ACASX与ADS-B目标决断告警协同方法与流程

acas x与ads-b目标决断告警协同方法
技术领域
1.本发明涉及空管技术领域，具体而言，涉及一种acas x与ads-b目标决断告警协同方法。


背景技术：

2.空中交通警戒与防撞系统(tcas，traffic alert andcollision avoidance system，国际民航组织等价术语acas，airborne collision avoidance system)由美国联邦航空局(faa)定义，主要用于防止航空器与航空器相撞。国际民航组织强制19座以上或最大起飞重量超过5700kg的涡轮动力商业运输航空器加装tcas ii型防撞系统。tcas不依赖于地面管制系统，可提供交通咨询(ta)和决断咨询(ra)，主要用于为航空器提供空中飞行安全间距保证，系统采用二次雷达的工作方式探测附近空域的接近航空器，必要时，提醒飞行员采取规避措施以保持与其它航空器的安全间距，达到防碰撞的目的。多年的飞行实践证明，该系统是防止航空器空中相撞的最后屏障，能提供超出地面管制的飞行安全s证能力，对应付空中突发的危险接近和避免相撞有巨大作用。
3.tcas收发主机是实现防撞功能的关键，通过控制天线波束指向，收发主机对飞机前、后、左、右4个区域进行扫描询问，附近装有空管应答机(s模式/atcrbs应答机)的航空器(以下称为目标机)会做出应答，acas收发主机根据收到的应答信号，获得目标机的高度、相对距离、方位等信息，并进而计算其高度变化率、相对距离变化率并结合本机的位置和运动信息评估出目标机的威胁级别(ot：其它飞机，pt：接近飞机，ta：交通咨询，ra：决断咨询)，并将不同目标机以相应的图形方式进行显示。
4.acas x是美国faa于2008年资助研究开发的一种最终将取代tcasⅱ的新型机载防撞方案，它兼容了sesar和nextgen的未来运行概念。基于概率模型的acas x可提供未来飞机位置的统计表示法，在考虑系统安全操作目标的同时，实现了逻辑定制特殊程序或空域配置。相比tcasⅱ而言，acas x在降低升级与维护成本同时，可将碰撞风险降低约50％，升级更快速便捷。
5.机载防撞系统(acasx)为飞机提供空中交通告警防止空中飞机相撞。do185-a规定了该系统的系统组成，工作原理，测试方法以及性能指标。
6.acasx具有与地面站atc/s方式相似的收发特性，它以1030mhz发射询问信号，并以1090mhz接受应答信号。acasx的工作过程包括三种检测方式：侦听态，s模式监测和c模式监测。s模式数据链路的交互为协同避撞提供可能。协同机动防止每架飞机进行飞行路径矫正时会导致危险情况，防止两架飞机向同一个方向机动导致紧急情况。在多数装备acasx的两机相遇情景中，几乎辨认是同时进行的，但是这里有充分的延时来建立协同过程的优先级。随后两机之间根据建立的优先级进行协同过程。过程如下：
7.1)侦测：本机acasx侦听发射机信息。
8.2)获取：本机接受发射信号，询问含24位地址码的入侵机应答机。入侵机应答机回复，包含气压高度等信息。
9.3)跟踪：本机acas x通过周期性地询问来跟踪入侵机。
10.4)协同：如果入侵机成为威胁，本机acas x计算避免撞机动方式来预防相撞。两架飞机通过协同询问和答复来初始化协同过程。
11.acas x系统向飞行员提供的是入侵机与本机位置的相对信息。在acas x计算机获得入侵机的高度、距离、航向、方位等信息后，结合本机的对应信息便能计算出相对位置信息。输入信息的各选项如下：
12.1)航向、俯仰角、横滚角和气压高度信息：用来确定本机的位置、高度和飞行路径。
13.2)无线电高度信息：提供无线电高度信号，用来设定ta和ra的灵敏度等级。
14.3)本机24位标识符：用来与入侵机之间建立防撞避让程序。
15.4)最大空速信息：在ra计算中，用来进行两架飞机能够相撞的最大速率预测。
16.5)空地状态信号：传送飞机在空中还是在地面状态信息给acas x，在地面时，acas x系统不再产生询问和应答信号。
17.ads-b机载系统依靠全球卫星导航系统，获取自身的位置信息等进行广播，实现空对空，地对空的监视手段。相对于二次雷达监视系统来说，ads-b系统具有数据更新率更快、覆盖范围更广、定位精度更高、受环境因素影响更小、建设成本更低的较多优点。
18.ads-b系统是国际民航组织确定的未来主要监视手段之一，因此中国民航也在大力推行ads-b监视系统的建设，中国民航局caac(civil aviation administration ofchina)在2012年11月颁布了《中国民用航空ads-b实施规划》，规划详细说明了我国ads-b的实施规划，最终将在2020年底之前实现全空域ads-b out的全面运行。
19.目前机载s模式应答机大多数均具备ads-b out功能，机载ads-b设备一般也指装备s模式的应答机，s模式应答机可与现有acas x系统产生相互协同的ra，但是仍有部分非s模式应答机具备ads-b out功能但不具备与acas x的协同能力。即现有的acas x系统仅能对同样装备有s模式应答机的航空器(如tcasii或s模式应答机的ads-b设备等)可以产生相互协同的ra。对于未装备s模式应答机的航空器，如c模式的ads-b设备等，则不能产生相互协同的ra，只能进行ra咨询。所以在非s模式应答机的ads-b与acas x在空中遭遇的情景中，由于没有协同ra的产生及传输，所以两机可能产生相同的机动方向，即装备ads-b的航空器朝acas x航空器的ra方向机动。


