機載防撞系統(tǒng)(TCAS)分析及典型故障

“TCAS”是英文“TRAFFICALERTANDCOLLISIONAVOIDANCESYSTEM”的縮寫。中文通

常譯為“交通警戒及防撞系統(tǒng)”，或簡稱為“防撞系統(tǒng)”。

隨著現(xiàn)代飛機數(shù)量的日益增加，空域中飛機的密度增大，使飛機非安全接近的可

能性大大增加。為了避免飛機之間危險接近或碰撞的情況發(fā)生，現(xiàn)在的各型民用客機都安裝

了TCAS系統(tǒng)。

TCAS系統(tǒng)的功用是，向鄰近的飛機發(fā)出詢問信號，通過入侵飛機的機載應(yīng)答機系

統(tǒng)(ATC)對詢問信號的應(yīng)答，獲得入侵飛機的代碼、高度、航向和其他數(shù)據(jù)。TCAS計算

機通過數(shù)據(jù)分析，判斷出入侵飛機相對本機的威脅等級，如果存在潛在的威脅，TCAS系統(tǒng)

將向駕駛員發(fā)出咨詢提示，或發(fā)出垂直機動指示，指導(dǎo)駕駛員，避免與入侵飛機發(fā)生沖突。

如果不存在威脅，TCAS系統(tǒng)將顯示入侵飛機的相對位置和軌跡。

TCAS系統(tǒng)作為現(xiàn)代飛機的重要機載電子設(shè)備，具有探測范圍大，探測精度高，反

映速度快以及顯示清晰易辯讀等特點。它的突出表現(xiàn)和直越性能，越來越受到廣大K行人員

和地面交通管制人員的喜愛和依賴。是飛機安全飛行的重要幫手。但是與TCAS系統(tǒng)的卓越

表現(xiàn)相對應(yīng)的，是其復(fù)雜的系統(tǒng)交聯(lián)和內(nèi)部構(gòu)造，對系統(tǒng)維護和故障排除提出的更高要求。

TCAS系統(tǒng)對信號的靈敏度和精度有很高的要求，大量的數(shù)據(jù)計算是其提供高精度電子識別

的基礎(chǔ)，再加上機上復(fù)雜惡劣的電磁環(huán)境，造成了各型飛機上TCAS系統(tǒng)故障率相對較高的

情況。作為系統(tǒng)維護工程師，在對TCAS系統(tǒng)進(jìn)行維護過程中，應(yīng)該采取什么措施，避免這

種高故障率的發(fā)生呢？在故障發(fā)生后，應(yīng)如何采取排故方案，使故障在最短時間內(nèi)得到處理

呢？現(xiàn)在，讓我們以737-300型飛機為例，對TCAS系統(tǒng)的概況進(jìn)行闡述。

一、系統(tǒng)組成：

TCAS系統(tǒng)的主要由以下部件構(gòu)成:

1、TCAS處理器（或計算機）；是TCAS系統(tǒng)的核心部件，其主要功能是發(fā)出詢問信號、

接收入侵飛機的應(yīng)答信號、接收本機其他系統(tǒng)的數(shù)字和離散信號、基于本機數(shù)據(jù)和接收的數(shù)

據(jù)進(jìn)行計算、產(chǎn)生交通咨詢和決斷咨詢。

2、天線；裝有上下兩部天線，天線為四單元相控陣天線，使用四根同釉電纜與TCAS處理

器（或計算機）相連。用來發(fā)射TCAS處理器（或計算機）的詢問信號，和接收入侵飛機發(fā)

射產(chǎn)生的應(yīng)答信號并送到TCAS處理器（或計算機）。

3、TCAS/ATC控制盒；用于駕駛艙人機接口。主要有TCAS方式選擇和應(yīng)答機編碼選擇等

功能。

4、EFIS系統(tǒng)；用于顯示TCAS系統(tǒng)的目視信息。

5、音響警告系統(tǒng)；用于產(chǎn)生TCAS系統(tǒng)的音頻信息。

二、輸入信號及作用：

TCAS系統(tǒng)向飛行人員提供的是入侵飛機與本機位置的相對信息，在TCAS”算機

獲得入侵飛機的高度、距離、航向、方位等信息后，還帶要知道本機的具體位置、高度、航

向、高度變化率等信息，才能計算出入侵飛機的運動軌跡是否與本機的運動軌跡相沖突，進(jìn)

