密集編隊/編隊內定位防撞系統及方法
2023-09-21 09:01:20 1
專利名稱：密集編隊/編隊內定位防撞系統及方法
對相關申請的交叉參考本申請與同日提交的題為「TCAS的升降速度表/空中交通解析度報告顯示」的繼續申請相關。
背景技術：
本發明一般涉及防撞系統(CAS)的航空電子學領域，尤其涉及機載空中交通警戒和防撞系統和應答機。這裡描述的防撞系統具有在例如夜間/儀表飛行氣象條件下對較大飛行編隊中的飛機進行定位和保持間距的能力。
受1956年在Grand Canyon上空兩架航線客機碰撞的刺激，航空公司著手防撞概念的研究。到80年代後期，與航空公司、航空工業局和聯邦航空局協同工作開發了機載防撞的系統。被稱為空中交通警戒和防撞系統II(TCAS II)的系統得到國會指示於90年代初期安裝在絕大多數的商業飛機上。機載防撞系統的發展年表可以在1990年3月由美國運輸部聯邦航空局出版的「TCAS II導論」中看到。
有效的機載CAS的發展多年來一直是航空界的目標。機載防撞系統可防止與其他飛機碰撞，且與地基空中交通管制相獨立。正如在航空工業中能很好理解的，避免與其他飛機的這種碰撞是一項十分重要的任務。此外，防撞既是軍用也是商用飛機的一個問題。另外，來自密集編隊飛機的大量的同時的TCAS詢問產生顯著的射頻(RF)幹擾且可能潛在地退化維持與其它飛機和障礙物的精確位置/間距判別的有效性。因此，為了促進空中旅行的安全性，避免與其他飛機碰撞的系統是迫切需要的。
除了上述問題外，還需要飛機，尤其是軍用飛機在夜間以及具有低檢測機率的全天候條件(包括儀表飛行氣象條件(IMC))下執行精確空降、集合、空中加油和空—地任務。此外，還需要允許這些飛機(少則2架多則250架飛機)在防衛計劃指南中所描述的所有儀表飛行法規(IFR)高度上以500英尺到100海裡的可選距離維持編隊位置和間距。此外，系統與當前的位置保持裝置(SKE)系統是兼容的(主要由於成本問題)或者它們將不能與裝備SKE的飛機進行IMC編隊飛行。
參考
圖1，圖中示出傳統TCAS系統的方框圖。圖1中示出的有TCAS定向天線10、TCAS全向天線11和TCAS計算機單元12，後者包括接收機12A、發射機12B和處理器12C。此外圖中示出的還有聽覺信號器13、空中交通報告顯示器(TA)14和解析度報告顯示器15。另一方面，可將TA和RA顯示器組合為一個顯示器(未示出)。應答機包括應答機單元16A、控制面板16B以及應答機天線16C和16D。TCAS和應答機一起工作，起到防撞系統的作用。本領域專業人員理解，這僅僅是傳統TCAS的示例。例如，許多其他配置結構也是可能的，如用本領域技術人員所熟知的定向天線代替全向天線11。TCAS及其各個部件的操作對於本領域專業技術人員而言是公知的，不是理解本發明所必需的。
在TCAS系統中，詢問機和應答機二者均是機載的並提供飛機之間通信的裝置。應答機通過發送一答覆對詢問作出響應，該答覆被詢問機接收和處理。通常，詢問機包括一接收機、一模數轉換器(A/D)、一視頻量化器、一前沿檢測器和一解碼器。被詢問器接收的答覆由一系列可識別飛機的信息脈衝組成，或者包含高度或其他信息。答覆是脈衝位置調製(PPM)信號，它或是以空中交通管制雷達信標系統(ATCRBS)格式或是以選擇模數(S模式)格式發送。
裝備TCAS II的飛機能夠在裝備TCAS II飛機的約20海裡半徑內監測其他飛機(美國專利5,805,111，「實現擴展距離TCAS的方法和裝置」，描述一種擴展距離TCAS)。當確定入侵機構成威脅時，TCAS II系統警告駕駛員存在危險並給駕駛員提供入侵機的方位和距離。如果威脅未被分辨出且可能碰撞或接近擊中，則TCAS II系統警告駕駛員採取例如升高或下降等避讓措施以避免碰撞。
過去幾年中，已經開發了除了以上描述的這些系統外的系統，以提供編隊飛行飛機的防撞。一種系統便是由AlliedSignal航空公司提供的稱為增強型空中交通警戒防撞系統(ETCAS)。ETCAS為軍事特定飛行任務提供正常防撞、監視和編隊/搜索模式。
AlliedSignal的ETCAS在幾方面未達到目標。首先，一旦飛機加入編隊，ETCAS本身並不或者不與任何其他機上系統一起維持編隊內的飛機位置和間距。ETCAS中是一個情況發覺工具，通過接收從飛機應答機發送的模式3/A碼而指定編隊成員；ETCAS並不與其他飛機系統接口，以補償編隊位置誤差。ETCAS實際上是飛機編隊成員識別和集合系統，作為一種真實的編隊內定位防撞系統未達到目標。其次，ETCAS升降速度表/空中交通解析度警戒(VSI/TRA)顯示並不通告領隊編隊和成員飛機的相對速度(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飛機的相對速度。因此，駕駛員沒有相對速度參考以維持與領隊飛機的編隊位置，尤其是在關鍵的轉彎機動飛行期間。第三，ETCAS編隊/搜索模式技術整個地基於主動TCAS詢問。應答機詢問和產生的S模式應答機答覆明顯地增加與較大編隊飛機的射頻接收幹擾，會退化維持精確位置/間距判別標準的有效性。此外，增大的射頻複合水平禁止較大編隊偷偷摸摸地穿過未檢測空間。
在以前系統存在另一個問題，其中現有軍用飛機上的位置保持裝置(SKE)能夠支持僅僅16架飛機的編隊。
發明簡要內容提供以下本發明概要以便於理解本發明獨有的一些創新特徵，但並不打算全面描述。通過把整個說明書、權利要求書和附圖及摘要作為一個整體才能獲得對本發明的各個方面的全面理解。
本發明描述一種維持編隊飛行(如執行戰略空降兵旅傘降的這類軍事編隊飛行)的大量飛機的飛機位置和安全間距的系統和方法，儘管它也能夠用於涉及應用飛機編隊飛行機組的任何航空服務。本發明涉及使用被動空中交通警戒和防撞系統(TCAS)和S模式數據鏈路應答機，以在編隊飛機的多個機組當中提供分布編隊內控制。
在一個實施例中，本發明包括數據鏈路S模式應答機，它產生並發送ADS-B廣播數據。這種ADS-B廣播數據包含長機的飛機位置信息。本發明還包括與S模式應答機通信的被動空中交通警戒和防撞系統(TCAS)計算機。TCAS接收並處理來自位於另一架飛機(例如機組內的組機)上另一數據鏈路應答機的廣播數據，以確定長機與另一飛機的飛機相對位置。
