B737NG飞机TCAS系统分析与仿真

王闯 张凯

摘要：本文分析了B737NG飞机TCAS系统工作原理，显示逻辑和常见故障现象，实现了B737 NGND（Navigation Display）显示器TCAS系统仿真页面。根据737678系列飞机AMM手册导航与和FIM手册以及其他的资料，介绍TCAS的系统组成，及系统工作原理，全面分析了TCAS系统的故障逻辑，在TCAS计算机前面板上通过控制灯亮灯灭的仿真，表示相应的故障的仿真。TCAS自检时，导航显示器ND显示的逻辑现象，最终以仿真的形式呈现。基于OpenGL绘图工具，通过矩形和圆，以及多边形的绘制原理，AC3D模型制作软件。运用C++程序的逻辑语句，并结合VS的仿真输出。运用仿真软件实现TCAS计算机前面板的功能与TCAS状态下ND显示器的顯示内容。

关键词：ND;TCAS系统;计算机面板;测试;仿真

第1章 绪论

1.1论文的背景

随着国民经济生活水平的提高，快速发展的航空业已成为人们不可或缺的选择，航空运输也以惊人的速度在发展。对航空的研究必然也加大投入，随着研发费用的增加，周期的延长，已满足不了快速发展的需求。而仿真应运而生，通过较低的成本去研究较高收益的项目。不仅节省大量的人力物力，还大大降低我们犯错的成本。而且，仿真不仅可以运用在航空领域，在其他高成本领域的投入同样可以得到事半功倍的效果。对民航飞机制造商而言，为了缩短研发周期，降低研发费用，既而获得较高的经济效益，飞机系统的改进和新型系统的研制的过程中都需要先进的仿真技术来支持，对现有飞机的改进和未来飞机的研制发展具有重大意义[1]。对航空公司而言，针对民航机务维护工程与管理，模拟飞机真实系统运行过程和场景，实现航空维护工程技术和管理的模拟再现和对机务维护人员、飞行员的训练，降低公司运营成本，都有着显著作用。而在国内外的航空院校，也都有用于培训和教学的模拟机以达到一个近乎真实的模拟仿真环境，进行仿真实验，大大提高学生参与维护过程的直观性和逼真性，加强学生对机务维护工作内涵和特点的认识与理解[2]。仿真已然成为航空领域复杂系统分析、研究、设计、评价、决策和训练过程中不可缺少的重要手段，其应用范围在不断扩大，应用效益也日益显著。

第2章 B737飞机TCAS系统

2.1 TCAS系统组成

BN737NG飞机的TCAS系统主要由TCAS方位性天线，TCAS计算机，应答机/避撞控制板。TCAS和其他系统部件之间的接口为：ATC应答机（2个），起落架手柄，接近电门电子组件，显示系统，远程显示电子组件2个，远距电子组件，无线电高度表（2个），近地警告计算机，气象雷达，大气数据惯性基准组件，抑制同轴，飞行数据获取组件。

TCAS计算机与下面部件相连接的时候会有两中不同信号，分别是离散信号和模拟信号：顶部和底部TCAS方向性天线、起落架手柄电门、接近电门电子组件、近地警告系统计算机（GPWC）、气象雷达、DME/ATC/TCAS抑制同心三通、显示电子组件（DEU）1号和2号。

2.2 TCAS系统工作原理

2.2.1 TCAS系统工作原理

TCAS向邻近一架或多架飞机发送询问信号。在这些飞机中，装有空中交通管制雷达信标系统（ATCRBS）的飞机或者一种空中交通管制S模式应答机的飞机会对此询问做出回应，TCAS的计算机通过分析这些应答信号中的信息，得出它们之间的距离，相对方位和应答飞机的高度。如果给出询问信号回应的飞机不报告高度，TCAS的系统就不能及时的了解到这架飞机的高度。而且，这种不报告高度的飞机，会被当作目标追踪。

2.2.2 TCAS系统工作方式

交通警戒防撞系统在飞行过程中，通过向其他飞机发出询问信号，来计算出其他飞机的高度、距离等信息。然后，将这些信息传送至TCAS计算机，经计算，判断出给出应答信号的飞机，是否有可能与本机发生碰撞的危险，飞机的方位信息由方向性天线所确定，飞机的距离是发出的询问信号与接收的应答信号时间差计算得出。这些信息会以图形的形式的方式分别显示在ND显示器上，也会以声音的形式警告飞行人员。

第3章 TCAS系统显示仿真实现

3.1 TCAS计算机面板显示仿真实现

TCAS计算机的面板仿真，基于逻辑上实现的，而TCAS计算机面板则靠AC3D实现的，找出面板的图形，在AC3D上将所有的灯设置成动态，即可以控制其亮与灭的状态。用C++编写程序实现逻辑。当按下TEST测试开关，所有的灯点亮一秒钟，然后熄灭，当检测通过时，PASS灯亮，然后熄灭。此情况属于正常情况。

3.2 TCAS系统ND显示仿真实现

3.2.1 ND指示仿真实现

在TCAS系统下，ND也有相关的显示逻辑，在操作测试时，当按下EFIS控制板上的TFC开关，显示器左下方会显示TFC字母，表示该情况下，系统处于TCAS的工作模式，该功能的实现是基于OpengL的输出功能与XML与AC3D的结合。

当ATC/TCAS控制板上的开关调至STBY时，屏幕的左下方会显示TRAFFIC OFF字样，实现功能的原理与TFC相同。

3.2.2 TCAS自检在ND上指示仿真实现

当自检成功时，即TCAS计算机面板PASS灯亮时，会显示如下现象，在ND 显示器上一点钟方向会显示红色实心菱形符号。在三点钟会出现红色矩形实心符号，在九点钟方向出现琥珀色实心圆形符号，在11点钟方向出现白色菱形符号，还有左右出现的字样，这些现象的显示说明TCAS系统自检通过。

第4章 结论

首先，分析了BN737飞机TCAS系统。其中，介绍了TCAS系统的工作原理，并根据两个系统的结构分析了系统的显示页面，在熟悉了显示界面的基础上，对系统页面的显示逻辑进行了分析，这是对系统页面的仿真设计和实现的基础。

其次，介绍了TCAS系统页面仿真设计方法。对时下普遍的飞行仿真原理进行了简述，包括纹理的概念和纹理映射的原理，仿真面板的坐标系统。基于OpenGL图形引擎原理的页面仿真设计方法，介绍了线和矩形的绘制及圆的绘制，以及相关的坐标系统，运用了库函数，和VC++，从而实现控制面板中的按钮开关对显示页面的操作。同时，需要在AC3D模型制作软件中设计出显示面板和控制面板。

最后，对TCAS系统页面的实现进行了描述，包括TCAS计算机面板与ND显示页面的主要指示以及其显示的实现。通过对手册的查询，整理相关的逻辑，运用相关的软件知识，分析器逻辑，编写对应的逻辑语言，从而实现正确的显示。最终，对相关的仿真做了实际操作，对应的现象也基本显示出来。对现象进行分析，如何操作，如何实现，进行了大致的分析。

（深圳航空有限责任公司 广东省深圳市 518128）