航空電子系統(tǒng)電子教案1(無線電部分2)

1、2021-7-4 1 一、系統(tǒng)概述 二、系統(tǒng)部件組成與功能 三、系統(tǒng)工作原理 四、系統(tǒng)工作情況 學(xué)習(xí)要點： 1、系統(tǒng)工作方式與作用 2、氣象雷達(dá)的顯示 3、系統(tǒng)工作原理 2021-7-4 2 2021-7-4 3 機載氣象雷達(dá)能夠?qū)w機前方航路上的氣象目標(biāo)或其 它目標(biāo)的存在及分布狀況呈現(xiàn)在顯示器上。氣象雷達(dá)的這 一基本工作過程，可以看成是對目標(biāo)的探測過程和確定目 標(biāo)的距離與方位的過程。以下分別說明氣象雷達(dá)探測目標(biāo)、 確定目標(biāo)距離、方位的基本原理。 2021-7-4 4 2021-7-4 5 1、氣象目標(biāo)；2、障礙物；3、地形識別 l工作頻段 9333.3 MHZ，9333.8MHZ交替工作 解

2、決二次回波問題，在氣象+湍流方式： 9333.3 MHZ脈沖用來探測湍流，9333.8MHZ脈 沖用來探測氣象。 l導(dǎo)體能夠有效的反射電磁波，水是一種導(dǎo)體。 l氣象雷達(dá)能正確的顯示出氣象目標(biāo)的回波強度 -降雨率的大小等級，現(xiàn)代雷達(dá)用不同顏色 來表示不同降雨率的氣象目標(biāo)。 2021-7-4 6 2021-7-4 7 天線波束掃掠 為了探測飛機航路前方及其 左右兩側(cè)的氣象情況，氣象雷達(dá)天線是在一定 范圍內(nèi)進(jìn)行往復(fù)方位掃掠的。通過天線往復(fù)的 方位掃掠，雷達(dá)就可以探測這一方位范圍內(nèi)被 波束所依次照射到的目標(biāo)，從而向飛行員提供 飛機前方扇形區(qū)域內(nèi)目標(biāo)的平面位置分布圖形。 距離測定 雷達(dá)天線所輻射的電磁波

3、是以光 速在空中沿直線傳播的。在氣象雷達(dá)中，通過 度量所接收到的目標(biāo)回波信號與發(fā)射脈沖之間 的時間間隔，就可以確定目標(biāo)相對于飛機的距 離。設(shè)目標(biāo)的距離為R，則信號往返于飛機與 該目標(biāo)之間所需的時間為： t=2R/C 2021-7-4 8 l由于雷達(dá)天線所形成的輻射波束是寬度 很窄的圓錐形波束，因而可以認(rèn)為當(dāng)天 線指向某一方位時只有該方位的目標(biāo)回 波才能被雷達(dá)所接收。 即，氣象雷達(dá)是 通過測定雷達(dá)天線本身方位指向的方法 來確定目標(biāo)方位的。 l要求： 雷達(dá)天線要有很好的方向性 2021-7-4 9 氣象 探測危險氣象目標(biāo) EFIS 控制板選擇工作方式、接通WXR 開關(guān) 氣象雷達(dá)控制板選擇WX EH

4、SI上顯示 工作方式、量程、天線俯仰信 息 氣象+湍流 還可探測帶有一定雨滴的湍流，距 離范圍選擇小于或等于40NM 地圖 用于識別地形特征 一般和TILT旋鈕配合使用，天線下俯。 2021-7-4 10 基本組件為雷達(dá)收發(fā)組、雷達(dá)天線、顯示器、控制盒和波導(dǎo) 系統(tǒng)。此外，還需由IRU提供傾斜和俯仰穩(wěn)定信號。 2021-7-4 11 2021-7-4 12 2021-7-4 13 2021-7-4 14 2021-7-4 15 2021-7-4 16 2021-7-4 17 2021-7-4 18 2021-7-4 19 2021-7-4 20 ACAS Airborne Collision A

