專利名稱：密集編隊(duì)/編隊(duì)內(nèi)定位防撞系統(tǒng)及方法
對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考本申請(qǐng)與同日提交的題為“TCAS的升降速度表/空中交通分辨率報(bào)告顯示”的繼續(xù)申請(qǐng)相關(guān)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及防撞系統(tǒng)(CAS)的航空電子學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及機(jī)載空中交通警戒和防撞系統(tǒng)和應(yīng)答機(jī)。這里描述的防撞系統(tǒng)具有在例如夜間/儀表飛行氣象條件下對(duì)較大飛行編隊(duì)中的飛機(jī)進(jìn)行定位和保持間距的能力。
受1956年在Grand Canyon上空兩架航線客機(jī)碰撞的刺激，航空公司著手防撞概念的研究。到80年代后期，與航空公司、航空工業(yè)局和聯(lián)邦航空局協(xié)同工作開發(fā)了機(jī)載防撞的系統(tǒng)。被稱為空中交通警戒和防撞系統(tǒng)II(TCAS II)的系統(tǒng)得到國會(huì)指示于90年代初期安裝在絕大多數(shù)的商業(yè)飛機(jī)上。機(jī)載防撞系統(tǒng)的發(fā)展年表可以在1990年3月由美國運(yùn)輸部聯(lián)邦航空局出版的“TCAS II導(dǎo)論”中看到。
有效的機(jī)載CAS的發(fā)展多年來一直是航空界的目標(biāo)。機(jī)載防撞系統(tǒng)可防止與其他飛機(jī)碰撞，且與地基空中交通管制相獨(dú)立。正如在航空工業(yè)中能很好理解的，避免與其他飛機(jī)的這種碰撞是一項(xiàng)十分重要的任務(wù)。此外，防撞既是軍用也是商用飛機(jī)的一個(gè)問題。另外，來自密集編隊(duì)飛機(jī)的大量的同時(shí)的TCAS詢問產(chǎn)生顯著的射頻(RF)干擾且可能潛在地退化維持與其它飛機(jī)和障礙物的精確位置/間距判別的有效性。因此，為了促進(jìn)空中旅行的安全性，避免與其他飛機(jī)碰撞的系統(tǒng)是迫切需要的。
除了上述問題外，還需要飛機(jī)，尤其是軍用飛機(jī)在夜間以及具有低檢測(cè)幾率的全天候條件(包括儀表飛行氣象條件(IMC))下執(zhí)行精確空降、集合、空中加油和空—地任務(wù)。此外，還需要允許這些飛機(jī)(少則2架多則250架飛機(jī))在防衛(wèi)計(jì)劃指南中所描述的所有儀表飛行法規(guī)(IFR)高度上以500英尺到100海里的可選距離維持編隊(duì)位置和間距。此外，系統(tǒng)與當(dāng)前的位置保持裝置(SKE)系統(tǒng)是兼容的(主要由于成本問題)或者它們將不能與裝備SKE的飛機(jī)進(jìn)行IMC編隊(duì)飛行。
參考

圖1，圖中示出傳統(tǒng)TCAS系統(tǒng)的方框圖。圖1中示出的有TCAS定向天線10、TCAS全向天線11和TCAS計(jì)算機(jī)單元12，后者包括接收機(jī)12A、發(fā)射機(jī)12B和處理器12C。此外圖中示出的還有聽覺信號(hào)器13、空中交通報(bào)告顯示器(TA)14和分辨率報(bào)告顯示器15。另一方面，可將TA和RA顯示器組合為一個(gè)顯示器(未示出)。應(yīng)答機(jī)包括應(yīng)答機(jī)單元16A、控制面板16B以及應(yīng)答機(jī)天線16C和16D。TCAS和應(yīng)答機(jī)一起工作，起到防撞系統(tǒng)的作用。本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員理解，這僅僅是傳統(tǒng)TCAS的示例。例如，許多其他配置結(jié)構(gòu)也是可能的，如用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的定向天線代替全向天線11。TCAS及其各個(gè)部件的操作對(duì)于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員而言是公知的，不是理解本發(fā)明所必需的。
在TCAS系統(tǒng)中，詢問機(jī)和應(yīng)答機(jī)二者均是機(jī)載的并提供飛機(jī)之間通信的裝置。應(yīng)答機(jī)通過發(fā)送一答復(fù)對(duì)詢問作出響應(yīng)，該答復(fù)被詢問機(jī)接收和處理。通常，詢問機(jī)包括一接收機(jī)、一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)、一視頻量化器、一前沿檢測(cè)器和一解碼器。被詢問器接收的答復(fù)由一系列可識(shí)別飛機(jī)的信息脈沖組成，或者包含高度或其他信息。答復(fù)是脈沖位置調(diào)制(PPM)信號(hào)，它或是以空中交通管制雷達(dá)信標(biāo)系統(tǒng)(ATCRBS)格式或是以選擇模數(shù)(S模式)格式發(fā)送。
裝備TCAS II的飛機(jī)能夠在裝備TCAS II飛機(jī)的約20海里半徑內(nèi)監(jiān)測(cè)其他飛機(jī)(美國專利5,805,111，“實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展距離TCAS的方法和裝置”，描述一種擴(kuò)展距離TCAS)。當(dāng)確定入侵機(jī)構(gòu)成威脅時(shí)，TCAS II系統(tǒng)警告駕駛員存在危險(xiǎn)并給駕駛員提供入侵機(jī)的方位和距離。如果威脅未被分辨出且可能碰撞或接近擊中，則TCAS II系統(tǒng)警告駕駛員采取例如升高或下降等避讓措施以避免碰撞。
過去幾年中，已經(jīng)開發(fā)了除了以上描述的這些系統(tǒng)外的系統(tǒng)，以提供編隊(duì)飛行飛機(jī)的防撞。一種系統(tǒng)便是由AlliedSignal航空公司提供的稱為增強(qiáng)型空中交通警戒防撞系統(tǒng)(ETCAS)。ETCAS為軍事特定飛行任務(wù)提供正常防撞、監(jiān)視和編隊(duì)/搜索模式。
AlliedSignal的ETCAS在幾方面未達(dá)到目標(biāo)。首先，一旦飛機(jī)加入編隊(duì)，ETCAS本身并不或者不與任何其他機(jī)上系統(tǒng)一起維持編隊(duì)內(nèi)的飛機(jī)位置和間距。ETCAS中是一個(gè)情況發(fā)覺工具，通過接收從飛機(jī)應(yīng)答機(jī)發(fā)送的模式3/A碼而指定編隊(duì)成員；ETCAS并不與其他飛機(jī)系統(tǒng)接口，以補(bǔ)償編隊(duì)位置誤差。ETCAS實(shí)際上是飛機(jī)編隊(duì)成員識(shí)別和集合系統(tǒng)，作為一種真實(shí)的編隊(duì)內(nèi)定位防撞系統(tǒng)未達(dá)到目標(biāo)。其次，ETCAS升降速度表/空中交通分辨率警戒(VSI/TRA)顯示并不通告領(lǐng)隊(duì)編隊(duì)和成員飛機(jī)的相對(duì)速度(距離變化率)。ETCAS僅僅是邊界有效的，沒有VSI/TRA顯示器上通告的編隊(duì)飛機(jī)的相對(duì)速度。因此，駕駛員沒有相對(duì)速度參考以維持與領(lǐng)隊(duì)飛機(jī)的編隊(duì)位置，尤其是在關(guān)鍵的轉(zhuǎn)彎機(jī)動(dòng)飛行期間。第三，ETCAS編隊(duì)/搜索模式技術(shù)整個(gè)地基于主動(dòng)TCAS詢問。應(yīng)答機(jī)詢問和產(chǎn)生的S模式應(yīng)答機(jī)答復(fù)明顯地增加與較大編隊(duì)飛機(jī)的射頻接收干擾，會(huì)退化維持精確位置/間距判別標(biāo)準(zhǔn)的有效性。此外，增大的射頻復(fù)合水平禁止較大編隊(duì)偷偷摸摸地穿過未檢測(cè)空間。
在以前系統(tǒng)存在另一個(gè)問題，其中現(xiàn)有軍用飛機(jī)上的位置保持裝置(SKE)能夠支持僅僅16架飛機(jī)的編隊(duì)。
發(fā)明簡(jiǎn)要內(nèi)容提供以下本發(fā)明概要以便于理解本發(fā)明獨(dú)有的一些創(chuàng)新特征，但并不打算全面描述。通過把整個(gè)說明書、權(quán)利要求書和附圖及摘要作為一個(gè)整體才能獲得對(duì)本發(fā)明的各個(gè)方面的全面理解。
本發(fā)明描述一種維持編隊(duì)飛行(如執(zhí)行戰(zhàn)略空降兵旅傘降的這類軍事編隊(duì)飛行)的大量飛機(jī)的飛機(jī)位置和安全間距的系統(tǒng)和方法，盡管它也能夠用于涉及應(yīng)用飛機(jī)編隊(duì)飛行機(jī)組的任何航空服務(wù)。本發(fā)明涉及使用被動(dòng)空中交通警戒和防撞系統(tǒng)(TCAS)和S模式數(shù)據(jù)鏈路應(yīng)答機(jī)，以在編隊(duì)飛機(jī)的多個(gè)機(jī)組當(dāng)中提供分布編隊(duì)內(nèi)控制。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括數(shù)據(jù)鏈路S模式應(yīng)答機(jī)，它產(chǎn)生并發(fā)送ADS-B廣播數(shù)據(jù)。這種ADS-B廣播數(shù)據(jù)包含長機(jī)的飛機(jī)位置信息。本發(fā)明還包括與S模式應(yīng)答機(jī)通信的被動(dòng)空中交通警戒和防撞系統(tǒng)(TCAS)計(jì)算機(jī)。TCAS接收并處理來自位于另一架飛機(jī)(例如機(jī)組內(nèi)的組機(jī))上另一數(shù)據(jù)鏈路應(yīng)答機(jī)的廣播數(shù)據(jù)，以確定長機(jī)與另一飛機(jī)的飛機(jī)相對(duì)位置。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)鏈路S模式應(yīng)答機(jī)與TCAS計(jì)算機(jī)通信。TCAS計(jì)算機(jī)接收和處理來自應(yīng)答機(jī)的廣播數(shù)據(jù)。