專利名稱：Tcas系統接收信號野值剔除方法
技術領域：
本發明涉及新一代機載TCAS防撞系統接收信號的野值剔除方法。
背景技術：
飛機上的防撞系統，美國航空體系稱為空中交通預警和防撞系統(以下簡稱 TCAS)，歐洲航空體系稱為機載防撞系統，兩者的含義、功能是一致的，而且組成也基本相 似，因此本發明申請說明書以TCAS為技術背景進行描述。經過多年的發展，TCAS系統已發展出多種型號，如TCAS I、TCAS II、TCAS III、 TCASIV0其中TCAS II目前應用最為廣泛，它可以給飛機駕駛員提供以不同顏色和形狀顯 示臨近飛機的相對高度、距離、方位、上升/下降狀態等信息的交通提示(TA)和顯示俯仰通 道改變、姿態保持、高度保持等信息的解決方式(RA)。其他更高版本型號體系結構以TCAS II為基礎，只是在功能上略有差別。在現有TCAS中，S模式應答機的高度源有四個，即ARINC似9氣壓高度、ARINC 575 氣壓高度、同步器高度計以及格雷碼高度計；TCAS系統的高度源有兩個，即ARINC 4 無線 電高度和ARINC552無線電高度，而且每種高度信息都包含兩套相同的設備。TCAS和S模式 應答機各有一個高度選擇開關用與輸入不同的高度源所給出的高度數據。在TCAS通信中，不可避免的存在一些數據故障，這些故障值就是野值。如果不進 行野值剔除，可能會導致誤警或漏警等情況發生，給飛行安全帶來額外的潛在威脅，因此， 如何剔除野值就成為TCAS防撞通信中一個難題。野值剔除的方法很多，比較常用的有基于數據統計特性的門限判別方法(3σ 等)、基于Kalman估計的野值剔除方法以及基于信號的時域和頻域特性的分析方法。因為 TCAS詢問信號的頻率高達幾十次/秒，也就是說一次這些方法對于TCAS通信數據的野值剔 除來說，耗時太長，一旦采用就會大大的增加了處理器的負擔。因此，必須尋求簡單高效的 方法來實現野值剔除的目的。
發明內容
為了克服一般野值剔除方法耗時較長，無法適用于高速的TCAS信號處理，本發明 提出了快速的野值剔除方法，分別對高度野值和距離野值進行剔除；本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種TCAS接收信號野值剔除方法， 其特點包括(1)對高度數據野值的剔除由于S模式應答機和TCAS收發機的多個高度源中有同屬氣壓高度的(ARINC 429 氣壓高度、ARINC 575氣壓高度)也有同屬無線電高度的(ARINC似9無線電高度和ARINC 552無線電高度)，而這些高度不會同時使用；所以在本設計中，我們去掉ARINC 575氣壓高 度和ARINC 552無線電高度，這簡化了系統而又不會影響系統的工作；一體化后的TCAS系 統與飛機的高度源接口如下圖1 ；
在S模式應答之前，首先將同一高度源兩套設備輸入的兩個數據進行比較，如果 其差值在一定的范圍之內，就認為高度數據是正確的，可以作為應答信號發射；如果差值超 過了容差極限，則認為高度數據無效，需要重新輸入；(2)根據探測的距離、GPS距離數據和速度等冗余信息的誤差方差值對距離數據 野值的剔除；(a)對于對方飛機還沒有接收到詢問信號，而本機已經接收到了來自其它飛機發 送的無線電干擾信號，產生的距離野值；可以在軟件中對接收到的地址信息與原來發送“點 名式”詢問時的地址信息進行比較，只有當兩者一致時，距離計數器才停止計數，否則，距離 計數器繼續工作。這樣就排除了發生這種錯誤的可能性；(b)對于本機發送了詢問信號以后，在很長時間內(比如說1秒)才接收到應答信 號，產生的距離野值；可以在幾十μ s后還未接收到應答信號，便再次發射“點名式”詢問信 號。這樣就可以避免發生這種錯誤。本發明的有益效果是由于這里提出的方法完全是為了滿足TCAS信號處理的高 速性，因此，并不具有通用性。該方法實施過程中并不存在風險，因此，可以在實際的飛行中 進行測試。
附圖1是一體化TCAS系統與飛機的高度源接口示意圖
