基于FACE架构的直升机TACS系统设计

王秋云　孟浩

摘要：本文基于FACE架构，提出了一種直升机TCAS系统设计方案，能够有效降低系统体积和重量，并方便移植到各类飞行器平台中。

[关键词]空中交通告警和防撞系统直升机FACE架构

1概述

随着低空管制日渐放开和通用航空蓬勃发展，包括直升机在内的民用飞行器规模正日益扩大，使得低空航路资源更加紧张，增加了飞行的不安全性。中国民航局已于2002年强制要求最大起飞重量超过5700千克或批准旅客座位数超过19的涡轮动力飞机必须安装空中交通告警防撞系统（TrafficCollisionAvoidanceSystem，简称TCAS）。

国内目前也在开展直升机配装TCASII的应用与研究，本文提出了一种面向FACE的TCAS与航电系统交联方案，能够有效降低系统体积和重量。

2TACS系统组成

TCASII系统主要由空中交通预警和防撞处理机、S模式应答机、ATC控制盒、空中交通天线、S模式应答天线、空中交通显示器等组成。TCAS定向天线安装在机身顶部，另一部定向/全向天线安装在机身底部。TCAS天线以1030MHz的频率发射询问脉冲，由TCAS处理机控制可以对飞机前、后、左、右四个区域进行扫描询问。定向天线可以实现对指定目标范围的定向询问和特殊的小声呼叫询问，从而避免干扰。

3基于FACE架构的TCAS系统设计

航空电子系统的发展趋势是综合化、模块化和开放式，以射频综合、孔径综合、数据处理综合等为特点，形成统一的高速航电互联网络。以CTOS形式为主的TCAS产品，单独配置显示器和告警设备，其重量和体积较大，已不能适应未来航电系统需求。

本文以未来机载能力环境FACE（FutureAirborneCapabilityEnvironment）为基础，提出了一种TCAS与航电系统的交联方法，将相关的数据处理、显示与告警功能以软件组件的形式集成到座舱综合显示控制系统中，以降低航电系统体积和重量。

FACE是一种层次化架构，采用模块化设计，将基于软件的功能以组件形式开发，并通过预定义的接口向其他组件开放。FACE共分为五个层次，自上而下分别是可移植组件层、传输服务层、平台特定服务层、IO服务层和操作系统层。

如图1所示，TCAS服务主要以可移植组件及平台特定服务组件的形式存在于FACE架构的航电系统应用软件中;TCAS硬件可以是CTOS的形式，与航电系统交联，或者直接通过平台无线电服务，以S模式与外部飞行器进行通信。

TCAS显示与告警服务组件，采用符合相关适航标准的显示图符，在多功能显示器上显示RA和TA信息，并通过机上音响系统发出相应告警信息。考虑其具有通用性，且适应航电系统家族化要求，故以可移植组件的形式提供服务。

TCAS告警处理服务组件，与硬件设备进行数据和控制状态交互，对空中交通状态进行处理，并根据防碰撞告警模型，综合考虑本机动力学特性和空域、地域状况等，提供TA和RA指令。告警处理服务需要针对特定平台进行开发，若采用CTOS产品，数据预处理功能由CTOS承担，告警处理服务主要进行防碰撞模型计算;若采用平台无线电服务，则数据处理模块也需要有该服务承担。对于TCAS而言，防碰撞模型真正决定了其有效性，对特定平台需要考虑其不同的动力学特性开发相应的模型，故而告警处理服务需要以平台特定服务组件形式开发。

4总结与展望

本文提出了一种面向FACE架构的TCAS系统设计方案，通过软件组件的方式提供空中交通警告与防碰撞服务，能够有效降低系统体积和重量，适应航电系统发展趋势，满足综合化、模块化和开放化要求，且可移植性好，能够广泛应用于各型飞行器。

参考文献

[1] AERONAUTICAL RADI0， INC. ARINCCHARACTERISTIC 7 35B-TRAFFICCOMPUTER TCAS AND ADS-BFUNCTIONALITY.December 14， 2007.

[2]John Law， Mode S and ACAS Programe，Harry Hutchinson， QinetiQ Project.Safety Study of the Potential Useof ACAS II on Helicopters. EUROPEANAIR TRAFFIC MANAGEMENT PROGRAMME.Ju116， 2008.

[3]高翔，李辰.复杂航电架构的开放式系统标准研究[J].航空电子技术，2015，46（02）：26-31+41.