TCAS計(jì)算機(jī)還與飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)通信，后者接收來自TCAS計(jì)算機(jī)的廣播數(shù)據(jù)并基于所述廣播數(shù)據(jù)產(chǎn)生操縱指令。本發(fā)明包括一高速數(shù)字通信鏈路，它被可操作地連接于飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)，后者被用于將所述操縱指令發(fā)送到另一架裝備應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)，在這里由所述另一架飛機(jī)對(duì)操縱指令作處理。所述另一架飛機(jī)使用所述操縱指令將其與主飛機(jī)進(jìn)行定位。這可以用位置保持裝置或者自動(dòng)飛行控制器來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的方法包括以下步驟提供一應(yīng)答機(jī)(在一架或多架飛機(jī)上)，它產(chǎn)生并發(fā)送ADS-B廣播數(shù)據(jù)以確定相對(duì)飛機(jī)位置；以及提供長機(jī)的機(jī)載TCAS計(jì)算機(jī)。TCAS與應(yīng)答機(jī)通信以及接收并處理來自應(yīng)答機(jī)的ADS-B廣播數(shù)據(jù)。所述方法包括利用例如自動(dòng)飛行或位置保持裝置基于所述廣播數(shù)據(jù)在編隊(duì)飛行時(shí)使飛機(jī)彼此(自動(dòng))定位和保持間距的步驟。所述方法進(jìn)一步包括提供與TCAS計(jì)算機(jī)通信的飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)、將來自TCAS計(jì)算機(jī)的廣播數(shù)據(jù)發(fā)送到飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)、處理所述廣播數(shù)據(jù)以及經(jīng)高速數(shù)據(jù)鏈路在飛機(jī)之間有選擇地發(fā)送經(jīng)處理的廣播數(shù)據(jù)的步驟。所述處理步驟進(jìn)一步包括計(jì)算目標(biāo)飛機(jī)距離、距離變化率、相對(duì)高度、高度變化率，以及承載從S模式應(yīng)答機(jī)收到的廣播(ADS-B)數(shù)據(jù)以確定飛機(jī)是否正在入侵裝備TCAS飛機(jī)的空間的步驟。所述選擇性發(fā)送步驟是例如利用特定飛機(jī)的唯一飛行識(shí)別符來進(jìn)行的。所述方法還包括當(dāng)入侵者穿過編隊(duì)飛行飛機(jī)的預(yù)定周界時(shí)給飛機(jī)駕駛員發(fā)警告以及顯示在預(yù)定機(jī)組或空間內(nèi)飛機(jī)距離變化率或相對(duì)速度的步驟。所述方法進(jìn)一步包括禁止空中交通管制雷達(dá)信標(biāo)系統(tǒng)(ATCRBS)信息由S模式應(yīng)答機(jī)送出的步驟。
本發(fā)明通過多個(gè)飛機(jī)編隊(duì)機(jī)組單位的分布控制能夠支持250架飛機(jī)的飛行編隊(duì)。它使用被動(dòng)監(jiān)視技術(shù)來維持在所有儀表飛行法規(guī)(IFR)高度下彼此間500英尺到100海里內(nèi)的編隊(duì)飛機(jī)位置?？芍芷谛缘?例如每秒2次)廣播更新的飛機(jī)位置信息。自動(dòng)相依監(jiān)視廣播(ADS-B)信息的這些周期性S模式應(yīng)答機(jī)傳輸被送到另一裝備TCAS的飛機(jī)并被其接收。這種擴(kuò)展ADS-B數(shù)據(jù)傳輸這里也稱為全球定位系統(tǒng)(GPS)或S模式間歇振蕩器。飛機(jī)位置、相對(duì)高度和速度被表示在升降速度表/空中交通分辨報(bào)告(VSI/TRA)顯示器上(例如陰極射線管或平板顯示器)，提供給飛機(jī)飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)的編隊(duì)內(nèi)定位防撞系統(tǒng)(IFPCAS)數(shù)據(jù)匯合中心處理。飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)接收來自TCAS計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)、處理所述數(shù)據(jù)以獲得例如距離和距離變化率，然后飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)將所述數(shù)據(jù)設(shè)置為可被諸如位置保持裝置等外部設(shè)備使用的格式。產(chǎn)生操縱指令并傳播給各個(gè)編隊(duì)飛機(jī)。操縱指令可利用機(jī)上位置保持裝置(該裝置也可以用于維持直升飛機(jī)定位)和自動(dòng)駕駛裝置來執(zhí)行。本發(fā)明的被動(dòng)監(jiān)視技術(shù)明顯地減小能夠檢測(cè)較大飛機(jī)編隊(duì)的距離范圍，產(chǎn)生的較低射頻干擾維持未被中斷的位置和間距校正更新。
本發(fā)明解決了幾個(gè)問題，包括但不限于，提供一個(gè)裝置，利用ADS-B信息和高頻數(shù)據(jù)鏈路(和天線)在夜間/儀表飛行氣象條件下對(duì)在極大飛行編隊(duì)(例如100架飛機(jī))中飛機(jī)定位和保持間距，數(shù)據(jù)鏈路用于傳播編隊(duì)內(nèi)操縱指令；利用飛機(jī)飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)作為數(shù)據(jù)匯合中心，用于基于從TCAS收到的同化ADS-B信息產(chǎn)生操縱指令；以及減少由多個(gè)同時(shí)TCAS詢問和S模式應(yīng)答機(jī)答復(fù)產(chǎn)生的射頻干擾量。在夜間和儀表飛行氣象條件(IMC)下，本發(fā)明在2至100架飛機(jī)最高達(dá)250架飛機(jī)之間維持安全間距。本發(fā)明使得飛機(jī)位置/間距在所有儀表飛行法規(guī)(IFR)高度下在500英尺至100海里的距離上可選。本發(fā)明是一種綜合飛機(jī)定位/間距控制方案。
本發(fā)明的新穎特征在研究了本發(fā)明的以下詳細(xì)描述后對(duì)本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員而言將是顯然的或者可通過本發(fā)明的實(shí)踐而掌握。然而，應(yīng)當(dāng)理解，給出的本發(fā)明的詳細(xì)描述和特定例子，雖然表示了本發(fā)明的特定實(shí)施例，這僅僅是為了說明目的而提供的，因?yàn)閺谋景l(fā)明的詳細(xì)描述以及以下的權(quán)利要求書，在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的各種變化和改進(jìn)對(duì)本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員而言將是顯然的。
IV.附圖簡(jiǎn)述附圖中，相似的參考標(biāo)號(hào)指在各幅圖中的相同或功能相似的單元，這里引入附圖，它與說明書中書面部分一起進(jìn)一步示明本發(fā)明，與本發(fā)明的詳細(xì)描述一起可說明本發(fā)明的原理。
圖1(現(xiàn)有技術(shù))是傳統(tǒng)TCAS系統(tǒng)的方框圖。
圖2是例示飛機(jī)編隊(duì)組元的圖。
圖3是按本發(fā)明的用于密集編隊(duì)飛行的防撞系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的方框圖。
圖4是按本發(fā)明的用于編隊(duì)內(nèi)定位飛行的防撞系統(tǒng)的另一實(shí)施例的方框圖。
圖5是按本發(fā)明的圖4所示實(shí)施例(編隊(duì)內(nèi)防撞系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu))的更詳細(xì)方框圖。
圖6是TCAS VSI/TRA顯示器的正視圖，具有按照本發(fā)明顯示的編隊(duì)飛機(jī)的相對(duì)速度(距離變化率)。
圖7是按照本發(fā)明的用于向觀察者顯示信息的方法的流程圖。
圖8是按照本發(fā)明的用于向觀察者顯示信息的方法的流程圖。
圖9是按照本發(fā)明的用于向觀察者顯示信息的方法的流程圖。
圖10是按照本發(fā)明的用于向觀察者顯示信息的方法的流程圖。
本發(fā)明的詳細(xì)描述被動(dòng)防撞系統(tǒng)(CAS)可通過本發(fā)明實(shí)施，以利用綜合控制系統(tǒng)維持各編隊(duì)機(jī)組與每個(gè)機(jī)組內(nèi)組機(jī)之間的可選擇間距。被動(dòng)CAS可通過本發(fā)明利用多個(gè)飛機(jī)編隊(duì)機(jī)組的中央化控制和分散執(zhí)行而獲得。本發(fā)明使用來自S模式應(yīng)答機(jī)的TCAS和全球定位系統(tǒng)(GPS)間歇振蕩器數(shù)據(jù)。術(shù)語GPS間歇振蕩器、S模式間歇振蕩器和ADS-B指同一事情，在本發(fā)明的整個(gè)描述中可互換地用于描述擴(kuò)展數(shù)據(jù)傳輸。
對(duì)大量編隊(duì)飛機(jī)(例如對(duì)于IMC和夜間飛行條件中的大量軍用空降)編隊(duì)是一個(gè)在以下兩部分通過本發(fā)明實(shí)施的定位/間距控制問題1)傳統(tǒng)TCAS(例如霍尼韋爾公司的TCAS-2000(產(chǎn)品編號(hào)RT-951))的改進(jìn)和增強(qiáng)，允許密集編隊(duì)飛行，而沒有不必要的空中交通通報(bào)或分辨率通報(bào)；以及2)使用S模式應(yīng)答機(jī)的數(shù)據(jù)處理飛機(jī)位置，以及用附帶天線的外部高頻(例如VHF，UHF)數(shù)據(jù)鏈路(發(fā)射機(jī)和接收機(jī))在飛機(jī)之間傳送諸如ADS-B和編隊(duì)內(nèi)操縱指令的數(shù)據(jù)。