在本發明的另一個實施例中，數據鏈路S模式應答機與TCAS計算機通信。TCAS計算機接收和處理來自應答機的廣播數據。TCAS計算機還與飛行任務計算機通信，後者接收來自TCAS計算機的廣播數據並基於所述廣播數據產生操縱指令。本發明包括一高速數字通信鏈路，它被可操作地連接於飛行任務計算機，後者被用於將所述操縱指令發送到另一架裝備應答機的飛機，在這裡由所述另一架飛機對操縱指令作處理。所述另一架飛機使用所述操縱指令將其與主飛機進行定位。這可以用位置保持裝置或者自動飛行控制器來實現。
本發明的方法包括以下步驟提供一應答機(在一架或多架飛機上)，它產生並發送ADS-B廣播數據以確定相對飛機位置；以及提供長機的機載TCAS計算機。TCAS與應答機通信以及接收並處理來自應答機的ADS-B廣播數據。所述方法包括利用例如自動飛行或位置保持裝置基於所述廣播數據在編隊飛行時使飛機彼此(自動)定位和保持間距的步驟。所述方法進一步包括提供與TCAS計算機通信的飛行任務計算機、將來自TCAS計算機的廣播數據發送到飛行任務計算機、處理所述廣播數據以及經高速數據鏈路在飛機之間有選擇地發送經處理的廣播數據的步驟。所述處理步驟進一步包括計算目標飛機距離、距離變化率、相對高度、高度變化率，以及承載從S模式應答機收到的廣播(ADS-B)數據以確定飛機是否正在入侵裝備TCAS飛機的空間的步驟。所述選擇性發送步驟是例如利用特定飛機的唯一飛行識別符來進行的。所述方法還包括當入侵者穿過編隊飛行飛機的預定周界時給飛機駕駛員發警告以及顯示在預定機組或空間內飛機距離變化率或相對速度的步驟。所述方法進一步包括禁止空中交通管制雷達信標系統(ATCRBS)信息由S模式應答機送出的步驟。
本發明通過多個飛機編隊機組單位的分布控制能夠支持250架飛機的飛行編隊。它使用被動監視技術來維持在所有儀表飛行法規(IFR)高度下彼此間500英尺到100海裡內的編隊飛機位置。可周期性地(例如每秒2次)廣播更新的飛機位置信息。自動相依監視廣播(ADS-B)信息的這些周期性S模式應答機傳輸被送到另一裝備TCAS的飛機並被其接收。這種擴展ADS-B數據傳輸這裡也稱為全球定位系統(GPS)或S模式間歇振蕩器。飛機位置、相對高度和速度被表示在升降速度表/空中交通分辨報告(VSI/TRA)顯示器上(例如陰極射線管或平板顯示器)，提供給飛機飛行任務計算機的編隊內定位防撞系統(IFPCAS)數據匯合中心處理。飛行任務計算機接收來自TCAS計算機的數據、處理所述數據以獲得例如距離和距離變化率，然後飛行任務計算機將所述數據設置為可被諸如位置保持裝置等外部設備使用的格式。產生操縱指令並傳播給各個編隊飛機。操縱指令可利用機上位置保持裝置(該裝置也可以用於維持直升飛機定位)和自動駕駛裝置來執行。本發明的被動監視技術明顯地減小能夠檢測較大飛機編隊的距離範圍，產生的較低射頻幹擾維持未被中斷的位置和間距校正更新。
本發明解決了幾個問題，包括但不限於，提供一個裝置，利用ADS-B信息和高頻數據鏈路(和天線)在夜間/儀表飛行氣象條件下對在極大飛行編隊(例如100架飛機)中飛機定位和保持間距，數據鏈路用於傳播編隊內操縱指令；利用飛機飛行任務計算機作為數據匯合中心，用於基於從TCAS收到的同化ADS-B信息產生操縱指令；以及減少由多個同時TCAS詢問和S模式應答機答覆產生的射頻幹擾量。在夜間和儀表飛行氣象條件(IMC)下，本發明在2至100架飛機最高達250架飛機之間維持安全間距。本發明使得飛機位置/間距在所有儀表飛行法規(IFR)高度下在500英尺至100海裡的距離上可選。本發明是一種綜合飛機定位/間距控制方案。
本發明的新穎特徵在研究了本發明的以下詳細描述後對本領域專業人員而言將是顯然的或者可通過本發明的實踐而掌握。然而，應當理解，給出的本發明的詳細描述和特定例子，雖然表示了本發明的特定實施例，這僅僅是為了說明目的而提供的，因為從本發明的詳細描述以及以下的權利要求書，在本發明精神和範圍內的各種變化和改進對本領域專業人員而言將是顯然的。
IV.附圖簡述附圖中，相似的參考標號指在各幅圖中的相同或功能相似的單元，這裡引入附圖，它與說明書中書面部分一起進一步示明本發明，與本發明的詳細描述一起可說明本發明的原理。
圖1(現有技術)是傳統TCAS系統的方框圖。
圖2是例示飛機編隊組元的圖。
圖3是按本發明的用於密集編隊飛行的防撞系統的一個實施例的方框圖。
圖4是按本發明的用於編隊內定位飛行的防撞系統的另一實施例的方框圖。
圖5是按本發明的圖4所示實施例(編隊內防撞系統體系結構)的更詳細方框圖。
圖6是TCAS VSI/TRA顯示器的正視圖，具有按照本發明顯示的編隊飛機的相對速度(距離變化率)。
圖7是按照本發明的用於向觀察者顯示信息的方法的流程圖。
圖8是按照本發明的用於向觀察者顯示信息的方法的流程圖。
圖9是按照本發明的用於向觀察者顯示信息的方法的流程圖。
圖10是按照本發明的用於向觀察者顯示信息的方法的流程圖。
本發明的詳細描述被動防撞系統(CAS)可通過本發明實施，以利用綜合控制系統維持各編隊機組與每個機組內組機之間的可選擇間距。被動CAS可通過本發明利用多個飛機編隊機組的中央化控制和分散執行而獲得。本發明使用來自S模式應答機的TCAS和全球定位系統(GPS)間歇振蕩器數據。術語GPS間歇振蕩器、S模式間歇振蕩器和ADS-B指同一事情，在本發明的整個描述中可互換地用於描述擴展數據傳輸。
對大量編隊飛機(例如對於IMC和夜間飛行條件中的大量軍用空降)編隊是一個在以下兩部分通過本發明實施的定位/間距控制問題1)傳統TCAS(例如霍尼韋爾公司的TCAS-2000(產品編號RT-951))的改進和增強，允許密集編隊飛行，而沒有不必要的空中交通通報或解析度通報；以及2)使用S模式應答機的數據處理飛機位置，以及用附帶天線的外部高頻(例如VHF，UHF)數據鏈路(發射機和接收機)在飛機之間傳送諸如ADS-B和編隊內操縱指令的數據。