5、voidance System 一、系統(tǒng)概述 二、系統(tǒng)部件組成 三、系統(tǒng)工作原理 四、控制與顯示 五、聲音提醒 六、整個系統(tǒng)工作概況、功能 2021-7-4 21 （一）機載防撞系統(tǒng)的基本概念（一）機載防撞系統(tǒng)的基本概念 隨著空中 交通的迅速發(fā)展，一些中心機場終端區(qū)和其他繁 忙空域中的飛機密度不斷增大，飛機之間的水平 間隔和垂直間隔也隨之減小，飛機之間出現(xiàn)危險 接近的情況時有發(fā)生。機載防撞系統(tǒng)的基本設(shè)想， 是研制一種裝備在飛機上的電子系統(tǒng)，設(shè)法監(jiān)視 本架飛機周圍空域中其它飛機的存在、位置以及 運動狀況，以使飛行員在明了本機鄰近空域交通 狀況的情況下，主動地采取回避措施，防止與其 它飛機危險接近

6、。 2021-7-4 22 （二）（二）TCAS 的分類 1、TCAS的功用的功用確定入侵飛機的相對高度、方位和接近率， 將本機周圍一定立體空域中的交通狀況，顯示在專用的TCAS顯 示器、雷達(dá)顯示器或其它顯示器上，使飛行員能一目了然地掌 握本機鄰近空域中的交通狀況。在此基礎(chǔ)上，TCAS能在必要 時向飛行員發(fā)出交通咨詢（TATraffic Advisory），以提醒 飛行員注意存在潛在的危險接近的情況。 2、TCAS的功用的功用 提供本機鄰近空域中的交通狀況顯示、發(fā) 出交通咨詢TA的基礎(chǔ)上，能夠跟蹤約30海里范圍內(nèi)的裝備 TCAS的多架飛機，評估本機和相遇飛機發(fā)生危險接近的可能， 并且可在確實存

7、在潛在的危險接近時，提前向機組發(fā)出決斷咨 詢RA (Resolutionary Advisory)。是防撞系統(tǒng)解算出的回避危險 接近所應(yīng)采取的回避措施。TCAS所能提供的回避措施為垂直 機動咨詢：爬升(clime)或下降（decent）。 3 3、 TCAS TCAS 正在研制。它除了可產(chǎn)生垂直機動咨詢外，還可 產(chǎn)生水平機動咨詢。 2021-7-4 23 TCAS是以S模式應(yīng)答機為基礎(chǔ)而工作的。 裝備TCAS，就必須裝備S模式應(yīng)答機。 1、ATC/TCAS控制板 2、TCAS 計算機 3、天線 兩部 4、顯示 EADFI EHSI 5、喇叭 6、EFIS控制面板 2021-7-4 24 202

8、1-7-4 25 2021-7-4 26 2021-7-4 27 TCAS計算機的基本功用包括： 監(jiān)視鄰近空域中的飛機 獲取所跟蹤飛機的數(shù)據(jù) 進(jìn)行威脅評估計算 產(chǎn)生交通咨詢或決斷咨詢等 2021-7-4 28 TCAS利用其方向性天線實現(xiàn)與相遇飛機的詢問-應(yīng)答，并獲 得目標(biāo)的方位信息。 TCAS天線工作于L波段，每部天線均可用于發(fā)射和接收。 TCAS的發(fā)射信號頻率為1030 MHz,接收頻率為1090 MHz。 2021-7-4 29 （一）基本工作 TCAS是通過“收聽-詢問-應(yīng)答”方式獲取監(jiān)視空域中其它飛機 的信息的。核心組件TCAS收發(fā)機/計算機必須具備以下功 能： （1）單獨地對裝備S

9、模式應(yīng)答機的飛機進(jìn)行一對一的詢問與應(yīng)答， 獲得所報告的高度信息；單獨地對裝備A、C模式應(yīng)答機進(jìn)行 詢問并接受其應(yīng)答信號，分別地獲得這類飛機所報告的高度 信息 （2）設(shè)法測量所監(jiān)視的飛機的方位； （3）計算所監(jiān)視的飛機的接近率，對這些飛機進(jìn)行威脅評估計算； （4）存儲所監(jiān)視的飛機的高度、距離、方位等數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)對這 些飛機的連續(xù)跟蹤； （5） 對進(jìn)入交通咨詢范圍或決斷咨詢范圍的飛機，產(chǎn)生交通咨 詢或決斷咨詢信息輸往顯示器； （6）產(chǎn)生相應(yīng)的合成語音輸出； （7）實現(xiàn)對TCAS收發(fā)機/計算機和系統(tǒng)其它組件以及接口信號的 監(jiān)測、故障存儲、狀態(tài)通告等任務(wù)。 2021-7-4 30 （二）幾個概念 TC