技术实现要素：

20.本发明旨在提供一种acas x与ads-b目标决断告警协同方法，以解决acas x与未装备s模式应答机的ads-b无法产生相互协同的ra的问题。
21.本发明提供的一种acas x与ads-b目标决断告警协同方法，所述方法为：通过改进df17数据链建立acas x系统与ads-b设备之间的协同通信链路，使得装备acas x系统的飞行器与空中装备任何ads-b设备的飞行器均能够实现协同防撞功能。
22.在一些实施例中，装备acas x系统的飞行器与装备ads-b设备的飞行器在空中遭遇后实现协同防撞功能时，acas x系统的工作流程包括：
23.s11，对检测到航迹的装备ads-b设备的飞行器进行持续性监视及避撞算法的计算，如果装备ads-b设备的飞行器与本机相距距离超过本机灵敏度级别则生成ra并进入协同流程，如果没有则对装备ads-b设备的飞行器保持持续性监视；
24.s12，在生成ra后，紧接着产生逆转的ra作为协同ra，并将协同ra以df17报文发送至ads-b设备；
25.s13，发送协同ra的df17报文后，等待ads-b设备的回应；如果收到了ads-b设备的确认协同ra报文，则按照本机ra方向机动，并保持持续性监视，直到判定威胁解除后，给ads-b设备发送协同终止报文，但仍然对装备ads-b设备的飞行器保持持续性监视；
26.s14，如果步骤s13中等待ads-b设备的回应超过等待时间阈值后，则记载一次等待响应超时，并判断等待响应超时次数有没有超过上限响应超时次数，如果超过上限响应超时次数，则本机按照ra方向机动，并对装备ads-b设备的飞行器保持持续性监视，直到判定威胁解除后，给ads-b设备发送协同终止报文，但仍然对装备ads-b设备的飞行器保持持续性监视；如果等待响应超时次数没超过上限响应超时次数，则本机重新发送协同ra的df17报文。
27.可选地，所述等待时间阈值为1～5秒。
28.可选地，所述上限响应超时次数为3～5次。
29.在一些实施例中，装备acas x系统的飞行器与装备ads-b设备的飞行器在空中遭遇后实现协同防撞功能时，ads-b设备的工作流程包括：
30.s21，广播关于acasx系统本机信息的df17报文；
31.s22，被动的等待接受协同ra的df17报文；
32.s23，广播确认协同ra报文；
33.s24，按照协同ra的df17报文的要求进行机动；
34.s25，接受到协同终止报文后终止协同程序；
35.s26，继续关于广播acasx系统本机信息的df17报文。
36.在一些实施例中，所述ads-b设备是指装备s模式应答机的ads-b设备和未装备s模式应答机的ads-b设备。
37.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
38.本发明填补了acas x系统与未装备s模式应答机的ads-b设备在空中遭遇时的协同流程的空白，规定了二者的协同基本流程，确定了协议格式。可降低装备acasx系统的飞行器与装备ads-b设备的飞行器在空中相撞的风险。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
40.图1为本发明实施例的acas x与ads-b目标决断告警协同方法的流程图。
41.图2为本发明实施例的acas x系统的工作流程图。
42.图3为本发明实施例的ads-b设备的工作流程图。
具体实施方式
43.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例
中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