參考圖2，圖中示出一個例示飛機編隊，其成員引向降落區260，為此編隊內定位防撞系統(IFPCAS)是必需的。彼此緊靠著飛行但是不是同一機組部分的相鄰飛機可以利用被動TCAS檢測和處理來維持安全間距。大的編隊(主機組)200可以分成較小的機組(210、220、230、240)，機組長機負責維持機組組機(212、222、232、242)之間的飛機間距。一個機組被定義為約2-50架飛機的較小編隊。大的編隊(最多達250架飛機)200當中包含許多機組。主編隊長機(MFL)250負責維持構成整個編隊200的多個機組(210、220、230、240)之間的間距(MFL的作用為編隊組機的信標)。
MFL250利用由機組長機應答機周期性播放的信息(具體為全球定位系統(GPS)間歇振蕩器數據)來維持機組間距。MFL250接收來自每個機組長機(225、235、245)的數據。每個機組長機(225、235、245)通過一個唯一S模式24位地址來識別。編隊機組和其他多個編隊的精確位置定位能夠用GPS間歇振蕩器數據準確跟蹤。MFL250匯合所有機組位置的數據；這種數據匯合在MFL的飛行管理系統(FMS)IFPCAS數據匯合中心實現，正如相對圖5示出和討論的。各個機組操縱指令經S模式數據鏈路發送到機組長機(225、235、245)，正如相對圖4示出和討論的。操縱指令通過它們的唯一S模式24位地址被送至各個機組長機。MFL250、機組長機(225、235、245)和機組組機能夠通過它們的S模式24位地址和/或分配給每架飛機並作為現有S模式消息類型的部分發送出去的飛行識別標誌來識別。
機組長機(225、235、245)然後在它們自己的FMS中處理操縱指令並將操縱指令傳播給它們機組中的組機。各個機組飛機實行此操縱指令，如果經它們的與機組長機的站臺保持系統數字數據鏈路要求它們如此做的話。應當注意，每個S模式消息包含一個周期性冗餘校驗(24位差錯檢測碼)以防止差錯信息被飛機接收。
以類似方式也可以使用GPS間歇振蕩器使得多個編隊相互飛行並以可選距離維持位置/間距。在多個編隊情況中，超級主編隊長機(SMFL)從MFL接收ADS-B信息。SMFL處理已匯合數據並將操縱指令傳播到編隊機組主長機以維持多個編隊之間的位置和間距。
這一分布編隊定位控制方法阻止單點失誤並提供將MFL250和機組長機(225、235、245)職責傳送到下屬編隊飛機的靈活性。
參考圖3，圖中示出用於獲得密集編隊防撞的本發明的被動監視系統的圖示。正如這裡使用的，被動監視指不用主動TCAS空中交通通報諮詢便能獲得密集編隊防撞。傳統的TCAS與主動TCAS空中交通諮詢一起工作。被動監視通過S模式應答機GPS間歇振蕩器廣播和接下來數據(顯示飛機位置)的TCAS接收和處理能夠實現。
圖3示出本發明的例示實施例。儘管圖中僅示出兩個飛機系統，本領域技術人員應當清楚，多個飛機將具有類似於1號飛機與2號飛機之間所示的關係。在編隊中，1號飛機代表MFL。TCAS和所示的每個組元的操作是本領域所公知的，不需要詳細描述。有些空中交通管理系統應答機(如S模式應答機)包括唯一飛機識別符從而能夠用目標飛機的身份標明該目標飛機的每個消息。ADS-B消息以預定間距，例如每秒一次或兩次周期性地從S模式應答機360廣播，包含飛機的地理坐標(緯度和經度)、各個飛機的磁航向、速度、預期飛行路徑、氣壓高度和飛行識別符等。這種ADS-B數據組是經總線接口(如高速ARINC 429總線接口)從飛機的GPS、慣性導航系統(INS)和飛行管理系統(FMS)(未示出)導出的，並提供給S模式應答機360。被裝備TCAS的飛機接收的ADS-B數據經處理顯示在頭盔上，能夠更好地使飛行駕駛員估計潛在衝突。TCAS350通過軟體操作以接收S模式間歇振蕩器信息並計算目標接近飛機的位置。目標距離、距離變化率、相對高度、高度變化率和方位角是從S模式應答機接收的這一ADS-B數據算出的，以確定飛機是否正在闖入裝備TCAS的1號飛機的空間。在編隊中，只準許長機對任何地面詢問作出響應，因為射頻幹擾和FAA空中交通控制不能對很小區域內多個返程解密。從準確度的角度考慮，本發明使用由闖入飛機廣播的GPS/INS數據，它允許精確計算位置，在多數情況中誤差不大於10m，而不是相對位置計算。在本發明中，相對高度、高度變化率、距離和相對速度(距離變化率)對避免碰撞都是關鍵的。為了導出故意接近率可考慮目標飛機的其他參數。
1號飛機的TCAS350以預定頻率(例如1090MHz)通過S模式應答機數據鏈路從2號飛機的S模式應答機360′接收ADS-B數據。同樣，1號飛機的S模式應答機360通過其S模式應答機數據鏈路將ADS-B數據發送到2號飛機的TCAS350′。TCAS350通過總線370(例如ARINC 429總線接口)與S模式應答機360通信。S模式應答機360提供給TCAS的飛機高度信息，是從ADC340導出的。ADS-B數據310(如緯度、經度、速度、預期飛行路徑等)從全球導航衛星系統/慣性導航系統(GNSS/INS)330提供給TCAS350(通過飛行管理系統(FMS)(未示出))以及提供給S模式應答機360。ADS-B數據320(如高度)從航空數據計算機(ADC)340提供給S模式應答機360。
這裡參考的ADS-B消息有5個「擴展長度」間歇振蕩器消息組成(1)擴展間歇振蕩器機載位置；(2)擴展間歇振蕩器機載速度；(3)擴展間歇振蕩器表面位置；(4)擴展間歇振蕩器飛機識別符；及(5)事件驅動間歇振蕩器。對於編隊飛行，本發明主要使用消息格式(1)和(2)用於被動機載實施，並在以下段落中討論。關於這些ADS-B消息的附加信息可以在1997年9月12日發行的AEEC(航線電子工程委員會)ARINC(航空無線電公司)，計劃書718A的草案2，「標誌4空中交通管理應答機(ATCRBS/MODE-S)」中找到。
擴展間歇振蕩器機載位置消息僅僅當飛機是機載時發射。擴展間歇振蕩器機載位置消息包含從飛機導航輔助裝置(GPS和INS)導出的位置信息。機載位置的擴展間歇振蕩器作為S模式下行鏈路格式消息17(DF 017)發送，這是本領域技術人員已知的格式。該消息以隨機間距每秒發射兩次，所述隨機間距相對於以前擴展間歇振蕩器機載位置發射在0.4至0.6秒範圍內均勻分布。