10、AS 空域 水平監(jiān)視范圍水平監(jiān)視范圍 為環(huán)繞本機的立體空 域 ;高度跟蹤范圍高度跟蹤范圍正常情況下為本機的上下2700英尺 。 TAU區(qū)域 TCAS計算機中所進(jìn)行的監(jiān)視與跟蹤計算 的基礎(chǔ)，是基于對入侵飛機接近率飛機接近率的連續(xù)監(jiān)視 。是基 于一定的提前時間而發(fā)出交通咨詢TA和決斷咨詢RA的。 這個提前時間，就是TCAS中的（“TAU”TAU”）。 TCAS TA 、 RA 目前所確定的TCAS的TA門限 為2048秒，RA為1530秒。從TCAS計算機發(fā)出交通 咨詢TA到發(fā)出決斷咨詢RA的間隔時間為15秒左右。 1.靈敏度 指的大小 2-6級(低-高) 2021-7-4 31 （三）入侵機分類

11、 決斷咨詢 入侵機在RA TAU內(nèi) 交通咨詢 入侵機在TA TAU內(nèi) 接近 入侵機在高度1200FT,距離6NM，低接近速率； 其它 入侵機在高度2700FT,距離在計算機能計算的距離內(nèi)。 2021-7-4 32 （四）典型的TCAS 相遇 1. 沒有高度報告的入侵機 l假設(shè)同一高度 lEHSI、EADI不顯示RA l入侵機在TA TAU內(nèi)， EHSI顯示TA 有高度報告的入侵機 l計算本機與入侵機之間的距離和高度 l入侵機在其他、接近、TA 、RA顯示在EHSI，并跟蹤 l入侵機在RA TAU內(nèi)， EADI顯示RA操縱指示 裝有TCAS的入侵機 l計算本機與入侵機之間的距離和高度、并確定主機

12、 l入侵機在其他、接近、TA 、RA顯示在EHSI，并跟蹤 l入侵機在RA TAU內(nèi)，主機發(fā)出互補的兩機垂直動作指令， 飛機監(jiān)控主機的數(shù)據(jù)和指令是否合理，兩機同時執(zhí)行操縱 指令，相互配合防撞。 2021-7-4 33 2021-7-4 34 （一）EADI上的控制與顯示 1、ATC/TCAS控制面板 TA/RA位EADI顯示RA指示 2、EADI的TCAS顯示 與RA有關(guān)的RA垂直操縱指令 （操縱指令符號并伴有聲音） 2021-7-4 35 （二）EHSI上的控制與顯示 1、ATC/TCAS控制面板 方式電門放在TA ONLY 、TA/RA位，否則顯示TCAS OFF 2、EFIS控制板 l接

13、通TFC（綠色TFC顯示在EHSI上） l工作方式選擇：EXP VOR/ILS、EXP NAV、MAP、CTR MAP。 2021-7-4 36 3、EHSI上的TCAS顯示 TCAS系統(tǒng)的工作情況顯示 TCAS OFF 白色 ATC/TCAS 不在TA ONLY 、 TA/RA位；或未安裝TCAS。 TCAS TEST 白色 表示EFIS自測試有效；飛機 在地面已按壓TCAS或 ATC/TCAS 上的自測試按 鈕，系統(tǒng)已開始測試。 TCAS FAIL 黃色 TCAS 計算機輸出已故障信 號； 本側(cè)EFIS控制板故障。 TA ONLY 綠色 1.TRAFFIC 紅色表示首架入侵機為RA，黃色T

14、A 2021-7-4 37 2021-7-4 38 EHSI上TCAS的信息顯示 無方位的TCAS的信息顯示 l兩個字母TA、RA表示入侵機種類 l帶小數(shù)點的三位數(shù)代表入侵機的距離 l+-號表示入侵機相對本機的高度情況，+入侵機在本機 的上方，-入侵機在本機的下方 l 表示入侵機正以=500FT/M的速率爬升或下降 l同一時間內(nèi)只允許顯示兩架無方位入侵機信息 方位的TCAS的信息顯示 TA交通咨詢（黃色實心圓）RA決斷咨詢（紅色實心方 塊 ） 其他交通（白色空心菱形框 ）接近（白色實心菱形 塊 ） OFFSCALE（畫面外）顯示 2021-7-4 39 2021-7-4 40 2021-7-4