44.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.实施例
46.设计思路：ads-b out功能使用特殊的数据链和数据格式df17将飞机位置、速度、高度、航向等信息向地面ads-b接收站或者空中其他飞行目标广播实现对空中目标实时监视的目的。现有的ads-b out数据链不具备与acas x系统协同防撞的功能，因此可通过将df17数据链进行适应性改进的方法补充该功能，使得空中装备任何ads-b设备的飞行器均除广播监视信息外还可与acas x系统实现协同防撞功能，进一步提升飞行目标飞行安全。
47.因此，如图1所示，本实施例提出一种acas x与ads-b目标决断告警协同方法，所述方法为：通过改进df17数据链建立acas x系统与ads-b设备之间的协同通信链路，使得装备acas x系统的飞行器与空中装备任何ads-b设备的飞行器均能够实现协同防撞功能。
48.具体地：
49.装备acas x系统的飞行器与装备ads-b设备的飞行器在空中遭遇后实现协同防撞功能时，acas x系统与ads-b设备的协同如下：
50.1、acas x系统的工作流程如图1所示，包括：
51.s11，对检测到航迹的装备ads-b设备的飞行器进行持续性监视及避撞算法的计算，如果装备ads-b设备的飞行器与本机相距距离超过本机灵敏度级别(do-185标准)则生成ra并进入协同流程，如果没有则对装备ads-b设备的飞行器保持持续性监视；
52.s12，在生成ra后，紧接着产生逆转的ra作为协同ra，并将协同ra以df17报文发送至ads-b设备；其中协同ra的df17报文如表1所示。
53.表1，acas x系统发送给ads-b设备的协同ra的df17报文：
[0054][0055]
其中，协同ra的df17报文的me字段如表2所示。
[0056]
表2，协同ra的df17报文的me字段：
[0057][0058]
[0059]
s13，发送协同ra的df17报文后，等待ads-b设备的回应；如果收到了ads-b设备的确认协同ra报文，则按照本机ra方向机动，并保持持续性监视，直到判定威胁解除后，给ads-b设备发送协同终止报文，但仍然对装备ads-b设备的飞行器保持持续性监视；其中，ads-b设备的确认协同ra报文的me字段如表3所示。
[0060]
表3，ads-b设备的确认协同ra报文的me字段：
[0061][0062]
s14，如果步骤s13中等待ads-b设备的回应超过等待时间阈值(一般取1～5秒)后，则记载一次等待响应超时，并判断等待响应超时次数有没有超过上限响应超时次数(一般取3～5次)，如果超过上限响应超时次数，则本机按照ra方向机动，并对装备ads-b设备的飞行器保持持续性监视，直到判定威胁解除后，给ads-b设备发送协同终止报文，但仍然对装备ads-b设备的飞行器保持持续性监视；如果等待响应超时次数没超过上限响应超时次数，则本机重新发送协同ra的df17报文。
[0063]
2、ads-b设备的工作流程如图2所示，包括：
[0064]
s21，广播关于acasx系统本机信息的df17报文；协同过程中的ads-b设备发送给acasx系统的关于acasx系统本机信息的df17报文在do260-b中有详细规定；
[0065]
s22，被动的等待接受协同ra的df17报文；
[0066]
s23，广播确认协同ra报文；
[0067]
s24，按照协同ra的df17报文的要求进行机动；
[0068]
s25，接受到协同终止报文后终止协同程序；
[0069]
s26，继续广播关于acasx系统本机信息的df17报文。