擴展間歇振蕩器機載速度消息僅僅當飛機是機載時發射。擴展間歇振蕩器機載速度消息包含從飛機導航輔助裝置(GPS和INS)導出的速度信息。擴展間歇振蕩器機載速度消息作為S模式下行鏈路格式消息17(DF 017)發送，這是本領域技術人員已知的格式。該消息以隨機間距每秒發射兩次，所述隨機間距相對於以前擴展間歇振蕩器機載速度發射在0.4至0.6秒範圍上均勻分布。
TCAS350正在以被動模式工作，即不是主動地詢問正在接收和處理數據的另一架飛機，這是要注意的。在一般TCAS操作下，當TCAS正在以主動詢問方式工作時，TCAS和S模式應答機共享解析度諮詢信息，或者有時被叫協調消息。在本發明中，當處於其編隊飛行模式中時，使TCAS的主動詢問失能。
廣播S模式間歇振蕩器數據不僅是密集編隊防撞的關鍵，而且是有效控制較大編隊機群中蜂窩狀編隊機組的相對位置的關鍵。這裡給出的編隊內定位系統基於分布編隊機組控制方案，它利用S模式應答機ADS-B間歇振蕩器、TCASADS-B信息處理、飛行任務計算機目標跟蹤處理和常駐飛機SKE。在本方法中，MFL利用ADS-B信息維持機組定位，所述信息是從機組長機S模式應答機周期性廣播的。
參考圖4，圖中示出本發明以IFPCAS模式工作的另一實施例。飛行任務計算機410和SKE380與TCAS350通信，正如早先相對圖3已經描述的。合適的SKE包括由Sierra技術公司的一個分部-Sierra Research提供的產品AN/APN-169C和AN/APN-240，儘管SKE的詳細情況對本發明的理解是不必要的。圖5示出這一系統體系結構的更高層次圖。
儘管圖4中僅示出兩架飛機，但是由多個編隊機組構成的龐大編隊(例如250架飛機)以類似方式工作。被動監視方法在使多個編隊相互間飛行並維持編隊位置/間距在可選擇距離(在所有IFR高度上從500英尺到100海裡)是同樣有效的。在本情況中，「超級MFL」將接收MFL ADS-B位置信息並產生操縱指令，如上所述以分層方式傳播。
主編隊長機(見例如圖2的MFL)與機組組機通信。TCAS350向飛行任務計算機410提供完整一組ADS-B導出跟蹤數據。飛行任務計算機410通過飛機的唯一24位S模式地址而選擇編隊機組長機。機組單位位置和間距信息是通過機上飛行任務計算機410計算的，產生的操縱指令經高頻數據鏈路390傳播到機組編隊長機。操縱指令從高頻接收場地傳送到機組長機的飛行任務計算機410′，它又將它們傳送到SKE380′。飛行任務計算機410基於從TCAS350收到的數據經總線385將飛機導航命令提供給其SKE380′。組機然後執行機組長機的SKE命令，它們可以涉及各種命令，如俯仰、滾轉和推進以維持在編隊中的位置。圖5所示的系統體系結構示出有IFPCAS控制器、數據匯合和在飛行任務計算機410中作為軟體功能或分立的VME處理卡而實施的控制法規。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CAS信息。MFD能夠顯示TCAS目標代替或者附加於VSI/TRA600。
利用在每個GPS間歇振蕩器傳輸的尾部廣播的唯一24位S模式地址能夠實現編隊成員的選擇，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模式擴展長度消息的一部分發送出去。
以類似方式能夠處置非位置保持飛機編隊(例如加油機機組編隊)。實際上，裝備TCAS的加油機能夠利用S模式ADS-B信息與利用S模式間歇振蕩器消息中發送的可選24位地址或飛行ID的特定編隊飛機相會合。這種非位置保持飛機通過接收來自MFL和/或機組領隊長機的S模式間歇振蕩器ADS-B數據並配置飛機飛行任務數據遵循S模式間歇振蕩器ADS-B數據則能維持編隊單位內的位置和間距。同樣，會合飛機引導命令由利用所服務飛機ADS-B跟蹤數據的飛行任務計算機產生。這是另一個例子，這裡唯一S模式地址能夠被用於有選擇地跟蹤一架特定編隊成員飛機。
參考圖5，圖中示出按照本發明的IFPCAS體系結構的實施例。戰略空降兵旅空降(SBA)運載飛機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/降落區。飛機飛行任務計算機410由從屬於IFPCAS控制法規560、FMS 565、數據匯合570和顯示處理575的IFPCAS控制器555構成。
數據匯合單元570與外圍(數字)數據鏈路設備接口，以採集由TCAS 350、S模式應答機360、VHF數據鏈路電臺520、SKE 380和區域標誌接收機510提供的數據。被採集的數據是自動相依監視(ADS)數據、位置保持裝置(SKE)數據以及空中交通警戒和防撞系統(TCAS)和S模式數據。ADS數據是從這一飛機視線範圍內的其他飛機以及從空中交通管制(ATC)地面站接收的。SKE數據是從與這架飛機同處編隊中的其他飛機接收的。TCAS/S模式數據是從這一飛機視線範圍內的其他飛機以及從ATC地面站接收的。
由於這一數據是從多個獨立源獲得的，它代表這架飛機相對於其他相鄰飛機的位置和狀態的不同視圖。採集數據的總集合將包含複製數據和一些對立數據。數據匯合算法(詳細情況不是理解本發明所必需的)用於使這一數據總集合與消除複製數據和分辨對立數據的信息的邏輯和協調子集合相關。幾個子集合涉及與這一飛機同處編隊中的飛機子集合；相鄰編隊或加入編隊中的飛機的子集合；以及這一飛機的視線範圍內的飛機的子集合，但是與編隊內不相關。信息的每個子集合將包含每架飛機的識別數據、位置數據、意向數據、威脅優先數據和編隊內數據。
IFPCAS控制器555與外圍數據鏈路設備接口，以確定它們當前操作模式。IFPCAS控制器555單元接收駕駛命令輸入和數據匯合信息，以確定啟動哪個IFPCAS功能。在編隊內操作期間，IFPCAS控制器555對駕駛輸入作出響應並啟動控制法規560，利用數據匯合信息使飛機按編隊飛行。另外，IFPCAS控制器855與FMS 565接口，通過它飛行計劃的控制數據在編隊內的其他飛機當中協同變化。再有，IFPCAS控制器555對駕駛輸入作出響應，通過將控制數據送至S模式應答機360和TCAS 350產生射頻發射或者使其減至最小。這將使在軍事作戰期間敵方空軍檢測這一飛機進入或接近戰區的能力減至最小。