15、 41 在TA、RA、TEST時有同步聲音信息 2021-7-4 42 2021-7-4 43 TCASTCAS計算機與其它導(dǎo)航系統(tǒng)的信號交連計算機與其它導(dǎo)航系統(tǒng)的信號交連 lL波段設(shè)備的互抑制 l來自近地警告系統(tǒng)的抑制信號 （近地警告系統(tǒng)的產(chǎn)生的“低于下滑 道”、“拉起”和“風(fēng)切變”警告信息的優(yōu)先權(quán)高于TCAS的咨詢信 息，所以，在近地警告系統(tǒng)發(fā)出上述三種警告信號時，會抑制TCAS 輸出交通咨詢和解脫咨詢。） l無線電高度信息輸入 l航向信息輸入 l大氣數(shù)據(jù)計算機信息輸入 TCASTCAS計算機與計算機與EFISEFIS之間的信號交連之間的信號交連 lEFIS控制合對TCAS顯示的控制 lT

16、CAS與EFIS顯示器之間的信號交 連 TCASTCAS計算機與計算機與S S模式應(yīng)答機之間的信號交連模式應(yīng)答機之間的信號交連 lTCAS計算機通過ARINC數(shù)據(jù)總線與S模式應(yīng)答機之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。 lTCAS計算機與控制盒的信號交連 2021-7-4 44 2021-7-4 45 一、概述 二、系統(tǒng)組成及部件功能 三、工作方式 四、工作原理及GPWS的包絡(luò)調(diào)制 2021-7-4 46 1、功用、功用 近地警告系統(tǒng)（GPWS）是一種保障飛行安全的重要電子設(shè) 備。它的功用是當(dāng)飛機處于不安全的接地飛行狀態(tài)，或飛機進(jìn) 入風(fēng)切變區(qū)域時向機組發(fā)出警告，以使 飛行員意識到飛機所 處的危險狀態(tài)并立即采取糾正

17、措施，使飛機脫離不安全的接地 飛行狀態(tài)。 2 2、GPWS的基本工作原理的基本工作原理 2021-7-4 47 第一種方式是過大的下降率警告方式。第一種方式是過大的下降率警告方式。飛機的離地高度較低時，如 果飛機的 下降率超出了安全飛行的極限。 第二種方式是過大的接近率警告方式。第二種方式是過大的接近率警告方式。由于地形的上升，即使飛機 的飛行姿態(tài)沒有改變，也可能導(dǎo)致飛機與上升的地面之間的接近率過大 。 第三種方式是掉高度過大警告方式。第三種方式是掉高度過大警告方式。飛機不在著陸形態(tài)，或飛機在 爬高期間（起飛或復(fù)飛）過大地掉高度。 第四種方式是飛機離地凈高太小警告方式。第四種方式是飛機離地凈高

18、太小警告方式。當(dāng)飛機不在著陸形態(tài) （起落架收上和或襟翼小于或等于15單位）時飛機離地凈高太小時發(fā) 出警告 。 第五種方式是低于下滑道過大警告方式。第五種方式是低于下滑道過大警告方式。飛機在進(jìn)近過程中起落架 放下后，如低于下滑道過大則系統(tǒng)發(fā)出警告 。 第六種方式為高度報告方式第六種方式為高度報告方式 。（如：。（如：DH）當(dāng)飛機在下降過程中通 過某些規(guī)定的高度時 第七種方式是風(fēng)切變警告方式。第七種方式是風(fēng)切變警告方式。 2021-7-4 48 2021-7-4 49 l近地警告控制板 lGPWC lEADI l揚聲器、耳機 l警告燈/抑制電門 l起落架手柄電門 l襟翼位置電門 2021-7-4