參考圖2，圖中示出一個(gè)例示飛機(jī)編隊(duì)，其成員引向降落區(qū)260，為此編隊(duì)內(nèi)定位防撞系統(tǒng)(IFPCAS)是必需的。彼此緊靠著飛行但是不是同一機(jī)組部分的相鄰飛機(jī)可以利用被動(dòng)TCAS檢測(cè)和處理來維持安全間距。大的編隊(duì)(主機(jī)組)200可以分成較小的機(jī)組(210、220、230、240)，機(jī)組長機(jī)負(fù)責(zé)維持機(jī)組組機(jī)(212、222、232、242)之間的飛機(jī)間距。一個(gè)機(jī)組被定義為約2-50架飛機(jī)的較小編隊(duì)。大的編隊(duì)(最多達(dá)250架飛機(jī))200當(dāng)中包含許多機(jī)組。主編隊(duì)長機(jī)(MFL)250負(fù)責(zé)維持構(gòu)成整個(gè)編隊(duì)200的多個(gè)機(jī)組(210、220、230、240)之間的間距(MFL的作用為編隊(duì)組機(jī)的信標(biāo))。
MFL250利用由機(jī)組長機(jī)應(yīng)答機(jī)周期性播放的信息(具體為全球定位系統(tǒng)(GPS)間歇振蕩器數(shù)據(jù))來維持機(jī)組間距。MFL250接收來自每個(gè)機(jī)組長機(jī)(225、235、245)的數(shù)據(jù)。每個(gè)機(jī)組長機(jī)(225、235、245)通過一個(gè)唯一S模式24位地址來識(shí)別。編隊(duì)機(jī)組和其他多個(gè)編隊(duì)的精確位置定位能夠用GPS間歇振蕩器數(shù)據(jù)準(zhǔn)確跟蹤。MFL250匯合所有機(jī)組位置的數(shù)據(jù)；這種數(shù)據(jù)匯合在MFL的飛行管理系統(tǒng)(FMS)IFPCAS數(shù)據(jù)匯合中心實(shí)現(xiàn)，正如相對(duì)圖5示出和討論的。各個(gè)機(jī)組操縱指令經(jīng)S模式數(shù)據(jù)鏈路發(fā)送到機(jī)組長機(jī)(225、235、245)，正如相對(duì)圖4示出和討論的。操縱指令通過它們的唯一S模式24位地址被送至各個(gè)機(jī)組長機(jī)。MFL250、機(jī)組長機(jī)(225、235、245)和機(jī)組組機(jī)能夠通過它們的S模式24位地址和/或分配給每架飛機(jī)并作為現(xiàn)有S模式消息類型的部分發(fā)送出去的飛行識(shí)別標(biāo)志來識(shí)別。
機(jī)組長機(jī)(225、235、245)然后在它們自己的FMS中處理操縱指令并將操縱指令傳播給它們機(jī)組中的組機(jī)。各個(gè)機(jī)組飛機(jī)實(shí)行此操縱指令，如果經(jīng)它們的與機(jī)組長機(jī)的站臺(tái)保持系統(tǒng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)鏈路要求它們?nèi)绱俗龅脑挕?yīng)當(dāng)注意，每個(gè)S模式消息包含一個(gè)周期性冗余校驗(yàn)(24位差錯(cuò)檢測(cè)碼)以防止差錯(cuò)信息被飛機(jī)接收。
以類似方式也可以使用GPS間歇振蕩器使得多個(gè)編隊(duì)相互飛行并以可選距離維持位置/間距。在多個(gè)編隊(duì)情況中，超級(jí)主編隊(duì)長機(jī)(SMFL)從MFL接收ADS-B信息。SMFL處理已匯合數(shù)據(jù)并將操縱指令傳播到編隊(duì)機(jī)組主長機(jī)以維持多個(gè)編隊(duì)之間的位置和間距。
這一分布編隊(duì)定位控制方法阻止單點(diǎn)失誤并提供將MFL250和機(jī)組長機(jī)(225、235、245)職責(zé)傳送到下屬編隊(duì)飛機(jī)的靈活性。
參考圖3，圖中示出用于獲得密集編隊(duì)防撞的本發(fā)明的被動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)的圖示。正如這里使用的，被動(dòng)監(jiān)視指不用主動(dòng)TCAS空中交通通報(bào)咨詢便能獲得密集編隊(duì)防撞。傳統(tǒng)的TCAS與主動(dòng)TCAS空中交通咨詢一起工作。被動(dòng)監(jiān)視通過S模式應(yīng)答機(jī)GPS間歇振蕩器廣播和接下來數(shù)據(jù)(顯示飛機(jī)位置)的TCAS接收和處理能夠?qū)崿F(xiàn)。
圖3示出本發(fā)明的例示實(shí)施例。盡管圖中僅示出兩個(gè)飛機(jī)系統(tǒng)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，多個(gè)飛機(jī)將具有類似于1號(hào)飛機(jī)與2號(hào)飛機(jī)之間所示的關(guān)系。在編隊(duì)中，1號(hào)飛機(jī)代表MFL。TCAS和所示的每個(gè)組元的操作是本領(lǐng)域所公知的，不需要詳細(xì)描述。有些空中交通管理系統(tǒng)應(yīng)答機(jī)(如S模式應(yīng)答機(jī))包括唯一飛機(jī)識(shí)別符從而能夠用目標(biāo)飛機(jī)的身份標(biāo)明該目標(biāo)飛機(jī)的每個(gè)消息。ADS-B消息以預(yù)定間距，例如每秒一次或兩次周期性地從S模式應(yīng)答機(jī)360廣播，包含飛機(jī)的地理坐標(biāo)(緯度和經(jīng)度)、各個(gè)飛機(jī)的磁航向、速度、預(yù)期飛行路徑、氣壓高度和飛行識(shí)別符等。這種ADS-B數(shù)據(jù)組是經(jīng)總線接口(如高速ARINC 429總線接口)從飛機(jī)的GPS、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)和飛行管理系統(tǒng)(FMS)(未示出)導(dǎo)出的，并提供給S模式應(yīng)答機(jī)360。被裝備TCAS的飛機(jī)接收的ADS-B數(shù)據(jù)經(jīng)處理顯示在頭盔上，能夠更好地使飛行駕駛員估計(jì)潛在沖突。TCAS350通過軟件操作以接收S模式間歇振蕩器信息并計(jì)算目標(biāo)接近飛機(jī)的位置。目標(biāo)距離、距離變化率、相對(duì)高度、高度變化率和方位角是從S模式應(yīng)答機(jī)接收的這一ADS-B數(shù)據(jù)算出的，以確定飛機(jī)是否正在闖入裝備TCAS的1號(hào)飛機(jī)的空間。在編隊(duì)中，只準(zhǔn)許長機(jī)對(duì)任何地面詢問作出響應(yīng)，因?yàn)樯漕l干擾和FAA空中交通控制不能對(duì)很小區(qū)域內(nèi)多個(gè)返程解密。從準(zhǔn)確度的角度考慮，本發(fā)明使用由闖入飛機(jī)廣播的GPS/INS數(shù)據(jù)，它允許精確計(jì)算位置，在多數(shù)情況中誤差不大于10m，而不是相對(duì)位置計(jì)算。在本發(fā)明中，相對(duì)高度、高度變化率、距離和相對(duì)速度(距離變化率)對(duì)避免碰撞都是關(guān)鍵的。為了導(dǎo)出故意接近率可考慮目標(biāo)飛機(jī)的其他參數(shù)。
1號(hào)飛機(jī)的TCAS350以預(yù)定頻率(例如1090MHz)通過S模式應(yīng)答機(jī)數(shù)據(jù)鏈路從2號(hào)飛機(jī)的S模式應(yīng)答機(jī)360′接收ADS-B數(shù)據(jù)。同樣，1號(hào)飛機(jī)的S模式應(yīng)答機(jī)360通過其S模式應(yīng)答機(jī)數(shù)據(jù)鏈路將ADS-B數(shù)據(jù)發(fā)送到2號(hào)飛機(jī)的TCAS350′。TCAS350通過總線370(例如ARINC 429總線接口)與S模式應(yīng)答機(jī)360通信。S模式應(yīng)答機(jī)360提供給TCAS的飛機(jī)高度信息，是從ADC340導(dǎo)出的。ADS-B數(shù)據(jù)310(如緯度、經(jīng)度、速度、預(yù)期飛行路徑等)從全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)/慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS/INS)330提供給TCAS350(通過飛行管理系統(tǒng)(FMS)(未示出))以及提供給S模式應(yīng)答機(jī)360。ADS-B數(shù)據(jù)320(如高度)從航空數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)(ADC)340提供給S模式應(yīng)答機(jī)360。
這里參考的ADS-B消息有5個(gè)“擴(kuò)展長度”間歇振蕩器消息組成(1)擴(kuò)展間歇振蕩器機(jī)載位置；(2)擴(kuò)展間歇振蕩器機(jī)載速度；(3)擴(kuò)展間歇振蕩器表面位置；(4)擴(kuò)展間歇振蕩器飛機(jī)識(shí)別符；及(5)事件驅(qū)動(dòng)間歇振蕩器。對(duì)于編隊(duì)飛行，本發(fā)明主要使用消息格式(1)和(2)用于被動(dòng)機(jī)載實(shí)施，并在以下段落中討論。關(guān)于這些ADS-B消息的附加信息可以在1997年9月12日發(fā)行的AEEC(航線電子工程委員會(huì))ARINC(航空無線電公司)，計(jì)劃書718A的草案2，“標(biāo)志4空中交通管理應(yīng)答機(jī)(ATCRBS/MODE-S)”中找到。
擴(kuò)展間歇振蕩器機(jī)載位置消息僅僅當(dāng)飛機(jī)是機(jī)載時(shí)發(fā)射。擴(kuò)展間歇振蕩器機(jī)載位置消息包含從飛機(jī)導(dǎo)航輔助裝置(GPS和INS)導(dǎo)出的位置信息。機(jī)載位置的擴(kuò)展間歇振蕩器作為S模式下行鏈路格式消息17(DF 017)發(fā)送，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的格式。該消息以隨機(jī)間距每秒發(fā)射兩次，所述隨機(jī)間距相對(duì)于以前擴(kuò)展間歇振蕩器機(jī)載位置發(fā)射在0.4至0.6秒范圍內(nèi)均勻分布。
