机周围空域中其它飞机的存在、位置以及运动状况，使飞行员在明了本机邻近空域交通状况的情况下，主动地采取回避措施，防止与其它飞机危险接近。二、二、TCAS 的分类TCAS I:只有TA咨询信息，没有RA咨询
23、信息。TCAS II:有TA、RA咨询信息，可提供垂直避让信息。TCAS III 有TA、RA咨询信息，不仅能提供垂直避让信息，还可以提供水平避让信息。尚在研制中。三、TCAS所能提供的信息 根据入侵机的相对距离和方位，以及威胁等级在EHSI 或EADI上显示视觉信息：Others（其它）：相对高度大于1200英尺、小于2700英尺，或距离在6海里以上。Proximity（接近）：相对高度等于或小于1200英尺，且距离在6海里以内。Traffic Advisory（交通咨询）：系统判明的与本机存在潜在危险接近的飞机，TCAS会提前一定时间（2048秒）发出交通咨询。音频Resolution A
24、dvisory（决断咨询）：在对已判明为交通咨询的飞机连续监视约15秒后，如果该机与本机危险接近的状况仍然存在，则TCAS会发出解脱咨询。视觉信息音频信息 TCAS是以S模式应答机为基础而工作的。装备TCAS，就必须装备S模式应答机。1、ATC/TCAS控制板2、TCAS 计算机3、天线 两部4、显示 EADFI EHSI5、喇叭6、EFIS控制面板5.4.2 系统部件组成ATC/TCAS控制板TCAS计算机TCAS计算机的基本功用包括：1.监视邻近空域中的飞机 2.获取所跟踪飞机的数据 3.进行威胁评估计算 4.产生交通咨询或决断咨询等 TCAS利用其方向性天线实现与相遇飞机的询问-应答，并
25、获得目标的方位信息。TCAS天线工作于L波段，每部天线均可用于发射和接收。TCAS的发射信号频率为1030 MHz,接收频率为1090 MHz。5.4.3系统工作原理一、基本工作 TCAS是通过“收听-询问-应答”方式获取监视空域中其它飞机的信息的。核心组件TCAS收发机/计算机必须具备以下功能：（1）单独地对装备S模式应答机的飞机进行一对一的询问与应答，获得所报告的高度信息；单独地对装备A、C模式应答机进行询问并接受其应答信号，分别地获得这类飞机所报告的高度信息（2）设法测量所监视的飞机的方位；（3）计算所监视的飞机的接近率，对这些飞机进行威胁评估计算；（4）存储所监视的飞机的高度、距离、方
26、位等数据，以实现对这些飞机的连续跟踪；（5）对进入交通咨询范围或决断咨询范围的飞机，产生交通咨询或决断咨询信息输往显示器；（6）产生相应的合成语音输出；（7）实现对TCAS收发机/计算机和系统其它组件以及接口信号的监测、故障存储、状态通告等任务。二、几个概念1.TCAS 空域 水平监视范围水平监视范围 为环绕本机的立体空域;高度跟踪范围高度跟踪范围正常情况下为本机的上下2700英尺。2.TAU区域 TCAS计算机中所进行的监视与跟踪计算的基础，是基于对入侵飞机接近率飞机接近率的连续监视。是基于一定的提前时间而发出交通咨询TA和决断咨询RA的。这个提前时间，就是TCAS中的（“TAU”“TAU”
27、）。3.TCAS TA、RA 目前所确定的TCAS的TA门限为2048秒，RA为1530秒。从TCAS计算机发出交通咨询TA到发出决断咨询RA的间隔时间为15秒左右。4.灵敏度 指的大小 2-6级(低-高)三、入侵机分类决断咨询 入侵机在RA TAU内 交通咨询 入侵机在TA TAU内 接近 入侵机在高度1200FT,距离6NM，低接近速率；其它 入侵机在高度2700FT,距离在计算机能计算的距离内。四、典型的TCAS 相遇1.没有高度报告的入侵机假设同一高度EHSI、EADI不显示RA入侵机在TA TAU内，EHSI显示TA 2.有高度报告的入侵机计算本机与入侵机之间的距离和高度入侵机在其他
28、、接近、TA、RA显示在EHSI，并跟踪入侵机在RA TAU内，EADI显示RA操纵指示3.装有TCAS的入侵机计算本机与入侵机之间的距离和高度、并确定主机入侵机在其他、接近、TA、RA显示在EHSI，并跟踪入侵机在RA TAU内，主机发出互补的两机垂直动作指令，飞机监控主机的数据和指令是否合理，两机同时执行操纵指令，相互配合防撞。5.4.4控制与显示一、EADI上的控制与显示1、ATC/TCAS控制面板 TA/RA位EADI显示RA指示2、EADI的TCAS显示 与RA有关的RA垂直操纵指令 （操纵指令符号并伴有声音）二、EHSI上的控制与显示1、ATC/TCAS控制面板 方式电门放在TA
29、ONLY、TA/RA位，否则显示TCAS OFF2、EFIS控制板 接通TFC（绿色TFC显示在EHSI上）工作方式选择：EXP VOR/ILS、EXP NAV、MAP、CTR MAP。3、EHSI上的TCAS显示1.TCAS系统的工作情况显示TCAS OFF 白色 ATC/TCAS 不在TA ONLY、TA/RA位；或未安装TCAS。TCAS TEST 白色 表示EFIS自测试有效；飞机在地面已按压TCAS或 ATC/TCAS 上的自测试按钮，系统已开始测试。TCAS FAIL 黄色 TCAS 计算机输出已故障信号；本侧EFIS控制板故障。TA ONLY 绿色TRAFFIC 红色表示首架入侵机为RA，黄色TA2.EHSI上TCAS的信息显示1)无方位的TCAS的信息显示两个字母TA、RA表示入侵机种类带小数点的三位数代表入侵机的距离+-号表示入侵机相对本机的高度情况，+入侵机在本机的上方，-入侵机在本机的下方 表示入侵机正以=500FT/M的速率爬升或下降同一时间内只允许显示两架无方位入侵机信息2)方位的TCAS的信息显示TA交通咨询（黄色实心圆）RA决断咨询（红色实心方块）其他交通（白色空心菱形框）接近（白色实心菱形块）3)OFFSCALE（画面外）显示思考题TCAS的分类、功用入侵机的分类TCASII的简单工作原理（三种典型的相遇）显示情况