具體實施例方式1)高度數據的野值及剔除方法在原來的TCAS和S模式應答機系統中，S模式應答機的高度源有四個，即ARINC 429氣壓高度、ARINC 575氣壓高度、同步器高度計以及格雷碼高度計；TCAS系統的高度源 有兩個，即ARINC似9無線電高度和ARINC 552無線電高度，而且每種高度信息都包含兩套 相同的設備。TCAS和S模式應答機各有一個高度選擇開關。在TCAS和S模式應答機一體化后，S模式應答機作為TCAS的子模塊，其大部分接 口還是保留下來，只是取掉了 ARINC 575總線接口，同樣，TCAS高度源，我們舍棄了原來的 AIRNC 552總線接口。這樣，整個一體化系統的高度源如錯誤！未找到引用源。所示。其中，TCAS —體化系統的高度源共有四個，在選擇時，每次都至少選擇其中一個高 度輸入作為高度源，而且這個高度源的兩套設備同時輸入高度數據，這樣，即使舍棄了原來 的ARINC 575和ARINC 552總線高度輸入，對系統的高度數據也不會有影響。為了防止高度數據發生錯誤，在S模式應答之前，首先將同一高度源兩套設備輸 入的兩個數據進行比較，如果其差值在一定的范圍之內，就認為高度數據是正確的，可以作 為應答信號發射；如果差值超過了容差極限，則認為高度數據無效，需要重新輸入。通過這 種方式，高度數據存在野值的可能性大大減小，提高了系統的設計冗余。2距離數據的野值剔除方法飛機的接近率是一個重要的防撞參數，接近率=相對距離變化/時間變化。為了 得到本機與目標飛機的接近率，必然牽扯到對兩架飛機相對距離的測量，因此，相對距離的 數據就顯得尤其重要。如果距離的測量值發生錯誤，就會帶來嚴重的后果。
要排除距離數據的野值，就要對可能導致其發生錯誤的原因進行發掘。通過對距 離數據得到的方法可以看出，有兩種情況可能會導致野值的產生其一是對方機還沒有接 收到詢問信號，本機已經接收到了來自其它飛機發送的無線電干擾信號，如果按照這個時 間計算，得到的兩機距離會遠遠小于實際的距離；其二是本機發送了詢問信號以后，在很長 時間內(比如說1秒)才接收到應答信號，這樣得到的兩機距離會比實際距離大很多，這種 情況比第一種情況危險得多。對于第一種情況，我們采取的解決辦法是由于飛機的應答答信息包含了各飛機 的地址信息，我們在軟件中可以對接收到的地址信息與原來發送“點名式”詢問時的地址信 息進行比較，只有當兩者一致時，距離計數器才停止計數，否則，距離計數器繼續工作。這樣 就排除了發生這種錯誤的可能性。對于第二種情況，因為本機TCAS發送詢問信號都是針對具體對象的“點名式”詢 問，對方機接收到這種詢問時，一般在幾十μ s內就會做出應答，除非對方機在處理時發生 意外，否則不會出現這種錯誤。因此，針對這種錯誤，解決的辦法是本地TCAS重新發送“點 名式”詢問，再次確認兩機的距離。通過這樣的方式，距離值發生錯誤的概率將大大減小，而接近率的計算源于距離， 當距離值準確無誤時，接近率就不會出現野值。
權利要求
1.一種TCAS系統接收數據野值剔除方法，其特征包括a.簡化TCAS系統的高度數據源；b.選擇接收到的高度數據相比較，得出有效高度；c.根據探測的距離、GPS距離數據和速度等冗余信息的誤差方差值對距離數據野值的 剔除；
2.—種TCAS系統接收數據野值剔除方法，其特征在于去掉ARINC 575氣壓高度和 ARINC 552無線電高度源而保留了同屬性的ARINC似9氣壓高度和ARINC似9無線電高度 源；
3.—種TCAS系統接收數據野值剔除方法，其特征在于通過將同一高度源兩套設備輸 入的兩個數據進行比較，根據其差值范圍判斷高度數據的有效性；
4.一種TCAS系統接收數據野值剔除方法，其特征在于測距計時只在接收應答信號地 址與詢問信號一致時停止，而長時間位接收到回答信號便再次發射詢問信號并重新計時。
全文摘要
本發明是一種TCAS系統中接收數據野值剔除方法，完成了對接收到的高度和距離數據野值的避免及快速剔除；針對TCAS系統接收數據存在野值，且系統工作速度高，必須快速剔除野值，本發明剔除了對高度數據和距離數據的野值避免方法及剔除方法，解決了數據野值的干擾，保障了接收數據的有效性和飛行安全性；本發明首先通過簡化TCAS系統的高度源來減少野值輸入；再通過相應的軟件處理方法進一步剔除高度和距離野值。
文檔編號G01S19/14GK102064907SQ20091021897
公開日2011年5月18日 申請日期2009年11月16日 優先權日2009年11月16日
發明者史忠科, 黃溢 申請人:西安費斯達自動化工程有限公司
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