擴(kuò)展間歇振蕩器機(jī)載速度消息僅僅當(dāng)飛機(jī)是機(jī)載時(shí)發(fā)射。擴(kuò)展間歇振蕩器機(jī)載速度消息包含從飛機(jī)導(dǎo)航輔助裝置(GPS和INS)導(dǎo)出的速度信息。擴(kuò)展間歇振蕩器機(jī)載速度消息作為S模式下行鏈路格式消息17(DF 017)發(fā)送，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的格式。該消息以隨機(jī)間距每秒發(fā)射兩次，所述隨機(jī)間距相對(duì)于以前擴(kuò)展間歇振蕩器機(jī)載速度發(fā)射在0.4至0.6秒范圍上均勻分布。
TCAS350正在以被動(dòng)模式工作，即不是主動(dòng)地詢問正在接收和處理數(shù)據(jù)的另一架飛機(jī)，這是要注意的。在一般TCAS操作下，當(dāng)TCAS正在以主動(dòng)詢問方式工作時(shí)，TCAS和S模式應(yīng)答機(jī)共享分辨率咨詢信息，或者有時(shí)被叫協(xié)調(diào)消息。在本發(fā)明中，當(dāng)處于其編隊(duì)飛行模式中時(shí)，使TCAS的主動(dòng)詢問失能。
廣播S模式間歇振蕩器數(shù)據(jù)不僅是密集編隊(duì)防撞的關(guān)鍵，而且是有效控制較大編隊(duì)機(jī)群中蜂窩狀編隊(duì)機(jī)組的相對(duì)位置的關(guān)鍵。這里給出的編隊(duì)內(nèi)定位系統(tǒng)基于分布編隊(duì)機(jī)組控制方案，它利用S模式應(yīng)答機(jī)ADS-B間歇振蕩器、TCASADS-B信息處理、飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)目標(biāo)跟蹤處理和常駐飛機(jī)SKE。在本方法中，MFL利用ADS-B信息維持機(jī)組定位，所述信息是從機(jī)組長機(jī)S模式應(yīng)答機(jī)周期性廣播的。
參考圖4，圖中示出本發(fā)明以IFPCAS模式工作的另一實(shí)施例。飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)410和SKE380與TCAS350通信，正如早先相對(duì)圖3已經(jīng)描述的。合適的SKE包括由Sierra技術(shù)公司的一個(gè)分部-Sierra Research提供的產(chǎn)品AN/APN-169C和AN/APN-240，盡管SKE的詳細(xì)情況對(duì)本發(fā)明的理解是不必要的。圖5示出這一系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的更高層次圖。
盡管圖4中僅示出兩架飛機(jī)，但是由多個(gè)編隊(duì)機(jī)組構(gòu)成的龐大編隊(duì)(例如250架飛機(jī))以類似方式工作。被動(dòng)監(jiān)視方法在使多個(gè)編隊(duì)相互間飛行并維持編隊(duì)位置/間距在可選擇距離(在所有IFR高度上從500英尺到100海里)是同樣有效的。在本情況中，“超級(jí)MFL”將接收MFL ADS-B位置信息并產(chǎn)生操縱指令，如上所述以分層方式傳播。
主編隊(duì)長機(jī)(見例如圖2的MFL)與機(jī)組組機(jī)通信。TCAS350向飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)410提供完整一組ADS-B導(dǎo)出跟蹤數(shù)據(jù)。飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)410通過飛機(jī)的唯一24位S模式地址而選擇編隊(duì)機(jī)組長機(jī)。機(jī)組單位位置和間距信息是通過機(jī)上飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)410計(jì)算的，產(chǎn)生的操縱指令經(jīng)高頻數(shù)據(jù)鏈路390傳播到機(jī)組編隊(duì)長機(jī)。操縱指令從高頻接收?qǐng)龅貍魉偷綑C(jī)組長機(jī)的飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)410′，它又將它們傳送到SKE380′。飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)410基于從TCAS350收到的數(shù)據(jù)經(jīng)總線385將飛機(jī)導(dǎo)航命令提供給其SKE380′。組機(jī)然后執(zhí)行機(jī)組長機(jī)的SKE命令，它們可以涉及各種命令，如俯仰、滾轉(zhuǎn)和推進(jìn)以維持在編隊(duì)中的位置。圖5所示的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)示出有IFPCAS控制器、數(shù)據(jù)匯合和在飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)410中作為軟件功能或分立的VME處理卡而實(shí)施的控制法規(guī)。多功能顯示器(MFD)550能夠用作TCAS VSI/TRA顯示器600的替代顯示器以顯示編隊(duì)CAS信息。MFD能夠顯示TCAS目標(biāo)代替或者附加于VSI/TRA600。
利用在每個(gè)GPS間歇振蕩器傳輸?shù)奈膊繌V播的唯一24位S模式地址能夠?qū)崿F(xiàn)編隊(duì)成員的選擇，這是重要的。另外，利用飛行ID能夠獲得成員選擇的第二手段，飛行ID還作為S模式擴(kuò)展長度消息的一部分發(fā)送出去。
以類似方式能夠處置非位置保持飛機(jī)編隊(duì)(例如加油機(jī)機(jī)組編隊(duì))。實(shí)際上，裝備TCAS的加油機(jī)能夠利用S模式ADS-B信息與利用S模式間歇振蕩器消息中發(fā)送的可選24位地址或飛行ID的特定編隊(duì)飛機(jī)相會(huì)合。這種非位置保持飛機(jī)通過接收來自MFL和/或機(jī)組領(lǐng)隊(duì)長機(jī)的S模式間歇振蕩器ADS-B數(shù)據(jù)并配置飛機(jī)飛行任務(wù)數(shù)據(jù)遵循S模式間歇振蕩器ADS-B數(shù)據(jù)則能維持編隊(duì)單位內(nèi)的位置和間距。同樣，會(huì)合飛機(jī)引導(dǎo)命令由利用所服務(wù)飛機(jī)ADS-B跟蹤數(shù)據(jù)的飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生。這是另一個(gè)例子，這里唯一S模式地址能夠被用于有選擇地跟蹤一架特定編隊(duì)成員飛機(jī)。
參考圖5，圖中示出按照本發(fā)明的IFPCAS體系結(jié)構(gòu)的實(shí)施例。戰(zhàn)略空降兵旅空降(SBA)運(yùn)載飛機(jī)將利用以上討論的定位方法自身直接飛行到VSI/TRA顯示地面目標(biāo)/降落區(qū)。飛機(jī)飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)410由從屬于IFPCAS控制法規(guī)560、FMS 565、數(shù)據(jù)匯合570和顯示處理575的IFPCAS控制器555構(gòu)成。
數(shù)據(jù)匯合單元570與外圍(數(shù)字)數(shù)據(jù)鏈路設(shè)備接口，以采集由TCAS 350、S模式應(yīng)答機(jī)360、VHF數(shù)據(jù)鏈路電臺(tái)520、SKE 380和區(qū)域標(biāo)志接收機(jī)510提供的數(shù)據(jù)。被采集的數(shù)據(jù)是自動(dòng)相依監(jiān)視(ADS)數(shù)據(jù)、位置保持裝置(SKE)數(shù)據(jù)以及空中交通警戒和防撞系統(tǒng)(TCAS)和S模式數(shù)據(jù)。ADS數(shù)據(jù)是從這一飛機(jī)視線范圍內(nèi)的其他飛機(jī)以及從空中交通管制(ATC)地面站接收的。SKE數(shù)據(jù)是從與這架飛機(jī)同處編隊(duì)中的其他飛機(jī)接收的。TCAS/S模式數(shù)據(jù)是從這一飛機(jī)視線范圍內(nèi)的其他飛機(jī)以及從ATC地面站接收的。
由于這一數(shù)據(jù)是從多個(gè)獨(dú)立源獲得的，它代表這架飛機(jī)相對(duì)于其他相鄰飛機(jī)的位置和狀態(tài)的不同視圖。采集數(shù)據(jù)的總集合將包含復(fù)制數(shù)據(jù)和一些對(duì)立數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)匯合算法(詳細(xì)情況不是理解本發(fā)明所必需的)用于使這一數(shù)據(jù)總集合與消除復(fù)制數(shù)據(jù)和分辨對(duì)立數(shù)據(jù)的信息的邏輯和協(xié)調(diào)子集合相關(guān)。幾個(gè)子集合涉及與這一飛機(jī)同處編隊(duì)中的飛機(jī)子集合；相鄰編隊(duì)或加入編隊(duì)中的飛機(jī)的子集合；以及這一飛機(jī)的視線范圍內(nèi)的飛機(jī)的子集合，但是與編隊(duì)內(nèi)不相關(guān)。信息的每個(gè)子集合將包含每架飛機(jī)的識(shí)別數(shù)據(jù)、位置數(shù)據(jù)、意向數(shù)據(jù)、威脅優(yōu)先數(shù)據(jù)和編隊(duì)內(nèi)數(shù)據(jù)。