IFPCAS控制法規560是使用數據匯合信息和IFPCAS控制器555輸入來處理控制法規算法的控制法規，控制法規算法以本領域技術人員顯而易見的方式計算自動飛行控制系統(AFCS)530的飛行速度、高度、航向和節流閥目標。由於傳統TCAS的控制法規是本領域專業技術人員所熟知的，本發明的控制法規類似地由本領域專業技術人員實現，雖然還考慮了諸如SKE的外部設備。AFCS530是傳統的飛機自動飛行控制系統，提供飛行指引儀、自動駕駛和自動節流閥控制功能。AFCS 530接收來自IFPCAS控制法規單元560的飛行速度、高度、航向和節流閥目標，以控制編隊內飛機。這些目標被用於保持編隊內飛機與其他飛機以及維持機組進入間距距離控制顯示單元(CDU)540是操作員將飛行參數輸入FMS 565所使用的接口。FMS 565是傳統的飛機飛行管理系統，提供飛行計劃航線和沿這些航線的橫向和垂直引導。FMS 565接收來自IFPCAS控制器555的控制數據，以實現編隊內的所有飛機協調飛行計劃航線變化。
顯示處理575單元是傳統的顯示處理功能塊，在例如多功能顯示器(MFD)550上將信息提供給飛行機組。顯示處理575單元接收來自IFPCAS控制器555和數據匯合570功能塊的顯示數據。這一數據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明表示，改善情況告知。
能夠接收TCAS ADS-B數據的非編隊軍用和民用飛機能夠在其VSI/TRA600(見圖6)上看到編隊飛機目標。由於編隊飛機不是正在傳送解析度報告，它將負責非編隊飛機的機動避讓。
TCAS 350接收並處理ADS-B信息以及在升降速度表/空中交通解析度警戒(VSI/TRA)顯示器600上顯示相對飛機位置(距離、方位和高度)。當本發明的TCAS被配置為IFPCAS模式時，解析度報告由於機組內飛機的緊密靠近而被禁止。當然，現有技術系統遠離本發明的這一特徵，因為解析度報告是在這些其他防撞情況中需要的。
區域標誌接收機510仿效來自S模式應答機360的GPS間歇振蕩器廣播，這是保證精確空降的關鍵。TCAS 350能夠用這裡描述的唯一符號指示區域標誌。區域標誌接收機510更新到100海裡以外顯然可行。然而，這將依賴於各種飛行任務場合能夠容許的RF發射功率電平。
霍尼韋爾的TCAS-2000(例如RT-951)和S模式應答機(例如XS-950)用對TCAS-2000單元作某些改進能夠滿足這裡描述的唯一編隊內位置要求。這些變化將在以下段落中討論。
改進或增強的TCAS-2000是較佳的TCAS(這是最新產品)，但是其他TCAS系統以本領域技術人員公知的方式也能夠適應並使用。TCAS-2000是一種新的空中交通警戒和防撞系統，由霍尼韋爾公司提供，該公司還研製於TCAS II。標準(即在這裡所描述的改進之前)TCAS 2000的特徵包括顯示距離增加到80海裡(nm)以滿足通信、導航、監視/空中交通管理(CNS/ATM)要求；可變的顯示距離(5，10，20，40和80海裡)；50條飛機航跡(5海裡內24條)；1200節接近速度；每分鐘10,000英尺升降變化率；法向脫險機動；增強脫險機動；脫險機動協同；以及空中/地面數據鏈路。
通過說明而非限制，除了圖4中所示的其他部件外，在TCAS-2000計算機中增加了輸入/輸出(I/O)卡350。該I/O卡350將來自TCAS-2000計算機的ADS-B數據接口提供到飛機飛行任務計算機410。此外，TCAS 350從GNS/INS導出其目前位置、高度和飛行速度。利用這一I/O卡352容納這些信息與飛機GPS接收機和INS系統(330)接口。這一I/O卡352容納ARINC 429接口到GNSS/INS 330，以致於TCAS能夠建立其自身地理位置和飛行速度參考。TCAS經高速ARINC 429數據總線接收來自S模式應答機的高度數據。這些參數是精確計算相鄰機組編隊飛機的精確距離、距離變化率、方位和相對高度所必需的。
需要對TCAS-2000計算機處理單元卡(未示出)作改進，以將平均濾波距離誤差從約72英尺降低到50英尺。此外，需要對控制面板作改進以增加IFPCAS模式選項以及增加0.5海裡距離選項。
較佳的S模式應答機是霍尼韋爾公司的選擇模式(S模式)數據鏈路應答機(產品XS-950)，這是實現所有當前定義S模式功能的「全部特徵」系統，但是具有未來發展的內置升級能力。正如對本領域技術人員而言將是顯然的，在本發明中能夠使用其他S模式應答機。當前S模式應答機與TCAS和ATCRBS一起結合使用，以識別並跟蹤飛機位置，包括高度。S模式數據鏈路應答機XS-950產品在飛機和空中交通管制之間發送和接收數字消息。它滿足在DO-181A(包括改變1)中描述的S模式應答機的所有要求。單元還使ARINC特徵718與當前空中運輸應用的接口相符合。S模式應答機能夠在飛機與地面系統之間發送和接收擴展長度S模式數字消息。數據鏈路提供可能比當前話音系統更有效、可靠和確認的通信。
本發明要求對傳統S模式應答機作改進以在處於IFPCAS操作模式時禁止空中交通管制雷達信標系統(ATCRBS)詢問答覆。為了進一步降低RF發射電平，本發明進一步包括外部RF功率級衰減器，它要求對TCAS RF板作變化。S模式RF功率發射電平是640瓦峰值脈衝，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的輻射電平，對降低檢測機率產生貢獻，以及降低相鄰飛機L波段接收機減敏感作用的機會。僅僅編隊機組長機(例如圖2中225)將以較高S模式間歇振蕩器功率電平發射，以保證與主編隊長機(圖2中250)的可靠編隊位置控制。不需要對霍尼韋爾公司XS-950S模式應答機作改進，以廣播GPS間歇振蕩器數據，因為它已經是S模式ICAO電平4能力(即發射和接收16段擴展長度(112)位消息)。
