空中防撞系统
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2023年2月19日发(作者：)运输机机载防撞系统的体系构建研究
【摘要】为了减少和避免飞机相撞的危险，结合防撞设备的发展，论证了运
输机加装机载防撞系统的必要性，提出了运输机机载防撞系统应具备监视、跟踪、
潜在威胁评估、交通告警显示、决断告警显示、空对空协调等六大功能;针对国
内运输机机型多、制式不同、设备差异较大等特点，给出了构建机载防撞系统的
对策与措施。
【关键词】运输机;机载防撞系统;功能设计;对策与措施
Abstract：Inordertoreduceandavoiddangerousaircraftcollision，combined
withthedevelopmentofanti-collisiondevice，provedthenecessityofconveyorwith
airbornecollisionavoidancesystem，thetransportaircrafttheairbornecollision
avoidancesystemshouldpossesssixfunctionalofmonitoring，tracking，potential
threatassessment，trafficalarmdisplay，alarmdisplay，spatialdecision。According
tothecharacteristicsofdomestictransportmodelsmanydifferentdevices，andputs
forwardthestrategiesandmeasuresforconstructingtheairbornecollisionavoidance
system.
Keywords：transportaircraft;TCAS;Functiondesign;Strategiesandmeasures
为了减少和避免空中飞机相撞的危险，航空界持续开展了防撞技术和防撞设
备的研究。1955年，Honeywell公司的l博士提出了根据两架飞机到达
最接近点所需时间的主动防撞概念，得到业界的认可。
一、防撞设备的发展
在防撞设备方面，50年代曾利用电波的多普勒效应原理研制了空中防撞设
备，但因误报很多，终未实用。60年代末70年代初，若干厂家开发了航空器防
撞系统，但该设备在繁忙机场区域的运营中发现有较高的虚假警告，此外它要求
其他飞机也必须装备该类设备。70年代中期，开发了信标防撞系统BCAS。该
系统利用空中交通管制雷达信标系统ATCRBS应答机发回的数据来决定对方飞
机的距离和高度。所有的航线运输飞机、军用飞机和大多数通用航空飞机上都安
装有ATCRBS应答机。因此任何装备BCAS的飞机能够避开大多数其它飞机而
得到保护。此外，正在发展的S模式应答机使用离散选址通信技术，使两架冲突
的BCAS飞机能高度可靠地完成避让机动的协调。1981年，FAA决定发展并装
备空中交通告警及防撞系统TCAS（TrafficAlertAndCollisionAvoidance
System）。TCAS是在BCAS的基础上发展起来的，但增加了新的功能，特别是
TCASII能提供垂直方向的避让措施，能在交通密度高达每平方海里0.3架飞机
的空域正常运行。因此，TCAS系统是完全不依赖地面系统的机载设备。它通过
ATC应答机相互对话，自行完成探测和跟踪邻近空域飞机的任务。根据接近程
度，向机组提供不同级别的告警，必要时推荐避让措施。
二、构建运输机机载防撞系统的必要性
一般来讲，运输机（包括民用和军用运输机）的飞行航线与民航客机航线有
很多交叉，发生空中危险接近的几率相应增大。所以，一些发达国家不但民用运
输机要将TCAS系统作为基本配置，而且军用运输机（特别是大型和主要的运输
机）也要加装配备TCAS系统，如美国在2002年由洛克希德·马丁公司完成了为
所有美国空军C-5飞机（124架）加装TCAS设备的工作;2005年，美国波音公
司为美国空军、海军和海军陆战队的500架C-130运输机加装了Honeywell公司
的TCAS机载设备。
在欧洲，法国空军的空客军用型，以及已经推出的军用空客A-400飞机，都
装备TCAS设备。俄罗斯也为其军用的伊尔-76、图-154、雅克-42、安-124等飞
机装备了Honeywell公司的TCAS系统。美国的其它军用飞机也先后加装了
TCAS系统，如F-18、F-22就直接装备了ETCAS（增强型机载防撞系统）。另据
报道，美国与瑞典合作，在F-16飞机上试飞与飞机自动驾驶仪交联的机载防撞
系统，以验证将来在无人机上应用的可行性。
TCAS有三种类型，即TCASⅠ型、TCASⅡ型、TCASⅢ型。其中TCAS
Ⅰ型为基本型。它是一种低功率、短距离系统，仅能探测临近最直接范围内的飞
机，已经停止使用。能同时提供垂直和水平规避指令的TCASⅢ型还处于开发
阶段，国内外主要装备的均为TCASⅡ系统（以下简称TCAS系统）。目前国外
研制开发TCASII设备的厂家主要有Honeywell公司、RockwellCollins公司和
ACSS公司等。
国际民航组织（ICAO）在2000年1月1日起要求亚太地区安装TCASII
系统。为了符合ICAO的规定并与国际接轨，中国民用航空总局曾经于2000年