[0070]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种acas x与ads-b目标决断告警协同方法，其特征在于，所述方法为：通过改进df17数据链建立acas x系统与ads-b设备之间的协同通信链路，使得装备acas x系统的飞行器与空中装备任何ads-b设备的飞行器均能够实现协同防撞功能。2.根据权利要求1所述的acas x与ads-b目标决断告警协同方法，其特征在于，装备acas x系统的飞行器与装备ads-b设备的飞行器在空中遭遇后实现协同防撞功能时，acas x系统的工作流程包括：s11，对检测到航迹的装备ads-b设备的飞行器进行持续性监视及避撞算法的计算，如果装备ads-b设备的飞行器与本机相距距离超过本机灵敏度级别则生成ra并进入协同流程，如果没有则对装备ads-b设备的飞行器保持持续性监视；s12，在生成ra后，紧接着产生逆转的ra作为协同ra，并将协同ra以df17报文发送至ads-b设备；s13，发送协同ra的df17报文后，等待ads-b设备的回应；如果收到了ads-b设备的确认协同ra报文，则按照本机ra方向机动，并保持持续性监视，直到判定威胁解除后，给ads-b设备发送协同终止报文，但仍然对装备ads-b设备的飞行器保持持续性监视；s14，如果步骤s13中等待ads-b设备的回应超过等待时间阈值后，则记载一次等待响应超时，并判断等待响应超时次数有没有超过上限响应超时次数，如果超过上限响应超时次数，则本机按照ra方向机动，并对装备ads-b设备的飞行器保持持续性监视，直到判定威胁解除后，给ads-b设备发送协同终止报文，但仍然对装备ads-b设备的飞行器保持持续性监视；如果等待响应超时次数没超过上限响应超时次数，则本机重新发送协同ra的df17报文。3.根据权利要求2所述的acas x与ads-b目标决断告警协同方法，其特征在于，所述等待时间阈值为1～5秒。4.根据权利要求2所述的acas x与ads-b目标决断告警协同方法，其特征在于，所述上限响应超时次数为3～5次。5.根据权利要求2所述的acas x与ads-b目标决断告警协同方法，其特征在于，装备acas x系统的飞行器与装备ads-b设备的飞行器在空中遭遇后实现协同防撞功能时，ads-b设备的工作流程包括：s21，广播关于acasx系统本机信息的df17报文；s22，被动的等待接受协同ra的df17报文；s23，广播确认协同ra报文；s24，按照协同ra的df17报文的要求进行机动；s25，接受到协同终止报文后终止协同程序；s26，继续关于广播acasx系统本机信息的df17报文。6.根据权利要求1所述的acas x与ads-b目标决断告警协同方法，其特征在于，所述ads-b设备是指装备s模式应答机的ads-b设备和未装备s模式应答机的ads-b设备。

技术总结
本发明提供一种ACAS X与ADS-B目标决断告警协同方法，所述方法为：通过改进DF17数据链建立ACAS X系统与ADS-B设备之间的协同通信链路，使得装备ACAS X系统的飞行器与空中装备任何ADS-B设备的飞行器均能够实现协同防撞功能。本发明填补了ACAS X系统与未装备S模式应答机的ADS-B设备在空中遭遇时的协同流程的空白，规定了二者的协同基本流程，确定了协议格式。可降低装备ACASX系统的飞行器与装备ADS-B设备的飞行器在空中相撞的风险。设备的飞行器在空中相撞的风险。设备的飞行器在空中相撞的风险。


技术研发人员：李洪伟 李家蓬 李扬
受保护的技术使用者：四川九洲空管科技有限责任公司
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2022/3/8