19、50 2021-7-4 51 2021-7-4 52 2、近地警告計算機 GPWC根據(jù)所設(shè)定的 各種近地警告方式的極 限值，監(jiān)測飛機的飛行 參數(shù)和地形凈空狀況參 數(shù)，將這些參數(shù)與所建 立的極限值比較，以在 飛機進(jìn)入其中一種近地 警告方式時，發(fā)出相應(yīng) 的警告或警戒信息。計 算機還可將系統(tǒng)故障資 料貯存在非易失性內(nèi)存 中，并可通過前面板上 的顯示窗顯示 。 2021-7-4 53 lBITE Built-In Test Equipment GPWC BITE 功能 用于對計算機內(nèi)部功能檢查，記錄最后十次飛行 航程中的故障信息。 測試 v連續(xù)測試(連續(xù)測試CPU工作、輸入數(shù)據(jù)、IRS、 ILS等的有

20、效性） v周期性測試（測試占用時間長，分段測試） v事件觸發(fā)測試（特殊事件后測試） 1)故障記錄 將在每個飛行航段所出現(xiàn)的系統(tǒng)故障貯存在非 易失性內(nèi)存中，每個飛行航段最多可記錄24個故障。 2021-7-4 54 3、EADI 紅色風(fēng)切變信息顯示 WINDSHEAR 4、警告燈 用于提供近地警告系統(tǒng)的目視指示。 方式1、2、3、4、紅色pull up燈亮 方式5 琥珀色bellow g/s燈亮 2021-7-4 55 飛行參數(shù)輸入 離散信號 模擬信號 數(shù)字信號 信號輸出 目視信號 燈、EADI 音響信息 不工作提醒燈 三、GPWS系統(tǒng)工作方式 （1） 飛機的速度； （2） 飛機的無線電高度；

21、（3） 飛機的氣壓高度； （4） 飛機的升降速度； （5） 飛機相對于下滑道的偏離量 （6） 飛機的航向； （7） 飛機的經(jīng)緯度； （8） 飛機的俯仰與傾斜角及俯仰變化 率； （9） 飛機的加速度數(shù)據(jù)； （10） 飛機的襟翼位置； （11） 飛機的起落架位置； （12） 空地狀態(tài)等。 2021-7-4 56 6.7.3GPWS系統(tǒng)工作方式 2021-7-4 57 6.7.3GPWS系統(tǒng)工作方式 2021-7-4 58 方式方式1 1一過大的下降率一過大的下降率 用于提醒機組注意過大的下降率。 它有兩個警告區(qū)域。此方式與襟翼或起落架的位置無關(guān)。 當(dāng)飛機開始進(jìn)入第一界區(qū)時，拉起燈（PULL UP）

22、亮，并給出重復(fù)的音響 警告“下降率”（“SINK RATE”）；當(dāng)繼續(xù)進(jìn)入第二界區(qū)時，音響警告 變?yōu)橹貜?fù)的“喂，喂，拉起”（“WHOOP WHOOP PULL UP”） 方式1可以在無線電高度表2450英尺至10英尺之間的一定情況下發(fā)出警 戒或警告，告示形式取決于無線電高度和下降速率。首先發(fā)出提醒告示， 如果下降速率不減少，則變?yōu)榫妗?2021-7-4 59 方式2過大的地形接近率 方式2監(jiān)測飛機的地形接近率是否超出安全門限。近地警告計算機監(jiān)測所輸 入的空速、無線電高度和無線電高度變化率，以及氣壓高度變化率和飛機 形態(tài)（起落架、襟翼位置），做出相應(yīng)的判斷。 按照飛機形態(tài)，方式2又可分為2A和

23、2B兩種子方式。在飛機襟翼收上（小 于15單位）的情況下為方式2A；在飛機襟翼放下（大于15單位）的情況下 為方式2B 方式方式2A2A 當(dāng)襟翼不在著陸形態(tài)而地形貼近速率太大時發(fā)生方式2A具有兩個 警戒等級，是提醒狀態(tài)或警告狀態(tài)。 當(dāng)開始進(jìn)入地形接近率過大警告的第一界區(qū)時，會有兩次“地形” （“TERRAIN TERRAIN”）音響提醒。此時近地警告燈亮。而后進(jìn)入 第二界區(qū)時是重復(fù)的“喂，喂，拉起來”（“WHOOP WHOOP PULL UP”）音響警告，伴隨以紅色的拉起燈（或主顯示器PFD上的紅色 PULL UP字符） 。在飛機的接近率降低或飛行員拉起飛機后，系統(tǒng)的 警告離開“PULL UP