6月16日发出关于安装TCASII有关问题的通知和相应的适航指令，规定：从
2000年12月31日起，所有最大起飞重量超过15000公斤或批准的旅客座位数
超过30的民用固定翼涡轮发动机飞机，均应安装TCASII;从2003年12月31
日起，所有最大起飞重量超过5700公斤或批准的旅客座位数超过19的民用固定
翼涡轮发动机飞机，均应安装TCASII。目前国内应用的机载防撞系统均为TCAS
Ⅱ系统，主要有CAS67A、TCAS2000和TCAS4000等型号。
三、运输机机载防撞系统的功能设计
通过调研和技术分析，各类运输机要实现空中避让和防撞这一总要求，必须
具备监视、跟踪、潜在威胁评估、交通告警（TA）显示、决断告警（RA）显示、
空对空协调等六大功能。
（1）监视功能——对空中周围飞机飞行轨迹的监视功能。探测在系统监视
范围内出现的装有S模式或A/C模式应答机的飞机，建立航迹，比较并更新现
存航迹。
（2）跟踪功能——获取有可能危险接近飞机的间距、方位、高度等相关信
息并进行相对位置、接近速率与高度变化等相关参数的计算进而实现跟踪的功
能。对接近飞机进行跟踪，获得两机间的距离、相对方位和相对高度等参数，并
计算接近飞机的相对位置、接近速率和高度变化等信息。
（3）潜在威胁评估功能——通过冲突探测和逻辑处理，具备对潜在危险程
度的评估功能。利用跟踪数据，通过冲突探测和解决处理逻辑，与告警参数进行
比较，确定接近飞机的潜在威胁，当出现相撞危险时，根据危险的程度发出交通
告警和决断告警。
（4）交通告警（TA）显示功能——根据危险程度发出显示、音响等多种物
理形式的交通告警的功能。通过显示器显示目标的符号、位置、颜色和数据标牌，
提供周围空域出现的接近飞机的交通态势和交通告警。
（5）决断告警（RA）显示功能——具有控制飞机升降、转弯等决断避险功
能。对出现碰撞危险的接近飞机，确定出本机合适的垂直机动飞行建议，通过显
示器显示目标的符号、位置、颜色和数据标牌，以及VSI垂直速度指示画面，
给出决断告警显示，以便本机与接近飞机之间达到或保持安全间隔距离。
（6）空对空协调功能——具有飞机之间的空对空协调功能。对接近的存在
碰撞危险且装有TCASⅡ系统的飞机，本机将会与接近飞机建立一个机动协调
数据联系，确保两机间的决断告警是协调和兼容的。
此外，机载防撞系统还应具备音响告警功能和升降速度指示功能。就是说，
在一定条件下，通过输出模拟语音给座舱音频系统和TCAS扬声器，向飞行人员
提供交通和决断语音告警信息;防撞系统的显示器可以利用飞机静压，向飞行员
提供飞机的升降速度指示。
四、构建机载防撞系统技术对策与措施
国内运输机有机型多、制式不同、设备差异较大等特点，因此构建机载防撞
系统应采用以下的对策与措施：
（1）采用装备进口与改装研究相结合的方式进行系统构建
按照民航总局和和有关部门的要求，运输机自主防撞系统采用TCASII系统。
从国内目前状况来看，由于国家没有正式立项研制TCAS系统，只是相关研制单
位自筹资金开展了一些局部的预研工作，积累了一定的技术基础，短期内还无法
研制出满足运输机加装要求的TCAS国产设备。因此只能采取从国外进口装备，
自行研究解决信号交联、设备装机、试验检验等问题，从而建立符合标准的机载
防撞系统。
（2）合理选择系统设备
根据运输机的特点，所选择的机载防撞系统设备必须满足：民航飞机大量使
用并证明性能优良的货架产品;系统兼容性好、容易升级、扩张能力强，满足空
管系统发展需要;系统可靠性、维修性好，满足长期使用维护需要;符合DO-185A
7.0规范;系统具有较高的性能价格比;进货渠道有保证，可提供长期技术服务;系
统接口能力强，能够适应运输机机型多、机载设备品种多的状态，或减小对接口
适配器的设计要求。根据以上要求，在充分考虑不同运输机自身特点的基础上可
灵活选择不同公司的产品。
（3）注重系统融合突出适配器的核心作用
构建运输机自主防撞空管系统的关键是如何将定型的装备在多种类型飞机
上实现系统融合。根据需要TCAS系统应与飞机上的航姿系统、大气数据系统、
无线电高度表、机内通话系统、飞行数据记录系统、空地状态、VOR、DME、
Ⅲ型敌我识别器等信号交联。而目前各型运输机机载设备大部分都属模拟信号设
备，技术状态相对落后，无标准总线接口，且同型号飞机的技术状态也不统一，
大都无法与国外生产的TCAS设备直接交联。因此加装飞机机载设备提供的多路
交联信号必须经过专门的信号处理后才能与TCAS设备交联，而研制综合信号适
配器是最合理、最有效地解决方案。针对不同飞机、不同设备、不同信号格式研
制专用的适配器，突出其核心作用，实现载机与机载防撞系统的融合。
五、结束语
随着空中交通流量的不断增大，空中危险接近的情况越来越多，机载防撞系
统的必要性日益明显，坚定了人们装备自主防撞系统的决心，也加速了研制自主
防撞系统的步伐。飞机装备机载防撞系统后，飞行员能通过该设备监测本机周围
半径大约40海里、上下3000m范围内的飞行动态，通过与遭遇飞机间的相互询
问和应答以及数据分析，来确定航线是否有冲突。在地面管制能力受限的情况下，
飞行员可通过机载防撞系统及时应对，采取有效措施避免事故发生。地面管制员
也可通过机载防撞系统获取飞机的高度、航向、速度等有关飞行信息，从而扩展
管制人员的监测范围，提升地面管制的指挥能力。
参考文献
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