除了對商品化TCAS 2000(或其他TCAS產品)的硬體改進外，本發明想到對其以及對S模式ADS-B系統的軟體作改進，以減少不必要的迴避機動的數目並允許密集編隊飛行。改進包括例如對商品化霍尼韋爾公司S模式應答機產品XS-950的GPS間歇振蕩器能力增強。IFPCAS模式將被增加到現有軟體。當在多架裝備TCAS飛機的編隊中飛行時，這一唯一TCAS操作模式將提供駕駛員/操作員情況告知。本發明的IFPCAS模式與傳統TCAS操作模式的區別包括但是不限於TCAS詢問被禁止；用入侵者穿過被保護區或者滿足被保護區內某些接近距離判別標準時的視覺/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海裡選擇範圍(見圖6)合適尺寸範圍圈(例如500英尺)的中心(或者某些定位)VSI/TRA顯示；預定距離(例如70英尺)的入侵者距離量化以及被濾波以提供預定距離(例如50英尺)的解析度；相對速度和編隊成員識別(見圖6)的附加指示；切斷幹擾限制邏輯；與GNSS/INS接口所需的變化；新的數據記錄參數；以及改進S模式應答機軟體代碼以禁止組機對空中交通管制雷達信標系統(ATCRBS)響應(僅僅MFL將具有應答機使能)。所有這些變化在本領域專業人員的技能內，對他們而言這些變化的實施將是顯然的。
TCAS-2000 GPS間歇振蕩器數據處理和S模式擴展長度消息ADS-B數據傳輸二者將作為按照如上所述的本發明的TCAS-2000變化7軟體改進的一部分而實施。現有商用TCAS-2000系統能夠被改進為以IFPCAS模式工作，同時維持正常TCAS操作模式。正常TCAS空中交通報告/解析度報告(TA/RA)能力則被禁止，以阻止飛機詢問和解析度報告操作。
應答機中的軟體按DO-178B，即軟體開發和證明的FAA要求完成和證明。軟體更新可以通過例如ARINC 615便攜數據加載器的手段在飛機上完成，加載器具有數據加載器埠，位於正面連接器上。所有的上述軟體改進在本領域專業人員的技能內，無需詳細討論其實施。
參考圖6，圖中示出按照本發明的升降速度表/空中交通解析度報告(VSI/TRA)(或空中交通報告/解析度報告)顯示器600。圖6示出示例的VSI/TRA顯示器600，具有被識別的編隊和非編隊成員，如編隊機組飛機(表示為飛機圖標)、領隊編隊飛機250(表示為菱形中的飛機圖標)以及非編隊飛機(由藍菱形620和琥珀圓630表示)。VSI/TRA顯示器還能夠顯示編隊、加油機、非編隊飛機等的不同符號。
正如圖6所示，本發明的TCAS VSI/TRA顯示器不僅對裝備TCAS的飛機670示出相對高度660(表示為虛線距離環640內的飛機圖標)，而且示出裝備TCAS的飛機670與編隊長機和組機(610，680)的相對速度650(或距離變化率)。自己飛機位置由顯示器底部的頭向著12時鐘位置的飛機圖標670表示。飛機圖標680頂部的數目(-0.5)代表例如每小時海裡的相對速度(650、652、564)，目標以下的數目(例如660指向-01)代表例如數千英尺的相對高度。負數表示目標飛機(250、610、680)正在以比裝備TCAS的飛機670更低的速度飛行，而正數表示目標飛機(250、610、680)正在以比裝備TCAS的飛機670更高的速度飛行。這一增強使得TCAS成為在密集編隊分布中飛行的駕駛員的有附加值的儀器。相對速度指示對在轉彎機動期間維持編隊內飛機相對位置尤其有用。傳統的TCAS知道入侵者距離和距離變化率，但只是當入侵者的相對速度構成威脅時才顯示彩色警告。以編隊內模式工作的本發明的TCAS顯示器顯示編隊機組飛機相對速度(650、652、654)；相對速度與相對高度一起以數字方式顯示在TCAS顯示器600上。
有了編隊中每架飛機的相對速度的瞬時知識，任何機組能夠立即校正其速度以與長機相匹配或者與相鄰飛機相通信，如果它正在脫離編隊速度飛行的話。一旦速度在更好控制之下，編隊中的所有飛機都可能飛行耦合到它們的飛行管理系統，因此保證每架飛機以相同軌跡飛行。本發明的TCAS顯示器600(增加了相對速度)應當幾乎取消所有的距離偏差，顯著降低機組工作負載以及增強IMC中安全有效大機組編隊。
本發明的方法遵循系統實施例的以上描述，在發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上向飛機飛行駕駛員顯示信息的方式。在步驟704中，開始顯示TCAS編隊成員的過程。在步驟706中，長機或主飛機的TCAS計算機接收來自進入被保護區的入侵者的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飛機位置的情況告知以及當入侵者穿過被保護區或者滿足被保護區內某些速度判別標準時提供一聽覺指示。對入侵者距離量化進行濾波以提供例如50英尺的解析度。VSI/TRA顯示器600包括約500英尺的合適尺寸距離環640和約0.5海裡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所識別並被存儲起來作進一步處理。在步驟710中，飛行任務計算機訪問查閱表以確定入侵者是編隊成員(FMBR)或是編隊長機(FLDR)或是非編隊成員(NFMBR)或是其他。在步驟712中，根據S模式地址ID對入侵者是否是編隊成員作出決定。如果入侵者是FMBR，那麼在步驟714中設定在例如ARINC 429中的特定位(這裡稱為FMBR位)，以及分配TCAS到顯示器數據標籤。在步驟720中，在ARINC 429中設定相對高度、距離、距離變化率以及方位信息，分配一個數據標籤。然後在步驟722中把在步驟720分配的入侵者數據標籤發送到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S模式地址ID能夠安排的TCAS入侵者資料庫。在步驟716中，在TCAS入侵者資料庫中對信息進行更新，尤其是入侵者的距離、距離變化率、相對高度、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，計算入侵者的TCAS接近速度，在此之後將它送至步驟730(圖8)作進一步處理以及表示在顯示器600上。