24、”區(qū)域回到“TERRAIN”區(qū)，此時會再次聽到重復(fù) 的“TERRAIN”音響提醒信息在 脫離“PULL UP”警告區(qū)域，飛機的慣 性高度增加300 英尺或放下起落架的情況下，警告才會消失。 2021-7-4 60 2021-7-4 61 2021-7-4 62 它的條件是襟翼放下（大于15單位）或飛機處于ILS進(jìn)近階段。其 警告區(qū)間的高度上限為789 ft，高度下限取決于飛機的升降速率， 為200 ft600 ft。 2021-7-4 63 方式方式2A2A 發(fā)生于空速小于220海里/時且無線電高度在1650-30英 尺之間時，當(dāng)空速為220-310海里/時時無線電高度頂限增加到2450 英尺

25、 方式方式2B2B 可以發(fā)生于無線電高度在789-30英尺之間時，而其低 限為30-600英尺之間變化。GPWC利用襟翼位置和高度下降速率去計 算低限。 2021-7-4 64 方式方式3 起飛或復(fù)飛后掉高度 方式3警告有二種子方式：方式3A和3B。 2021-7-4 65 2021-7-4 66 方式3和方式4的轉(zhuǎn)換在同一時刻，方式3和4只有一種可以預(yù)位。 方式方式4 4 不安全地形間隔不安全地形間隔 方式4是在襟翼或起落架不在著陸形態(tài)時飛機過份貼近地形（地 面之間的間隔高度不足）而發(fā)出警戒。方式4具有兩種子方式，即 4A和4B。兩種方式的轉(zhuǎn)換界限取決于空速空速和無線電高度無線電高度 。 方

26、式方式4A4A是在起落架沒有放下時發(fā)出警戒的。方式4A在低空速時發(fā)出 語音信息為太低、起落架（TOO LOW GEAR），或在高空速時發(fā)出語 音信息太低、地形（TOO LOW TERRAIN）。 當(dāng)起落架已放下但襟翼沒有放到著陸形態(tài)時GPWC給出4B方式警戒， 方式方式4B4B在低空速時發(fā)出語音信息太低、地形（TOO LOW FLAPS）， 或在高空速時發(fā)出語音信息太低、地形（TOO LOW TERRAIN）。 2021-7-4 67 2021-7-4 68 方式4A警戒發(fā)生于起落架未放下但飛機已低于高度限值。當(dāng)空速低于190海里 /時，方式4A的高度限值為500英尺，當(dāng)較高空速時，高度限值為

27、1000英尺，方式 4A的語音信息為太低、起落架（TOO LOW GEAR），當(dāng)空速大于190海里/時，則語 音信息變?yōu)樘?、地形（TOO LOW TERRAIN）。 方式4B警戒發(fā)生于起落架已放下，但襟翼不在著陸形態(tài)，且飛機低于高度限值 。方式4B的高度限值在空速低于159（海里/時）時，為245英尺，在較高空速時 為1000英尺，方式4B的語音信息為太低、襟翼（TOO LOW TLAPS），當(dāng)空速大于 159（海里/時）時，語音信息變?yōu)樘?、地形（TOO LOW TERRAIN） 2021-7-4 69 方式方式5 5 低于下滑道低于下滑道 當(dāng)進(jìn)近中起落架已放下飛機低于下滑道時，發(fā)出方式5警戒。 對方式5警戒，GPWC發(fā)出語音信息下滑道（GLIDE SLOPE）并且 低于下滑道燈亮。當(dāng)飛機與地形貼靠更近時，語音信息的音量 更強，且信息重復(fù)發(fā)出更頻繁， 2021-7-4 70 2021-7-4 71 方式方式6 高度報告高度報告 1、方式6用于在飛機下降過程中通過規(guī)定的高度時給出高度呼叫， 通知機組。 GPWS和方式6只有音響信號音響信號報出飛機通過的高度，GPWS不產(chǎn)生視不產(chǎn)生視 覺信號覺信號。 2、當(dāng)飛機到達(dá)所選定的決斷高度時，方式6給出的語音信號是 “MINIMUS”（最低）。 3當(dāng)飛機的傾斜角大于35時，方式6給出的語音警告是“BANK ANGLE”（傾斜角）。此后