IFPCAS控制器555與外圍數(shù)據(jù)鏈路設(shè)備接口，以確定它們當(dāng)前操作模式。IFPCAS控制器555單元接收駕駛命令輸入和數(shù)據(jù)匯合信息，以確定啟動(dòng)哪個(gè)IFPCAS功能。在編隊(duì)內(nèi)操作期間，IFPCAS控制器555對(duì)駕駛輸入作出響應(yīng)并啟動(dòng)控制法規(guī)560，利用數(shù)據(jù)匯合信息使飛機(jī)按編隊(duì)飛行。另外，IFPCAS控制器855與FMS 565接口，通過它飛行計(jì)劃的控制數(shù)據(jù)在編隊(duì)內(nèi)的其他飛機(jī)當(dāng)中協(xié)同變化。再有，IFPCAS控制器555對(duì)駕駛輸入作出響應(yīng)，通過將控制數(shù)據(jù)送至S模式應(yīng)答機(jī)360和TCAS 350產(chǎn)生射頻發(fā)射或者使其減至最小。這將使在軍事作戰(zhàn)期間敵方空軍檢測(cè)這一飛機(jī)進(jìn)入或接近戰(zhàn)區(qū)的能力減至最小。
IFPCAS控制法規(guī)560是使用數(shù)據(jù)匯合信息和IFPCAS控制器555輸入來處理控制法規(guī)算法的控制法規(guī)，控制法規(guī)算法以本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的方式計(jì)算自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)(AFCS)530的飛行速度、高度、航向和節(jié)流閥目標(biāo)。由于傳統(tǒng)TCAS的控制法規(guī)是本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員所熟知的，本發(fā)明的控制法規(guī)類似地由本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)，雖然還考慮了諸如SKE的外部設(shè)備。AFCS530是傳統(tǒng)的飛機(jī)自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)，提供飛行指引儀、自動(dòng)駕駛和自動(dòng)節(jié)流閥控制功能。AFCS 530接收來自IFPCAS控制法規(guī)單元560的飛行速度、高度、航向和節(jié)流閥目標(biāo)，以控制編隊(duì)內(nèi)飛機(jī)。這些目標(biāo)被用于保持編隊(duì)內(nèi)飛機(jī)與其他飛機(jī)以及維持機(jī)組進(jìn)入間距距離控制顯示單元(CDU)540是操作員將飛行參數(shù)輸入FMS 565所使用的接口。FMS 565是傳統(tǒng)的飛機(jī)飛行管理系統(tǒng)，提供飛行計(jì)劃航線和沿這些航線的橫向和垂直引導(dǎo)。FMS 565接收來自IFPCAS控制器555的控制數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)編隊(duì)內(nèi)的所有飛機(jī)協(xié)調(diào)飛行計(jì)劃航線變化。
顯示處理575單元是傳統(tǒng)的顯示處理功能塊，在例如多功能顯示器(MFD)550上將信息提供給飛行機(jī)組。顯示處理575單元接收來自IFPCAS控制器555和數(shù)據(jù)匯合570功能塊的顯示數(shù)據(jù)。這一數(shù)據(jù)是空中交通信息座艙顯示(CDTI)的綜合集合，它提供相鄰空中交通的清楚且簡(jiǎn)明表示，改善情況告知。
能夠接收TCAS ADS-B數(shù)據(jù)的非編隊(duì)軍用和民用飛機(jī)能夠在其VSI/TRA600(見圖6)上看到編隊(duì)飛機(jī)目標(biāo)。由于編隊(duì)飛機(jī)不是正在傳送分辨率報(bào)告，它將負(fù)責(zé)非編隊(duì)飛機(jī)的機(jī)動(dòng)避讓。
TCAS 350接收并處理ADS-B信息以及在升降速度表/空中交通分辨率警戒(VSI/TRA)顯示器600上顯示相對(duì)飛機(jī)位置(距離、方位和高度)。當(dāng)本發(fā)明的TCAS被配置為IFPCAS模式時(shí)，分辨率報(bào)告由于機(jī)組內(nèi)飛機(jī)的緊密靠近而被禁止。當(dāng)然，現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)遠(yuǎn)離本發(fā)明的這一特征，因?yàn)榉直媛蕡?bào)告是在這些其他防撞情況中需要的。
區(qū)域標(biāo)志接收機(jī)510仿效來自S模式應(yīng)答機(jī)360的GPS間歇振蕩器廣播，這是保證精確空降的關(guān)鍵。TCAS 350能夠用這里描述的唯一符號(hào)指示區(qū)域標(biāo)志。區(qū)域標(biāo)志接收機(jī)510更新到100海里以外顯然可行。然而，這將依賴于各種飛行任務(wù)場(chǎng)合能夠容許的RF發(fā)射功率電平。
霍尼韋爾的TCAS-2000(例如RT-951)和S模式應(yīng)答機(jī)(例如XS-950)用對(duì)TCAS-2000單元作某些改進(jìn)能夠滿足這里描述的唯一編隊(duì)內(nèi)位置要求。這些變化將在以下段落中討論。
改進(jìn)或增強(qiáng)的TCAS-2000是較佳的TCAS(這是最新產(chǎn)品)，但是其他TCAS系統(tǒng)以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式也能夠適應(yīng)并使用。TCAS-2000是一種新的空中交通警戒和防撞系統(tǒng)，由霍尼韋爾公司提供，該公司還研制于TCAS II。標(biāo)準(zhǔn)(即在這里所描述的改進(jìn)之前)TCAS 2000的特征包括顯示距離增加到80海里(nm)以滿足通信、導(dǎo)航、監(jiān)視/空中交通管理(CNS/ATM)要求；可變的顯示距離(5，10，20，40和80海里)；50條飛機(jī)航跡(5海里內(nèi)24條)；1200節(jié)接近速度；每分鐘10,000英尺升降變化率；法向脫險(xiǎn)機(jī)動(dòng)；增強(qiáng)脫險(xiǎn)機(jī)動(dòng)；脫險(xiǎn)機(jī)動(dòng)協(xié)同；以及空中/地面數(shù)據(jù)鏈路。
通過說明而非限制，除了圖4中所示的其他部件外，在TCAS-2000計(jì)算機(jī)中增加了輸入/輸出(I/O)卡350。該I/O卡350將來自TCAS-2000計(jì)算機(jī)的ADS-B數(shù)據(jù)接口提供到飛機(jī)飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)410。此外，TCAS 350從GNS/INS導(dǎo)出其目前位置、高度和飛行速度。利用這一I/O卡352容納這些信息與飛機(jī)GPS接收機(jī)和INS系統(tǒng)(330)接口。這一I/O卡352容納ARINC 429接口到GNSS/INS 330，以致于TCAS能夠建立其自身地理位置和飛行速度參考。TCAS經(jīng)高速ARINC 429數(shù)據(jù)總線接收來自S模式應(yīng)答機(jī)的高度數(shù)據(jù)。這些參數(shù)是精確計(jì)算相鄰機(jī)組編隊(duì)飛機(jī)的精確距離、距離變化率、方位和相對(duì)高度所必需的。
需要對(duì)TCAS-2000計(jì)算機(jī)處理單元卡(未示出)作改進(jìn)，以將平均濾波距離誤差從約72英尺降低到50英尺。此外，需要對(duì)控制面板作改進(jìn)以增加IFPCAS模式選項(xiàng)以及增加0.5海里距離選項(xiàng)。
較佳的S模式應(yīng)答機(jī)是霍尼韋爾公司的選擇模式(S模式)數(shù)據(jù)鏈路應(yīng)答機(jī)(產(chǎn)品XS-950)，這是實(shí)現(xiàn)所有當(dāng)前定義S模式功能的“全部特征”系統(tǒng)，但是具有未來發(fā)展的內(nèi)置升級(jí)能力。正如對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯然的，在本發(fā)明中能夠使用其他S模式應(yīng)答機(jī)。當(dāng)前S模式應(yīng)答機(jī)與TCAS和ATCRBS一起結(jié)合使用，以識(shí)別并跟蹤飛機(jī)位置，包括高度。S模式數(shù)據(jù)鏈路應(yīng)答機(jī)XS-950產(chǎn)品在飛機(jī)和空中交通管制之間發(fā)送和接收數(shù)字消息。它滿足在DO-181A(包括改變1)中描述的S模式應(yīng)答機(jī)的所有要求。單元還使ARINC特征718與當(dāng)前空中運(yùn)輸應(yīng)用的接口相符合。S模式應(yīng)答機(jī)能夠在飛機(jī)與地面系統(tǒng)之間發(fā)送和接收擴(kuò)展長度S模式數(shù)字消息。數(shù)據(jù)鏈路提供可能比當(dāng)前話音系統(tǒng)更有效、可靠和確認(rèn)的通信。
本發(fā)明要求對(duì)傳統(tǒng)S模式應(yīng)答機(jī)作改進(jìn)以在處于IFPCAS操作模式時(shí)禁止空中交通管制雷達(dá)信標(biāo)系統(tǒng)(ATCRBS)詢問答復(fù)。為了進(jìn)一步降低RF發(fā)射電平，本發(fā)明進(jìn)一步包括外部RF功率級(jí)衰減器，它要求對(duì)TCAS RF板作變化。S模式RF功率發(fā)射電平是640瓦峰值脈沖，250瓦最小值。由駕駛站控制的外部衰減器降低緊密靠近飛機(jī)的輻射電平，對(duì)降低檢測(cè)幾率產(chǎn)生貢獻(xiàn)，以及降低相鄰飛機(jī)L波段接收機(jī)減敏感作用的機(jī)會(huì)。僅僅編隊(duì)機(jī)組長機(jī)(例如圖2中225)將以較高S模式間歇振蕩器功率電平發(fā)射，以保證與主編隊(duì)長機(jī)(圖2中250)的可靠編隊(duì)位置控制。不需要對(duì)霍尼韋爾公司XS-950S模式應(yīng)答機(jī)作改進(jìn)，以廣播GPS間歇振蕩器數(shù)據(jù)，因?yàn)樗呀?jīng)是S模式ICAO電平4能力(即發(fā)射和接收16段擴(kuò)展長度(112)位消息)。