再參考步驟712，根據S模式地址ID對入侵者是否是編隊成員作出決定。如果入侵者不是FMBR，那麼在步驟724中對入侵者是否是FLDR作出另一決定。如果入侵者是FLDR，那麼在步驟714中在ARINC 429中設定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，那麼在步驟728中在ARINC 429中設定非編隊成員(NFMBR)位。在步驟730中，NFMBR被識別或者標記為解析度報告、空中交通報告、最接近空中交通或其他空中交通。這些NFMBR位然後被設定為ARINC429中的NFMBR入侵者空中交通類型位。然後在步驟720和722中處理該信息，正如先前討論的，用於發送到VSI/TRA顯示器600。
參考圖9，在步驟722中發送的TCAS入侵者數據標籤信息在步驟742中被飛行任務計算機接收。在步驟744中，TCAS入侵者數據標籤被解碼，除了其相對高度、距離、距離變化率和方位外還導出入侵者類型(即FMBR、FLDR和NFMBR)。在步驟746中入侵者被其唯一S模式地址ID識別。對信息作處理以在步驟748中確定是否設定FMBR位以及在步驟754中確定是否設定FLDR位。如果設定FMBR位，那麼在步驟750中，以正確相對方位/距離位置以及最近相對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資料庫獲得的信息。如果未設定FMBR位，在步驟754中作出進一步決定。如果設定FLDR位，那麼在步驟756中，以正確相對方位/距離位置以及最近相對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資料庫獲得的信息。如果未設定FLDR位，那麼在步驟758中作出進一步決定。如果既未設定FLDR位未也未設定FMBR位，那麼入侵者是NFMBR。在步驟758中，如果NFMBR入侵者是解析度報告，那麼在顯示器600上入侵者顯示為例如一實心紅方形。在步驟762中與實心紅方形一起顯示的是正確相對方位/距離位置和相對高度，正如從步驟752部分地獲得的。如果NFMBR入侵者不是解析度報告，那麼在步驟764中作出進一步決定，以確定NFMBR入侵者是否是空中交通報告。在步驟768中，如果NFMBR入侵者是空中交通報告，那麼顯示器600上把入侵者顯示為實心琥珀圓，正如圖6所示(數字630)。步驟770中與實心琥珀圓一起被顯示的是正確相對方位/距離位置和相對高度，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告，那麼，在步驟766中作出進一步決定，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，那麼在步驟772中它被顯示為實心藍綠色菱形的入侵者，正如圖6中所示(例如數字620)。步驟774中與實心藍綠色菱形一起顯示的是正確相對方位/距離位置和相對高度，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，那麼，在步驟776中使用符號來顯示入侵者為其他空中交通入侵者，如空心藍綠色菱形。再有，步驟778中與空心藍綠色菱形一起顯示的是正確相對方位/距離位置和相對高度，正如從步驟752部分地獲得的。
雖然通過這裡描述的TCAS系統實現許多優點，但是對於密集編隊飛機間距，利用被動監視主要有兩個優點。
第一個主要優點是，定位準確度基本上等於與飛機GPS導航源相關的經度和緯度定位準確度。用本發明能夠獲得在2°均方根(rms)內的相對飛機方位。這是因為TCAS基於從每架飛機發送的ADS-B位置數據而計算各個目標機組位置。TCAS ADS-B操作能夠處理至少50個目標。對駕駛員顯示的目標的數目將基於在規定水平距離、相對於主飛機的方位以及相對高度內飛機數目的按優先序排列方案。額定飛機目標處理和顯示能力是35架裝備TCAS的飛機的編隊。接收的TCAS ADS-B數據能夠經ARINC 429總線接口被傳送到飛機的飛行任務計算機，作進一步處理和產生SKE操縱指令來維持機組內飛機的水平和垂直間距。導致飛機水平和垂直定位的經處理的ADS-B信息則經飛行管理計算機(FMC)被直接或間接地耦合到自動駕駛或SKE。
第二個主要優點是，被動監視降低RF輻射並有利於將檢測機率減至最小。不需要TCAS詢問即可建立飛機間歇振蕩ADS-B數據的相對位置。GPS間歇振蕩器數據以在某一範圍內均勻分布(例如從0.4到0.6秒)的隨機間距發射。霍尼韋爾公司XS-950應答機包括ARINC接口429，為輸入經度、緯度、飛行速度、磁航向、預期飛行路徑和飛行編號識別而保留。大多數這些參數是經全球定位系統導航衛星系統(GNSS)和飛行管理系統(FMS)提供的。然而，氣壓高度則是經S模式應答機接口通過機上航空數據計算機(ADC 340)導出。
對於本領域技術人員而言，本發明的其他變化和改進將是顯然的，所附權利要求書的意圖是覆蓋這些變化和改進。例如，美國專利5,805,111中述及的天線安裝技術能夠在本發明中實施，以擴展TCAS檢測距離。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明的一個特定實施例，並不是打算限制本發明的範圍。可以想到，本發明的使用能夠涉及具有不同特徵的部件，只要遵循在通信中被動TCAS和S模式應答機的原則表示。本發明可應用於幾乎任何CAS系統，不限於被TCAS使用。希望本發明的範圍由這裡所附的權利要求書限定。
權利要求
要求排他權利的本發明的實施例限定如下1.一種主飛機的被動密集編隊防撞系統，其特徵在於所述系統包括數據鏈路應答機裝置，所述應答機裝置產生並發送廣播數據，所述廣播數據包括主飛機的飛機位置信息；及與所述應答機裝置通信的空中交通警戒和防撞系統(TCAS)計算機裝置，用於接收和處理來自位於其他飛機上的第二數據鏈路應答機裝置的廣播數據，以確定主飛機相對於其他飛機的相對飛機位置。
2.如權利要求1所述的系統，其特徵在於所述TCAS計算機裝置是被動的。
3.如權利要求1所述的系統，其特徵在於進一步包括用於向主飛機操作員顯示數據的顯示裝置。
4.如權利要求3所述的系統，其特徵在於其他飛機的相對速度顯示在顯示裝置上。
