TCAS

ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ TCAS

ВВЕДЕНИЕ
ПРИНЦИПЫ ПРОВЕРКИ ДАЛЬНОСТИ И ВЫСОТЫ
ВЫБОР РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УСТРАНЕНИЮ УГРОЗЫ СТОЛКНОВЕНИЯ
ХАРАКТЕРИСТИКИ TCAS
КООРДИНАЦИЯ TCAS-TCAS

ВВЕДЕНИЕ

Работа TCAS основана на постоянном наблюдении за самолетами и, в случае опасности выдавать рекомендации пилотам по избеганию столкновения.

Функция наблюдения позволяет воздушному судну, оснащенному системой TCAS, запрашивать приемоответчики режима S и режима A/C, установленные на окружающих воздушных судах.
Задача в определении относительного местоположения и маневров воздушных судов-«угроз».
В случае отсутствия ответчика у запрашиваемого самолета, ТКАС не видит такой самолет (вертолет), а в случае если запрашиваемый самолет не передает свою высоту, TCAS II будет выдавать только Traffic Advisory (TA), что бы помочь пилотам установить визуальный контакт. Тем не менее, TA не может сказать находится ли «нарушитель на одной с вами высоте или нет!, RA по такому самолету не выдаётся.
TCAS может одновременно отслеживать до 30 воздушных судов при номинальном радиусе действия 14 н. миль для целей с приемоответчиками с режимом A/C и 30 н. миль для целей с приемоответчиками с режимом S.
Наблюдение с помощью TCAS воздушных судов, оснащенных приемоответчиками режимом S,основано на возможности этих приемоответчиков обеспечивать избирательную адресацию.
Система TCAS использует полученный ответ для определения дальности, азимута и абсолютной высоты воздушного судна-«угрозы».
TCAS прослушивает самогенерируемые сигналы (сквиттеры), передаваемые приемоответчиками режимом S каждую секунду. В сквиттере содержится индивидуальный адрес отправителя.
После приема сквиттера TCAS направляет в режиме S запрос по адресу режима S, содержащему сообщение.
Полученный ответ TCAS использует для определения дальности, азимута и абсолютной высоты воздушного судна-«угрозы».
Эти данные вводятся в логическую программу предупреждения столкновений для определения необходимости в выдаче TA или RA.
Для запроса приемоответчиков с режимом A/C оборудование TCAS использует модифицированную систему запроса в режиме C. Указанная система запроса известна как «общий вызов только в режиме С».
Примечание: TCAS не имеет информации о коде воздушного судна нарушителя в режиме «А», поскольку она не передает запросы в этом режиме.
В некоторых случаях приемоответчики с режимом «A/C» могут передать ответ на запрос «общий вызов только в режиме C» без предоставления какой-либо информации по абсолютной высоте.
В этих случаях TCAS использует синхронизирующий импульс ответа для инициирования и последующего отслеживания цели, однако при этом предоставляет только данные о дальности и азимуте таких воздушных судов.

Вверх

ПРИНЦИПЫ ПРОВЕРКИ ДАЛЬНОСТИ И ВЫСОТЫ

Система TCAS II выдает консультативную информацию (TA) или рекомендацию (RA), когда и проверка дальности и проверка высоты дают положительные результаты.
Указанные проверки осуществляются ежесекундно по каждой цели, передающей данные об абсолютной высоте.

ПРИНЦИП ПРОВЕРКИ ДАЛЬНОСТИ

Заключается в расчете времени полета до точки CPA (Closest Point of Approach) (а не расстояние до CPA).
В развитие этой идеи была разработана концепция времени предупреждения или тау путем деления расстояния между воздушными судами на скорость сближения.

Результат проверки дальности считается положительным, если это время меньше пороговой величины, т.е. 48 с для выдачи TA и 35 с для RA.
Для особого случая, характеризующегося очень малой скоростью сближения, введен критерий защитной дистанции в целях недопущения подхода ВС-нарушителя на очень близкое расстояние без срабатывания системы выдачи какой-либо консультативной информации или рекомендации.

При таком типе сближения результат проверки дальности является положительным, если расстояние между воздушными судами меньше величины указанной защитной дистанции, т.е. 1,3 н.мили для TA и 1,1 н.мили для RA.

ПРИНЦИП ПРОВЕРКИ ВЫСОТЫ

Заключается в расчете времени полета до момента достижения одинаковой высоты с другим воздушным судном путем деления значения относительной высоты между воздушными судами на относительную вертикальную скорость.
Результат проверки высоты считается положительным, если указанное время меньше пороговой величины, т.е. 48с для выдачи TA и 35с для RA.

Если собственное воздушное судно выполняет горизонтальный полет, величина порогового времени для RA уменьшается до 25с в целях обнаружения возможного маневра выхода ВС-нарушителя в горизонтальный полет и избежания выдачи рекомендации RA.
В особом случае, когда воздушные суда выполняют горизонтальный полет или имеют очень малую относительную вертикальную скорость, результаты проверки высоты считаются положительными, если относительная высота между воздушными судами меньше установленного порогового значения расстояния в вертикальной плоскости, т. е. 850 фут для TA и 700 фут для RA.