除了對(duì)商品化TCAS 2000(或其他TCAS產(chǎn)品)的硬件改進(jìn)外，本發(fā)明想到對(duì)其以及對(duì)S模式ADS-B系統(tǒng)的軟件作改進(jìn)，以減少不必要的回避機(jī)動(dòng)的數(shù)目并允許密集編隊(duì)飛行。改進(jìn)包括例如對(duì)商品化霍尼韋爾公司S模式應(yīng)答機(jī)產(chǎn)品XS-950的GPS間歇振蕩器能力增強(qiáng)。IFPCAS模式將被增加到現(xiàn)有軟件。當(dāng)在多架裝備TCAS飛機(jī)的編隊(duì)中飛行時(shí)，這一唯一TCAS操作模式將提供駕駛員/操作員情況告知。本發(fā)明的IFPCAS模式與傳統(tǒng)TCAS操作模式的區(qū)別包括但是不限于TCAS詢問被禁止；用入侵者穿過被保護(hù)區(qū)或者滿足被保護(hù)區(qū)內(nèi)某些接近距離判別標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的視覺/聽覺指示的入侵者的VSI/TRA顯示；用VSI/TRA顯示器(見圖6)上約0.5海里選擇范圍(見圖6)合適尺寸范圍圈(例如500英尺)的中心(或者某些定位)VSI/TRA顯示；預(yù)定距離(例如70英尺)的入侵者距離量化以及被濾波以提供預(yù)定距離(例如50英尺)的分辨率；相對(duì)速度和編隊(duì)成員識(shí)別(見圖6)的附加指示；切斷干擾限制邏輯；與GNSS/INS接口所需的變化；新的數(shù)據(jù)記錄參數(shù)；以及改進(jìn)S模式應(yīng)答機(jī)軟件代碼以禁止組機(jī)對(duì)空中交通管制雷達(dá)信標(biāo)系統(tǒng)(ATCRBS)響應(yīng)(僅僅MFL將具有應(yīng)答機(jī)使能)。所有這些變化在本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員的技能內(nèi)，對(duì)他們而言這些變化的實(shí)施將是顯然的。
TCAS-2000 GPS間歇振蕩器數(shù)據(jù)處理和S模式擴(kuò)展長度消息ADS-B數(shù)據(jù)傳輸二者將作為按照如上所述的本發(fā)明的TCAS-2000變化7軟件改進(jìn)的一部分而實(shí)施。現(xiàn)有商用TCAS-2000系統(tǒng)能夠被改進(jìn)為以IFPCAS模式工作，同時(shí)維持正常TCAS操作模式。正常TCAS空中交通報(bào)告/分辨率報(bào)告(TA/RA)能力則被禁止，以阻止飛機(jī)詢問和分辨率報(bào)告操作。
應(yīng)答機(jī)中的軟件按DO-178B，即軟件開發(fā)和證明的FAA要求完成和證明。軟件更新可以通過例如ARINC 615便攜數(shù)據(jù)加載器的手段在飛機(jī)上完成，加載器具有數(shù)據(jù)加載器端口，位于正面連接器上。所有的上述軟件改進(jìn)在本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員的技能內(nèi)，無需詳細(xì)討論其實(shí)施。
參考圖6，圖中示出按照本發(fā)明的升降速度表/空中交通分辨率報(bào)告(VSI/TRA)(或空中交通報(bào)告/分辨率報(bào)告)顯示器600。圖6示出示例的VSI/TRA顯示器600，具有被識(shí)別的編隊(duì)和非編隊(duì)成員，如編隊(duì)機(jī)組飛機(jī)(表示為飛機(jī)圖標(biāo))、領(lǐng)隊(duì)編隊(duì)飛機(jī)250(表示為菱形中的飛機(jī)圖標(biāo))以及非編隊(duì)飛機(jī)(由藍(lán)菱形620和琥珀圓630表示)。VSI/TRA顯示器還能夠顯示編隊(duì)、加油機(jī)、非編隊(duì)飛機(jī)等的不同符號(hào)。
正如圖6所示，本發(fā)明的TCAS VSI/TRA顯示器不僅對(duì)裝備TCAS的飛機(jī)670示出相對(duì)高度660(表示為虛線距離環(huán)640內(nèi)的飛機(jī)圖標(biāo))，而且示出裝備TCAS的飛機(jī)670與編隊(duì)長機(jī)和組機(jī)(610，680)的相對(duì)速度650(或距離變化率)。自己飛機(jī)位置由顯示器底部的頭向著12時(shí)鐘位置的飛機(jī)圖標(biāo)670表示。飛機(jī)圖標(biāo)680頂部的數(shù)目(-0.5)代表例如每小時(shí)海里的相對(duì)速度(650、652、564)，目標(biāo)以下的數(shù)目(例如660指向-01)代表例如數(shù)千英尺的相對(duì)高度。負(fù)數(shù)表示目標(biāo)飛機(jī)(250、610、680)正在以比裝備TCAS的飛機(jī)670更低的速度飛行，而正數(shù)表示目標(biāo)飛機(jī)(250、610、680)正在以比裝備TCAS的飛機(jī)670更高的速度飛行。這一增強(qiáng)使得TCAS成為在密集編隊(duì)分布中飛行的駕駛員的有附加值的儀器。相對(duì)速度指示對(duì)在轉(zhuǎn)彎機(jī)動(dòng)期間維持編隊(duì)內(nèi)飛機(jī)相對(duì)位置尤其有用。傳統(tǒng)的TCAS知道入侵者距離和距離變化率，但只是當(dāng)入侵者的相對(duì)速度構(gòu)成威脅時(shí)才顯示彩色警告。以編隊(duì)內(nèi)模式工作的本發(fā)明的TCAS顯示器顯示編隊(duì)機(jī)組飛機(jī)相對(duì)速度(650、652、654)；相對(duì)速度與相對(duì)高度一起以數(shù)字方式顯示在TCAS顯示器600上。
有了編隊(duì)中每架飛機(jī)的相對(duì)速度的瞬時(shí)知識(shí)，任何機(jī)組能夠立即校正其速度以與長機(jī)相匹配或者與相鄰飛機(jī)相通信，如果它正在脫離編隊(duì)速度飛行的話。一旦速度在更好控制之下，編隊(duì)中的所有飛機(jī)都可能飛行耦合到它們的飛行管理系統(tǒng)，因此保證每架飛機(jī)以相同軌跡飛行。本發(fā)明的TCAS顯示器600(增加了相對(duì)速度)應(yīng)當(dāng)幾乎取消所有的距離偏差，顯著降低機(jī)組工作負(fù)載以及增強(qiáng)IMC中安全有效大機(jī)組編隊(duì)。
本發(fā)明的方法遵循系統(tǒng)實(shí)施例的以上描述，在發(fā)明概要部分中作了描述。
參考圖7至9，圖中示出信息處理的流程圖，以確定在顯示器600上向飛機(jī)飛行駕駛員顯示信息的方式。在步驟704中，開始顯示TCAS編隊(duì)成員的過程。在步驟706中，長機(jī)或主飛機(jī)的TCAS計(jì)算機(jī)接收來自進(jìn)入被保護(hù)區(qū)的入侵者的S模式間歇振蕩器(ADS-B)消息。VSI/TRA顯示器向駕駛員提供編隊(duì)飛機(jī)位置的情況告知以及當(dāng)入侵者穿過被保護(hù)區(qū)或者滿足被保護(hù)區(qū)內(nèi)某些速度判別標(biāo)準(zhǔn)時(shí)提供一聽覺指示。對(duì)入侵者距離量化進(jìn)行濾波以提供例如50英尺的分辨率。VSI/TRA顯示器600包括約500英尺的合適尺寸距離環(huán)640和約0.5海里距離選擇的中心顯示，正如圖6所示。在步驟708中，入侵者被其唯一24位S模式地址ID所識(shí)別并被存儲(chǔ)起來作進(jìn)一步處理。在步驟710中，飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)訪問查閱表以確定入侵者是編隊(duì)成員(FMBR)或是編隊(duì)長機(jī)(FLDR)或是非編隊(duì)成員(NFMBR)或是其他。在步驟712中，根據(jù)S模式地址ID對(duì)入侵者是否是編隊(duì)成員作出決定。如果入侵者是FMBR，那么在步驟714中設(shè)定在例如ARINC 429中的特定位(這里稱為FMBR位)，以及分配TCAS到顯示器數(shù)據(jù)標(biāo)簽。在步驟720中，在ARINC 429中設(shè)定相對(duì)高度、距離、距離變化率以及方位信息，分配一個(gè)數(shù)據(jù)標(biāo)簽。然后在步驟722中把在步驟720分配的入侵者數(shù)據(jù)標(biāo)簽發(fā)送到VSI/TRA顯示器600。在步驟708中獲得的信息還提供給步驟716，這是通過飛機(jī)S模式地址ID能夠安排的TCAS入侵者數(shù)據(jù)庫。在步驟716中，在TCAS入侵者數(shù)據(jù)庫中對(duì)信息進(jìn)行更新，尤其是入侵者的距離、距離變化率、相對(duì)高度、高度變化率以及方位。步驟716的輸出提供給步驟718和720二者。在步驟718中，計(jì)算入侵者的TCAS接近速度，在此之后將它送至步驟730(圖8)作進(jìn)一步處理以及表示在顯示器600上。
再參考步驟712，根據(jù)S模式地址ID對(duì)入侵者是否是編隊(duì)成員作出決定。如果入侵者不是FMBR，那么在步驟724中對(duì)入侵者是否是FLDR作出另一決定。如果入侵者是FLDR，那么在步驟714中在ARINC 429中設(shè)定FLDR位，供在步驟720和722中處理，正如早先討論的。
如果入侵者不是FLDR，那么在步驟728中在ARINC 429中設(shè)定非編隊(duì)成員(NFMBR)位。在步驟730中，NFMBR被識(shí)別或者標(biāo)記為分辨率報(bào)告、空中交通報(bào)告、最接近空中交通或其他空中交通。這些NFMBR位然后被設(shè)定為ARINC429中的NFMBR入侵者空中交通類型位。然后在步驟720和722中處理該信息，正如先前討論的，用于發(fā)送到VSI/TRA顯示器600。