5.如權利要求1所述的系統，其特徵在於所述應答機裝置是選擇模式數據鏈路應答機。
6.如權利要求1所述的系統，其特徵在於所述廣播數據是自動相依監視廣播(ADS-B)數據。
7.如權利要求1所述的系統，其特徵在於所述廣播數據是全球定位系統(GPS)數據。
8.如權利要求1所述的系統，其特徵在於所述廣播數據是S模式間歇振蕩器數據。
9.如權利要求1所述的系統，其特徵在於所述廣播數據是擴展間歇振蕩器機載位置數據。
10.如權利要求1所述的系統，其特徵在於所述廣播數據是擴展間歇振蕩器機載速度數據。
11.如權利要求1所述的系統，其特徵在於所述廣播數據以預定間隔由數據鏈路應答機連續發送。如權利要求1所述的系統，其特徵在於所述TCAS計算機裝置包括射頻功率級衰減器。
12.如權利要求1所述的系統，其特徵在於進一步包括飛行任務計算機，其中所述TCAS計算機裝置包括輸入/輸出接口，輸入/輸出接口將數據接口從所述TCAS計算機裝置提供給飛行任務計算機。
13.一種用於裝備應答機的主飛機的被動編隊內定位防撞系統，其特徵在於所述系統包括數據鏈路應答機，所述應答機產生廣播數據，所述廣播數據包括飛機位置；及與所述應答機通信的空中交通警戒和防撞系統(TCAS)計算機，用於接收和處理來自所述應答機的廣播數據；與所述TCAS計算機通信的飛行任務計算機，其中所述飛行任務計算機接收來自所述TCAS計算機的廣播數據並基於所述廣播數據產生操縱指令；及與飛行任務計算機通信的通信鏈路，將所述操縱指令發送到至少一個其他裝備應答機的飛機作處理，所述至少一個其他裝備應答機的飛機響應於所述操縱指令使其相對於主飛機定位。
14.如權利要求14所述的系統，其特徵在於，所述TCAS計算機裝置是被動的。
15.如權利要求14所述的系統，其特徵在於，所述通信鏈路是甚高頻(VHF)數據鏈路。
16.如權利要求14所述的系統，其特徵在於，所述通信鏈路是超高頻(UHF)數據鏈路。
17.如權利要求14所述的系統，其特徵在於，多架飛機的相對速度顯示在顯示裝置上。
18.如權利要求14所述的系統，其特徵在於，至少一個裝備其他應答機的飛機進一步裝備位置保持裝置，用於接收和處理操縱指令，使所述至少一個裝備其他應答機的飛機相對於主飛機定位，位置保持裝置響應於所述操縱指令。
19.如權利要求14所述的系統，其特徵在於，至少一個裝備其他應答機的飛機進一步裝備自動飛行控制臺裝置，用於接收和處理操縱指令，使所述至少一個裝備其他應答機的飛機相對於主飛機定位，自動飛行控制臺裝置響應於所述操縱指令。
20.如權利要求14所述的系統，其特徵在於，所述操縱指令包括用於維持預定空間機組中至少一個裝備其他應答機飛機的與主飛機之間的水平和垂直間距的指令。
21.如權利要求14所述的系統，其特徵在於，所述至少一個裝備其他應答機飛機的可通過唯一S模式地址識別符識別。
22.如權利要求14所述的系統，其特徵在於，所述廣播數據是自動相依監視廣播(ADS-B)數據。
23.如權利要求14所述的系統，其特徵在於，所述廣播數據是全球定位系統(GPS)數據。
24.如權利要求14所述的系統，其特徵在於，所述廣播數據是S模式間歇振蕩器數據。
25.如權利要求14所述的系統，其特徵在於，所述廣播數據是擴展間歇振蕩器機載位置數據。
26.如權利要求14所述的系統，其特徵在於，所述廣播數據是擴展間歇振蕩器機載速度數據。
27.如權利要求14所述的系統，其特徵在於，所述TCAS計算機裝置包括輸入/輸出接口，輸入/輸出接口將數據接口從所述TCAS計算機裝置提供給飛行任務計算機。
28.如權利要求14所述的系統，其特徵在於進一步包括顯示裝置，用於向主飛機的操作員顯示信息數據，所述信息數據包括其他飛機的相對速度。
29.一種用於彼此間以編隊飛行的飛機的被動防撞方法，其特徵在於所述方法包括步驟提供一應答機，所述應答機產生並發送廣播數據，所述廣播數據包括飛機位置；及在主飛機上提供空中交通警戒和防撞系統(TCAS)計算機，所述TCAS與所述應答機通信，用於接收和處理來自所述應答機的廣播數據。
30.如權利要求30所述的方法，其特徵在於進一步包括在基於所述廣播數據以編隊飛行時使飛機彼此相互定位的步驟。
31.如權利要求30所述的方法，其特徵在於進一步包括以下步驟；提供與TCAS計算機通信的飛行任務計算機；將所述廣播數據從TCAS計算機發送到所述飛行任務計算機；處理所述廣播數據；及經數據鏈路在飛機之間有選擇地發送經處理的廣播數據。
32.如權利要求30所述的方法，其特徵在於進一步包括提供自動飛行裝置的步驟，用於基於經處理的廣播數據使飛機彼此間相對定位和保持間距。
33.如權利要求30所述的方法，其特徵在於有選擇地發送的步驟包括選擇一架特定飛機的步驟，以基於該特定飛機的唯一飛行識別符接收經處理的廣播數據。
34.如權利要求30所述的方法，其特徵在於進一步包括當入侵者穿過編隊飛行飛機的預定周界時警告該飛機的操作員的步驟。
35.如權利要求30所述的方法，其特徵在於進一步包括禁止通過應答機送出的空中交通管制雷達信標系統(ATCRBS)消息的步驟。
36.如權利要求32所述的方法，其特徵在於處理廣播數據的步驟包括計算目標距離、距離變化率、相對高度、高度變化率，以及顯示從所述應答機收到的廣播數據以確定飛機是否正在入侵主飛機的預定空間的步驟。
全文摘要
被動空中交通警戒和防撞系統(TCAS)和方法基於接收並處理S模式應答機消息,不用TCAS計算機去詢問以編隊飛行的各架飛機的應答機(即被動TCAS)。TCAS計算機和S模式應答機用於在以編隊或者緊靠飛行的多個飛機機組當中提供分布編隊內控制。S模式應答機給TCAS計算機提供ADS－B全球定位系統(GPS)間歇振蕩器數據,TCAS計算機接收並處理所述數據,不必去詢問多個飛機機組的應答機。方法和系統允許以編隊飛行的2至250架飛機之間的安全間距在可選擇的範圍。
文檔編號G01C23/00GK1332854SQ99815232
公開日2002年1月23日 申請日期1999年12月9日 優先權日1998年12月30日
發明者小J·A·弗雷澤, K·R·容斯馬, J·T·斯特迪 申請人:赫尼威爾股份有限公司