Следует отметить, что используемые TCAS II данные об абсолютной высоте ВС-нарушителя получают путем запроса его приемоответчика. Поэтому указанная высота кодируется с помощью квантования с интервалом 100 фут или 25 фут.
Это означает, что абсолютная высота ВС-нарушителя, воспринимаемая системой TCAS II, может слегка отличаться от реальной.
В отличие от вышеописанной ситуации TCAS II получает данные об абсолютной высоте собственного воздушного судна с квантованием в 1 фут.

ВЫБОР МАНЕВРА В ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ
При выдаче рекомендации RA система TCAS II вычисляет наиболее оптимальный маневр в вертикальной плоскости, чтобы обеспечить заданную дистанцию пролета по вертикали, которая составляет 600 фут.
TCAS II старается в максимальной степени предотвратить выдачу рекомендаций RA, предусматривающих пересечение траекторий в вертикальной плоскости.
В программе системы были заложены некоторые серьезные ограничения, направленные против выдачи RA с пересечением траекторий полета. Данный тип RA выдается в редких случаях.
В течение процесса сближения степень жесткости рекомендации подвергается оценке на непрерывной основе и в случае необходимости может быть скорректирована путем ее усиления или изменения направления маневра либо путем ее смягчения, если опасность уменьшается.
Смягчение RA должно приводить к уменьшению отклонения траектории в вертикальной плоскости.
В системе TCAS II модификации 7.0 имеется также механизм смягчения RA, когда воздушные суда следуют по расходящимся траекториям с очень малой скоростью расхождения, недостаточной для того, чтобы было выдано сообщение «конфликт устранен».
Данное усовершенствование предназначено для избегания существенных отклонений, обусловленных большой продолжительностью действия рекомендаций RA, которые не смягчаются в случае модификации 6.04а TCAS II.
Еще одна новая характеристика модификации 7.0 TCAS II также должна значительно повысить общую эффективность работы TCAS II и, соответственно, в воздушном пространстве RVSM.
В системе предусмотрена функция фильтрации рекомендаций RA в горизонтальной плоскости, называемая фильтрацией по критерию дистанции пролета (MDF).
Она предотвращает выдачу RA, если прогнозируемое горизонтальное расстояние пролета в точке CPA достаточна для целей предупреждения столкновения.
Как следствие, в воздушном пространстве RVSM при определенных условиях (например, при стабильном курсе воздушных судов) могут фильтроваться рекомендации RA в отношении воздушных судов с прогнозируемой дистанцией пролета в точке CPA более 2,2 м.мили.
Поэтому существует вероятность того, что в таких ситуациях некоторые ожидаемые RA не будут выдаваться.
Наконец, в модификации 7.0 TCAS II изменен процесс определения типа RA, выдаваемого при сближении с другим оснащенным TCAS II воздушным судном.
Цель такого изменения состоит в предотвращении в максимально возможной степени выдачи RA, которая потребовала бы выполнение маневра в направлении, противоположном текущей траектории собственного воздушного судна в вертикальной плоскости.
Например, набирающее высоту воздушное судно должно получить рекомендацию RA «скорректировать вертикальную скорость», требующую уменьшить скорость набора высоты, а не рекомендацию RA «снижаться».
Цель заключается в достижении большей совместимости выдаваемой RA с диспетчерским разрешением и таким образом в создании меньших помех работе диспетчеров УВД и пилотов.

ПОРОГОВЫЕ ЗНАЧЕНИЯ СРАБАТЫВАНИЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВЫСОТЫ.
Тау -представляет собой пороговое значение, которое сравнивается с временем полета до точки CPA, рассчитываемым путем деления наклонной дальности между воздушными судами на скорость сближения.
Система TCAS использует концепцию для большинства своих функций выдаче предупреждений.
Значения тау являются функцией от уровня SL.
SL-Уровень чувствительности.
Необходим компромисс между защитой, которую должна обеспечивать логическая программа СПС, и излишними сигналами тревоги, обусловленными прогнозирующим характером логической программы.
Баланс достигается путем управления уровнем чувствительности (SL), который корректирует размеры теоретического «защищаемого объема» каждого воздушного судна, оснащенного системой TCAS.
Уровень чувствительности зависит от абсолютной высоты собственного воздушного судна изменяется пределах от 1 до 7.
Чем больше значение SL, тем выше уровень обеспечиваемой защиты.
При малой скорости сближения берется в расчёт минимальная дистанция:
-минимальный порог в горизонтальной плоскости (DMOD)
-минимальный порог в вертикальной плоскости (ZTHR)
-безопасная дистанция пролета по вертикали «ALIM»
Величина DMOD также является функцией от SL.
Зависимость пороговых значений срабатывания предупреждений приводятся
в таблице 2:

Таблица 2. ПОРОГОВЫЕ ЗНАЧЕНИЯ СРАБАТЫВАНИЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВЫСОТЫ

Вверх

ВЫБОР РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УСТРАНЕНИЮ УГРОЗЫ СТОЛКНОВЕНИЯ