參考圖9，在步驟722中發(fā)送的TCAS入侵者數(shù)據(jù)標(biāo)簽信息在步驟742中被飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)接收。在步驟744中，TCAS入侵者數(shù)據(jù)標(biāo)簽被解碼，除了其相對(duì)高度、距離、距離變化率和方位外還導(dǎo)出入侵者類型(即FMBR、FLDR和NFMBR)。在步驟746中入侵者被其唯一S模式地址ID識(shí)別。對(duì)信息作處理以在步驟748中確定是否設(shè)定FMBR位以及在步驟754中確定是否設(shè)定FLDR位。如果設(shè)定FMBR位，那么在步驟750中，以正確相對(duì)方位/距離位置以及最近相對(duì)高度和距離變化率在顯示器上指示入侵者為FMBR。在步驟752中，處理這一信息以及從入侵者數(shù)據(jù)庫獲得的信息。如果未設(shè)定FMBR位，在步驟754中作出進(jìn)一步?jīng)Q定。如果設(shè)定FLDR位，那么在步驟756中，以正確相對(duì)方位/距離位置以及最近相對(duì)高度和距離變化率在顯示器上指示入侵者為FLDR，正如從步驟752部分地獲得的。在步驟752中處理這一信息以及從入侵者數(shù)據(jù)庫獲得的信息。如果未設(shè)定FLDR位，那么在步驟758中作出進(jìn)一步?jīng)Q定。如果既未設(shè)定FLDR位未也未設(shè)定FMBR位，那么入侵者是NFMBR。在步驟758中，如果NFMBR入侵者是分辨率報(bào)告，那么在顯示器600上入侵者顯示為例如一實(shí)心紅方形。在步驟762中與實(shí)心紅方形一起顯示的是正確相對(duì)方位/距離位置和相對(duì)高度，正如從步驟752部分地獲得的。如果NFMBR入侵者不是分辨率報(bào)告，那么在步驟764中作出進(jìn)一步?jīng)Q定，以確定NFMBR入侵者是否是空中交通報(bào)告。在步驟768中，如果NFMBR入侵者是空中交通報(bào)告，那么顯示器600上把入侵者顯示為實(shí)心琥珀圓，正如圖6所示(數(shù)字630)。步驟770中與實(shí)心琥珀圓一起被顯示的是正確相對(duì)方位/距離位置和相對(duì)高度，正如從步驟752部分地獲得的。如果NFMBR入侵者不是空中交通報(bào)告，那么，在步驟766中作出進(jìn)一步?jīng)Q定，以確定NFMBR入侵者是否是最接近空中交通。如果NFMBR入侵者是最接近空中交通，那么在步驟772中它被顯示為實(shí)心藍(lán)綠色菱形的入侵者，正如圖6中所示(例如數(shù)字620)。步驟774中與實(shí)心藍(lán)綠色菱形一起顯示的是正確相對(duì)方位/距離位置和相對(duì)高度，正如從步驟752部分地獲得的。如果NFMBR入侵者不是最接近空中交通，那么，在步驟776中使用符號(hào)來顯示入侵者為其他空中交通入侵者，如空心藍(lán)綠色菱形。再有，步驟778中與空心藍(lán)綠色菱形一起顯示的是正確相對(duì)方位/距離位置和相對(duì)高度，正如從步驟752部分地獲得的。
雖然通過這里描述的TCAS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)許多優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)于密集編隊(duì)飛機(jī)間距，利用被動(dòng)監(jiān)視主要有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
第一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是，定位準(zhǔn)確度基本上等于與飛機(jī)GPS導(dǎo)航源相關(guān)的經(jīng)度和緯度定位準(zhǔn)確度。用本發(fā)明能夠獲得在2°均方根(rms)內(nèi)的相對(duì)飛機(jī)方位。這是因?yàn)門CAS基于從每架飛機(jī)發(fā)送的ADS-B位置數(shù)據(jù)而計(jì)算各個(gè)目標(biāo)機(jī)組位置。TCAS ADS-B操作能夠處理至少50個(gè)目標(biāo)。對(duì)駕駛員顯示的目標(biāo)的數(shù)目將基于在規(guī)定水平距離、相對(duì)于主飛機(jī)的方位以及相對(duì)高度內(nèi)飛機(jī)數(shù)目的按優(yōu)先序排列方案。額定飛機(jī)目標(biāo)處理和顯示能力是35架裝備TCAS的飛機(jī)的編隊(duì)。接收的TCAS ADS-B數(shù)據(jù)能夠經(jīng)ARINC 429總線接口被傳送到飛機(jī)的飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)，作進(jìn)一步處理和產(chǎn)生SKE操縱指令來維持機(jī)組內(nèi)飛機(jī)的水平和垂直間距。導(dǎo)致飛機(jī)水平和垂直定位的經(jīng)處理的ADS-B信息則經(jīng)飛行管理計(jì)算機(jī)(FMC)被直接或間接地耦合到自動(dòng)駕駛或SKE。
第二個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是，被動(dòng)監(jiān)視降低RF輻射并有利于將檢測(cè)幾率減至最小。不需要TCAS詢問即可建立飛機(jī)間歇振蕩ADS-B數(shù)據(jù)的相對(duì)位置。GPS間歇振蕩器數(shù)據(jù)以在某一范圍內(nèi)均勻分布(例如從0.4到0.6秒)的隨機(jī)間距發(fā)射?；裟犴f爾公司XS-950應(yīng)答機(jī)包括ARINC接口429，為輸入經(jīng)度、緯度、飛行速度、磁航向、預(yù)期飛行路徑和飛行編號(hào)識(shí)別而保留。大多數(shù)這些參數(shù)是經(jīng)全球定位系統(tǒng)導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)和飛行管理系統(tǒng)(FMS)提供的。然而，氣壓高度則是經(jīng)S模式應(yīng)答機(jī)接口通過機(jī)上航空數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)(ADC 340)導(dǎo)出。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明的其他變化和改進(jìn)將是顯然的，所附權(quán)利要求書的意圖是覆蓋這些變化和改進(jìn)。例如，美國專利5,805,111中述及的天線安裝技術(shù)能夠在本發(fā)明中實(shí)施，以擴(kuò)展TCAS檢測(cè)距離。以上討論的具體值和配置是能夠改變的，僅僅是被引用來說明本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例，并不是打算限制本發(fā)明的范圍。可以想到，本發(fā)明的使用能夠涉及具有不同特征的部件，只要遵循在通信中被動(dòng)TCAS和S模式應(yīng)答機(jī)的原則表示。本發(fā)明可應(yīng)用于幾乎任何CAS系統(tǒng)，不限于被TCAS使用。希望本發(fā)明的范圍由這里所附的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
要求排他權(quán)利的本發(fā)明的實(shí)施例限定如下1.一種主飛機(jī)的被動(dòng)密集編隊(duì)防撞系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)鏈路應(yīng)答機(jī)裝置，所述應(yīng)答機(jī)裝置產(chǎn)生并發(fā)送廣播數(shù)據(jù)，所述廣播數(shù)據(jù)包括主飛機(jī)的飛機(jī)位置信息；及與所述應(yīng)答機(jī)裝置通信的空中交通警戒和防撞系統(tǒng)(TCAS)計(jì)算機(jī)裝置，用于接收和處理來自位于其他飛機(jī)上的第二數(shù)據(jù)鏈路應(yīng)答機(jī)裝置的廣播數(shù)據(jù)，以確定主飛機(jī)相對(duì)于其他飛機(jī)的相對(duì)飛機(jī)位置。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述TCAS計(jì)算機(jī)裝置是被動(dòng)的。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括用于向主飛機(jī)操作員顯示數(shù)據(jù)的顯示裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于其他飛機(jī)的相對(duì)速度顯示在顯示裝置上。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述應(yīng)答機(jī)裝置是選擇模式數(shù)據(jù)鏈路應(yīng)答機(jī)。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述廣播數(shù)據(jù)是自動(dòng)相依監(jiān)視廣播(ADS-B)數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述廣播數(shù)據(jù)是全球定位系統(tǒng)(GPS)數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述廣播數(shù)據(jù)是S模式間歇振蕩器數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述廣播數(shù)據(jù)是擴(kuò)展間歇振蕩器機(jī)載位置數(shù)據(jù)。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述廣播數(shù)據(jù)是擴(kuò)展間歇振蕩器機(jī)載速度數(shù)據(jù)。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述廣播數(shù)據(jù)以預(yù)定間隔由數(shù)據(jù)鏈路應(yīng)答機(jī)連續(xù)發(fā)送。如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述TCAS計(jì)算機(jī)裝置包括射頻功率級(jí)衰減器。
12.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)，其中所述TCAS計(jì)算機(jī)裝置包括輸入/輸出接口，輸入/輸出接口將數(shù)據(jù)接口從所述TCAS計(jì)算機(jī)裝置提供給飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)。
