Как работает TCAS?

TCAS работает, отправляя запросы на транспондеры других самолетов. Транспондер будет отвечать на запрос так же, как и на радар. По разнице во времени между опросом и ответом рассчитывается расстояние до другого самолета. Сам ответ содержит высоту другого самолета.

Приведенное ниже объяснение дает представление об основных принципах работы алгоритма TCAS. В действительности сложнее иметь дело со всевозможными исключительными ситуациями.

Расстояние и разница высот с другим самолетом отслеживаются для определения тенденции. Из последовательных измерений расстояния определяется скорость закрытия. С учетом скорости сближения и текущего расстояния (наклонной дальности) делается приблизительное время до точки ближайшего сближения (CPA). Это делается путем простого деления диапазона на скорость закрытия, результат называется «диапазон тау». То же самое делается в вертикальной плоскости. Разделив разницу высот на разницу вертикальных скоростей, мы получим вертикальный тау.

Если оба tau меньше определенного порога, возникает предупреждение о дорожном движении (TA). Когда тау меньше другого (нижнего) порога, дается совет по разрешению. TA — это индикация «вверх», RA — это инструкция, которой должен следовать пилот, чтобы снизить риск столкновения. Пороговое время зависит от высоты и составляет от 20 секунд (<1000 футов над уровнем моря) до 48 секунд (> FL200) для TA и от 15 секунд (<2350 футов) до 35 секунд (> FL200) для RA. Ниже 1000 футов над уровнем земли RA запрещены.

Первоначально TCAS давал только рекомендации по дорожному движению в форме сообщения «Движение, движение». Никаких действий по предотвращению не было указано.

С введением TCAS II во второй половине 80-х появился Консультативный совет по разрешению проблем.

выбор РА

При выборе рекомендации по разрешению есть два основных шага. Первый шаг — выбрать смысл, восходящий или нисходящий. Это основано на расчете того, какой разницы высот можно достичь в CPA, начав набор высоты или снижение, предполагая, что цель сохранит свою вертикальную скорость. При расчете принимается время реакции экипажа и скорость разгона и набора высоты/спуска самолета (5 секунд, 0,25g, 1500 футов в минуту).

Второй шаг – выбор величины. Алгоритм разработан таким образом, чтобы он как можно меньше мешал траектории полета, но при этом обеспечивал минимальное вертикальное эшелонирование.

Координация РА

Когда выбрана RA, она передается другому воздушному судну. Когда другое воздушное судно получит это сообщение, оно будет использовать только противоположный смысл для своего собственного RA. В редких случаях, когда оба воздушных судна передают свое намерение RA одновременно, воздушное судно с более высоким адресом режима S уступит и изменит свое значение RA, если оно конфликтует с другим.

Версии алгоритма

С годами в TCAS II вносятся различные улучшения. Первоначальные системы TCAS II имели версию 6.0 алгоритма, позже замененную на 6.04a в середине 90-х годов. Дальнейшая оценка системы привела к разработке версии 7.0, внедренной с 1999 года. После столкновения в воздухе в Японии в 2001 году и столкновения в воздухе над Уберлингеном в Германии были внесены дополнительные изменения, которые привели к версии 7.1.

Внесенные изменения включают:

• формулировка РА
• логика для ограничения отклонений вертикальной траектории
• логика для предотвращения ложных предупреждений в воздушном пространстве с RVSM и при работе на близко расположенных параллельных взлетно-посадочных полосах
• логика для обнаружения несоблюдения RA
• улучшенная логика реверсирования RA

TCAS и УВД

TCAS RA имеет приоритет над инструкциями УВД. Тот факт, что один из двух самолетов следовал инструкциям УВД, а другой TCAS RA, способствовал аварии в Юберлингене. В случае, если пилот получает TCAS RA, он должен уведомить УВД.

==========

FAA выпустило введение в TCAS II v7.1 , в котором содержится ряд интересных материалов по этой теме.

Стандарт TCAS использует стандартный транспондер , имеющий на борту запросчик в дополнение к самому транспондеру.

Самолет периодически транслирует сигнал запроса. Мощность меньше, чем у наземного радара, но достаточна, чтобы вызвать реакцию самолета, который может находиться менее минуты полета.

Расстояние до другого самолета определяется по времени сигнала, скорость сближения по двум последовательным измерениям расстояния и барометрической высоты является частью ответа транспондера. Положение можно определить только приблизительно с помощью направленной антенны, поэтому она используется только для отображения другого самолета на навигационном дисплее, но не для определения разрешения.

Система активируется, если скорость закрытия такова, что столкновение может произойти в определенное время. Это не означает, что самолеты на самом деле находятся на встречных курсах; система TCAS не оценивает заголовки или позиции. Просто мгновенная скорость закрытия достаточно высока.

Если самолет может столкнуться в течение 40 секунд, система выдает «Дорожное сообщение». Это просто предупреждение о том, что поблизости есть трафик и что, возможно, вскоре потребуется принять меры.

Если расстояние сокращается так, что риск столкновения достигает 25 секунд, будет выдан «Рекомендация по устранению». Это инструкция подниматься, спускаться, подниматься/спускаться быстрее или выравниваться. Пилот должен подчиниться в течение 6 секунд, инструкция имеет приоритет над инструкциями УВД.

Какой совет дать, определяется набором правил в зависимости от высоты и скороподъемности этого и другого самолетов. Поскольку высота передается в ответе транспондера, а скорость набора высоты представляет собой просто разницу последовательных измерений высоты, обе TCAS имеют одинаковую информацию и, следовательно, всегда будут приходить к одному и тому же выводу. По сути, он скажет, какой самолет выше, чтобы набирать высоту, набирать высоту быстрее, или если снижается, не снижаться, и в зависимости от того, что ниже, снижаться, снижаться быстрее или если набор высоты, то не набирать высоту.

Существует также аналогичная система для легких самолетов под названием FLARM . Принцип аналогичен. Он использует радиоприемники с меньшей мощностью, потому что у планеров и сверхлегких самолетов недостаточно мощности для стандартного транспондера. Его сообщения также включают позицию и направление, поэтому он также может давать боковые инструкции (повернуть влево/вправо). Однако он несовместим с TCAS.

TCAS I: нужны только транспондеры режима A, обеспечивает только «Движение трафика». TCAS II: требуются транспондеры Mode-C, обеспечивает "Climb Climb" и т. д. TCAS III: нужны более крупные компьютеры, обеспечивает "Climb Left" и т. д.

TCAS III никогда не производился — TCAS II достаточно хорош для этой работы, и никто еще не разработал для него хороший алгоритм!