При обнаружении угрозы столкновения система TCAS использует для выбора RA двух-ступенчатый процесс.
Первый этап заключается в выборе направления полета (уклонение с маневром вверх или вниз), рекомендуемого в RA.
Используя данные слежения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, логическая программа моделирует траекторию полета ВС-«угрозы» до точки CPA.
На рисунках ниже показаны траектории, по которым выполнялись бы набор высоты или снижение собственного воздушного судна со скоростью 1500 фут/мин, с учетом стандартной реакции пилота (время реакции 5 секунд и нормальное ускорение 0,25 g).
Логическая программа СПС рассчитывает прогнозируемое вертикальное эшелонирование для каждого из этих двух случаев и выбирает направление маневра, который обеспечивает наибольший интервал по вертикали.



Второй этап при определении RA состоит в выборе степени жесткости рекомендации.
Выбирается маневр, в котором используемая вертикальная скорость окажет наименьшее влияние на интервалы воздушного движения и при этом обеспечит безопасную дистанцию пролета в вертикальной плоскости.

TCAS способна решать ситуации, связанные с наличием нескольких ВС, создающих угрозу столкновения, либо с помощью одной рекомендации RA, которая будет поддерживать безопасный интервал вертикального эшелонирования со всеми ВС – источниками угрозы, либо путем выбора комбинированной RA, включающей не противоречащие друг другу ограничения по набору высоты и снижению.

Вверх

ХАРАКТЕРИСТИКИ TCAS

Воздушные суда, не являющиеся нарушителями и находящиеся в пределах 6 м. миль и 1200 футов от собственного воздушного судна, называются близко расположенными воздушными судами и отличаются от других воздушных судов символом в виде сплошного белого или синего ромба.
В случае выдачи ТА или RA, когда находящееся ближе всех воздушное судно необязательно создает наибольшую опасность, этот символ указывает на то, что данное воздушное судно не является тем ВС-«угрозой», из-за которого сработало предупреждение.
Каждый символ отображается на экране согласно его положению относительно собственного воздушного судна.
Точность отображения зависит от выбранного масштаба.
При использовании масштаба 10м.миль степень точности данных о местоположении составляет примерно +/- 1морская миля по дальности и примерно 10 градусов по азимуту.

Вверх

КООРДИНАЦИЯ TCAS-TCAS

При сближении двух воздушных судов, оснащенных оборудованием TCAS, каждое ВС передает другому запросы по линии передачи данных режима S с тем, чтобы обеспечить выбор дополняющих друг друга рекомендаций по разрешению угрозы столкновения.

Для координационных запросов используются те же частотные каналы 1030/1090 МГц, что и для запросов в режиме наблюдения, и они передаются по крайней мере ежесекундно каждым воздушным судном в течение всего периода действия резолюции RA.
Каждое воздушное судно продолжает передавать координационные запросы другому до тех пор, пока одно из них считается источником угрозы.
Координационные запросы содержат информацию о предполагаемых маневрах воздушного судна по отношению к ВС-источнику угрозы.
Указанная информация выражается в виде дополнения: если одно воздушное судно выбрало рекомендацию «направление вверх», то оно передает воздушному судну – источнику угрозы сообщение, ограничивающее его RA выбором «направления вниз».
После согласования каждое устройство TCAS независимо выбирает степень жесткости RA в отношении геометрической конфигурации конфликтной ситуации.
Основное правило, применяемое для выбора направления маневра при сближении воздушных судов TCAS-TCAS, заключается в том, что перед выбором направления каждое устройство TCAS должно проверить, не получило ли оно информацию о планируемом маневре ВС источника угрозы.
В случае получения такой информации TCAS учитывает предполагаемые действия воздушного судна – источника угрозы.
В отсутствие таковой TCAS выбирает направление маневра, наиболее соответствующее геометрической конфигурации сближения.
В подавляющем большинстве случаев указанные два воздушных судна обнаруживают угрозу со стороны друг друга в несколько отличающиеся моменты времени.
ПРОЦЕСС СОГЛАСОВАНИЯ ПРОИСХОДИТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ:
Первое- воздушное судно выбирает для своей RA направление маневра, основанное на геометрической конфигурации сближения, и передает информацию о планируемых действиях; после чего
Второе -воздушное судно выбирает противоположное направление и подтверждает свой дополняющий предполагаемый маневр.
Однако может возникнуть ситуация, когда два воздушных судна обнаруживают угрозу со стороны друг друга одновременно, и поэтому оба выбирают направление маневра, основанное на геометрической конфигурации сближения.
В этом случае существует вероятность того, что оба ВС выберут одно и то же направление.
Если такое происходит, воздушное судно с более высоким адресом режима S обнаружит не совместимость и изменит направление своего рекомендуемого маневра на противоположное до того, как будет выработана RA. !!!

 

ПРИМЕР КООРДИНАЦИИ TCAS 3-Х САМОЛЕТОВ:


Принцип работы TCAS в картинках.

Система Orphus
Вверх
Возврат на главную страницу TCAS