13.一種用于裝備應(yīng)答機(jī)的主飛機(jī)的被動(dòng)編隊(duì)內(nèi)定位防撞系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)鏈路應(yīng)答機(jī)，所述應(yīng)答機(jī)產(chǎn)生廣播數(shù)據(jù)，所述廣播數(shù)據(jù)包括飛機(jī)位置；及與所述應(yīng)答機(jī)通信的空中交通警戒和防撞系統(tǒng)(TCAS)計(jì)算機(jī)，用于接收和處理來自所述應(yīng)答機(jī)的廣播數(shù)據(jù)；與所述TCAS計(jì)算機(jī)通信的飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)，其中所述飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)接收來自所述TCAS計(jì)算機(jī)的廣播數(shù)據(jù)并基于所述廣播數(shù)據(jù)產(chǎn)生操縱指令；及與飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)通信的通信鏈路，將所述操縱指令發(fā)送到至少一個(gè)其他裝備應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)作處理，所述至少一個(gè)其他裝備應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)響應(yīng)于所述操縱指令使其相對(duì)于主飛機(jī)定位。
14.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述TCAS計(jì)算機(jī)裝置是被動(dòng)的。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述通信鏈路是甚高頻(VHF)數(shù)據(jù)鏈路。
16.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述通信鏈路是超高頻(UHF)數(shù)據(jù)鏈路。
17.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，多架飛機(jī)的相對(duì)速度顯示在顯示裝置上。
18.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，至少一個(gè)裝備其他應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)進(jìn)一步裝備位置保持裝置，用于接收和處理操縱指令，使所述至少一個(gè)裝備其他應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)相對(duì)于主飛機(jī)定位，位置保持裝置響應(yīng)于所述操縱指令。
19.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，至少一個(gè)裝備其他應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)進(jìn)一步裝備自動(dòng)飛行控制臺(tái)裝置，用于接收和處理操縱指令，使所述至少一個(gè)裝備其他應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)相對(duì)于主飛機(jī)定位，自動(dòng)飛行控制臺(tái)裝置響應(yīng)于所述操縱指令。
20.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述操縱指令包括用于維持預(yù)定空間機(jī)組中至少一個(gè)裝備其他應(yīng)答機(jī)飛機(jī)的與主飛機(jī)之間的水平和垂直間距的指令。
21.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)裝備其他應(yīng)答機(jī)飛機(jī)的可通過唯一S模式地址識(shí)別符識(shí)別。
22.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述廣播數(shù)據(jù)是自動(dòng)相依監(jiān)視廣播(ADS-B)數(shù)據(jù)。
23.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述廣播數(shù)據(jù)是全球定位系統(tǒng)(GPS)數(shù)據(jù)。
24.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述廣播數(shù)據(jù)是S模式間歇振蕩器數(shù)據(jù)。
25.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述廣播數(shù)據(jù)是擴(kuò)展間歇振蕩器機(jī)載位置數(shù)據(jù)。
26.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述廣播數(shù)據(jù)是擴(kuò)展間歇振蕩器機(jī)載速度數(shù)據(jù)。
27.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述TCAS計(jì)算機(jī)裝置包括輸入/輸出接口，輸入/輸出接口將數(shù)據(jù)接口從所述TCAS計(jì)算機(jī)裝置提供給飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)。
28.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括顯示裝置，用于向主飛機(jī)的操作員顯示信息數(shù)據(jù)，所述信息數(shù)據(jù)包括其他飛機(jī)的相對(duì)速度。
29.一種用于彼此間以編隊(duì)飛行的飛機(jī)的被動(dòng)防撞方法，其特征在于所述方法包括步驟提供一應(yīng)答機(jī)，所述應(yīng)答機(jī)產(chǎn)生并發(fā)送廣播數(shù)據(jù)，所述廣播數(shù)據(jù)包括飛機(jī)位置；及在主飛機(jī)上提供空中交通警戒和防撞系統(tǒng)(TCAS)計(jì)算機(jī)，所述TCAS與所述應(yīng)答機(jī)通信，用于接收和處理來自所述應(yīng)答機(jī)的廣播數(shù)據(jù)。
30.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括在基于所述廣播數(shù)據(jù)以編隊(duì)飛行時(shí)使飛機(jī)彼此相互定位的步驟。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟；提供與TCAS計(jì)算機(jī)通信的飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)；將所述廣播數(shù)據(jù)從TCAS計(jì)算機(jī)發(fā)送到所述飛行任務(wù)計(jì)算機(jī)；處理所述廣播數(shù)據(jù)；及經(jīng)數(shù)據(jù)鏈路在飛機(jī)之間有選擇地發(fā)送經(jīng)處理的廣播數(shù)據(jù)。
32.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括提供自動(dòng)飛行裝置的步驟，用于基于經(jīng)處理的廣播數(shù)據(jù)使飛機(jī)彼此間相對(duì)定位和保持間距。
33.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于有選擇地發(fā)送的步驟包括選擇一架特定飛機(jī)的步驟，以基于該特定飛機(jī)的唯一飛行識(shí)別符接收經(jīng)處理的廣播數(shù)據(jù)。
34.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括當(dāng)入侵者穿過編隊(duì)飛行飛機(jī)的預(yù)定周界時(shí)警告該飛機(jī)的操作員的步驟。
35.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括禁止通過應(yīng)答機(jī)送出的空中交通管制雷達(dá)信標(biāo)系統(tǒng)(ATCRBS)消息的步驟。
36.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于處理廣播數(shù)據(jù)的步驟包括計(jì)算目標(biāo)距離、距離變化率、相對(duì)高度、高度變化率，以及顯示從所述應(yīng)答機(jī)收到的廣播數(shù)據(jù)以確定飛機(jī)是否正在入侵主飛機(jī)的預(yù)定空間的步驟。
全文摘要
被動(dòng)空中交通警戒和防撞系統(tǒng)(TCAS)和方法基于接收并處理S模式應(yīng)答機(jī)消息,不用TCAS計(jì)算機(jī)去詢問以編隊(duì)飛行的各架飛機(jī)的應(yīng)答機(jī)(即被動(dòng)TCAS)。TCAS計(jì)算機(jī)和S模式應(yīng)答機(jī)用于在以編隊(duì)或者緊靠飛行的多個(gè)飛機(jī)機(jī)組當(dāng)中提供分布編隊(duì)內(nèi)控制。S模式應(yīng)答機(jī)給TCAS計(jì)算機(jī)提供ADS－B全球定位系統(tǒng)(GPS)間歇振蕩器數(shù)據(jù),TCAS計(jì)算機(jī)接收并處理所述數(shù)據(jù),不必去詢問多個(gè)飛機(jī)機(jī)組的應(yīng)答機(jī)。方法和系統(tǒng)允許以編隊(duì)飛行的2至250架飛機(jī)之間的安全間距在可選擇的范圍。
文檔編號(hào)G01C23/00GK1332854SQ99815232
公開日2002年1月23日 申請(qǐng)日期1999年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月30日
發(fā)明者小J·A·弗雷澤, K·R·容斯馬, J·T·斯特迪 申請(qǐng)人:赫尼威爾股份有限公司