而確定發(fā)出何種警報類型。所以為了完成計算，TCAS計算機需要本機的其他系統(tǒng)提供許多

信息。下面具體說明：

1、IRS：提供航向、俯仰角、橫滾角和氣壓高度數(shù)據(jù)。用來確定本機的位置、高度和飛行

路徑。

2、RA：提供無線電高度信號。用來設(shè)定產(chǎn)生交通咨詢和決斷咨詢的靈敏度等級。

3、EFIS控制板：提供顯示控制。

4、TCAS/ATC控制板：用來設(shè)定TCAS計算機的丁作方式八

5、S模式應(yīng)答機：提供本機的24位識別碼。用來與入侵飛機之間建立防撞避讓程序，既

可產(chǎn)生與入侵飛機協(xié)調(diào)好的垂直機動程序。

6、最大空速數(shù)據(jù)；在決斷咨詢的計算中，用來進(jìn)行兩架飛機能夠相撞的最大速率預(yù)測。

7、空地邏輯信號；告訴TCAS計算機，飛機是在空中還是地面。在地面時，TCAS系統(tǒng)將

不產(chǎn)生詢問或應(yīng)答信號；在空中時，將抑制TCAS系統(tǒng)自測試。

8、起落架手柄信號；提供起落架手柄放下信號。當(dāng)手柄在放下位時，TCAS下天線將工作

在全向方式。

9、如果風(fēng)切變或近地警告信號發(fā)生時，TCAS計算機將被設(shè)定在交通咨詢方式，并且所有

音響警告均被抑制。

10、一條抑制線將TCAS計算機、兩部S模式應(yīng)答機和兩部測距機連接在一起。這是因為

這五套設(shè)備都是工作在L波段的無線電設(shè)備，為了避免在工作時相互之間產(chǎn)生干擾，使用

一條抑制線將它們彼此相連。這樣當(dāng)一臺設(shè)備工作時，另外四臺設(shè)備既不發(fā)射也不接收，從

而避免了相互干擾以及設(shè)備的損壞。

三、TCAS系統(tǒng)的工作原理：

TCAS系統(tǒng)要正常工作，需要S模式應(yīng)答機的配合，因此，裝備TCAS系統(tǒng)的飛機,

必定裝備了S模式應(yīng)答機“裝備了TCAS的飛機，可以對裝備有S模式應(yīng)答機的飛機或A、

C模式應(yīng)答機的飛機作出TA（交通咨詢）或RA（決斷咨詢）響應(yīng)。TCAS計算機內(nèi)部同時

具有S模式譯碼器和A、C模式譯碼器。因此，TCAS計算機可以對裝備有以上幾種模式

應(yīng)答機的飛機的應(yīng)答信號作出判斷。

具體工作過程如下:

首先，TCAS系統(tǒng)會自動監(jiān)聽本機附近空域中裝備有S模式應(yīng)答機的飛機的發(fā)射

信號。不論是否收到詢問信號，S模式應(yīng)答機都會每隔一秒，向外發(fā)射S模式編碼信號，

該信號包括本機的24位地址碼等信息。當(dāng)TCAS系統(tǒng)收到S模式編碼信號后，將該機的24

位地址碼加入到詢問列表中，稍后TCAS會逐個地詢問列表中的飛機。此外TCAS還使用耳

語-大喊方案，對周圍空域中沒有裝備S模式應(yīng)答機的飛機進(jìn)行詢問，TCAS會主動詢問周

圍空域中裝有A或C模式應(yīng)答機的入侵飛機，因為A、C模式應(yīng)答機必須在收到詢問信號

后才能進(jìn)行應(yīng)答，并且它們的應(yīng)答信號中沒有24位地址碼，只有飛機編碼或飛行高度等信

息。對于S模式信息和A、C模式信息，TCAS計算機會使用與各模式相應(yīng)的譯碼器進(jìn)行

譯碼，獲得計算所需的入侵飛機高度、高度變化率等信息。通過測量詢問信號發(fā)出到接收到

應(yīng)答信號的時間間隔，計算出入侵飛機的距離。通過方向性天線的定向性，獲得入侵飛機的

方位信息。這樣就獲得了L算入侵飛機飛行軌跡的全部所需信息,為進(jìn)一步的計算做好準(zhǔn)備。

其次，本機的其他機栽系統(tǒng)會連續(xù)地向TCAS計算機提供本機的飛行參數(shù)，如位

置、俯仰角、橫滾角、飛行高度、最大空速等信息。TCAS計算機在對入侵飛機的參數(shù)和本

機的參數(shù)進(jìn)行綜合計算后，得到本機與入侵飛機的相對高度和速度。進(jìn)?步通過計算判斷出

本機與入侵飛機的飛行軌跡是否具有相互沖突的可能。根據(jù)入侵飛機對本機的威脅狀況，將

入侵匕機分別歸類為無威協(xié)等級組、接近威脅等級組、TA（交通咨詢）威脅等級組和RA

（決斷咨詢）威脅等級組，四個威脅級別組。TCAS的最大監(jiān)視能力為30架飛機。

最后，TCAS向駕駛員適時地發(fā)出H視警告和音響警告。四個威脅等級組內(nèi)的飛

機是以不同符號顯示在EHSI上的，無威脅等級組是以白色空心菱形表示；接近威脅等級組

是以白色實心菱形表示：TA（交通咨詢）威脅等級組是以黃色實心圓形表示：RA（決斷咨

詢）威脅等級組是以紅色方塊表示。只有當(dāng)出現(xiàn)TA（交通咨詢）威脅等級或RA（決斷咨詢）

威脅等級時，TCAS才會發(fā)出對應(yīng)的音響警告信息。TA和RA等級的判定是以TAU來決定

的。TAU表示入侵飛機到達(dá)與本機相遇點的時間。TAU不是固定不變的，根據(jù)飛機高度，TAU

在20秒至45秒之間變化。當(dāng)入侵飛機處于RA（決斷咨詢）威脅等級時，并且入侵飛機也

裝備有TCAS系統(tǒng)時，兩架飛機的TCAS系統(tǒng)在語音警告的同時，會在EADI或TA/VSI上發(fā)

出非常直觀的垂直避讓指令，該指令與入侵飛機的指令是協(xié)調(diào)好，互補的，按照指令操作可

以避免飛機相撞。

以上，就是TCAS系統(tǒng)的基本工作原理。在日常維護和排故過程中，了解工作原

理是開展一切工作的基礎(chǔ)，下面，我們將一些TCAS系統(tǒng)的多發(fā)故障進(jìn)行簡單的總結(jié)，希望

同行補充。

四、常見故障分析：

TCAS系統(tǒng)的故障在表現(xiàn)形式上,比較簡單，以737-300為例,只有在EHSI上顯

示“TCASFAIL”信息產(chǎn)生。但是通過我們前面的敘述，我們知道TCAS系統(tǒng)是十分復(fù)雜的,

交聯(lián)系統(tǒng)較多。而在裝備有ECAM或EICAS的機型上，TCAS系統(tǒng)的故障信息種類也并不多。

因此，這樣簡單的故障信息對排故所起的幫助作用是十分有限的。怎么在這些簡單的故障信

息里找到故障的根源呢？

通過維護手冊，我們可以知道到，造成出現(xiàn)“TCASFAIL”信息的主要原因有：

1、從應(yīng)答機、無線電高度表和EFIS顯示系統(tǒng)輸入的信號故障。

2、TCAS天線或天線饋線持續(xù)故障。

3、從S模式應(yīng)答機到TCAS計算機的ARINC429數(shù)據(jù)總線中數(shù)據(jù)失效或數(shù)據(jù)丟失。

4、TCAS計算機內(nèi)部故障或內(nèi)部電源故障。

5、從磁航向或無線電高度表來的錯誤數(shù)據(jù)。

6、圍繞TCAS和應(yīng)答機的射頻環(huán)路測試故障。

根據(jù)這些故障原因再結(jié)合工作中遇到的實際情況，我們總結(jié)了一些常見的故障源

來分析它們的特點。

1、TCAS計算機故障;

TCAS計算機是TCAS系統(tǒng)的核心，不僅要完成大量的計算任務(wù)，而且也要具備發(fā)

射機和接收機的功能，其精度要求較高。同時在飛機上由于空氣氣流、顛簸、高空輻射、電

磁干擾等客觀因素，決定了其工作環(huán)境的惡劣。在這些情況下，也使TCAS計算機的故障率

特別高。也是我們外場排故中，更換頻率最高的部件"根據(jù)多年的外場排故經(jīng)驗，我們發(fā)現(xiàn)

TCAS計算機的故障可分為真故障和假故障兩類。其中真故障分為硬件故障和軟件故障兩種。

硬件故障的判斷比較容易，在空中和地面都會發(fā)生，借助計算機內(nèi)部的自檢軟件可以明確測

試出計算機故障。而軟件故障具有其隱蔽性，表現(xiàn)形式為使用中時好使壞，并且在地面測試

時多數(shù)可以正常通過。這是因為一條軟件指令在它不執(zhí)行時，是不會造成系統(tǒng)故障的，只有

當(dāng)執(zhí)行該指令時，才會表現(xiàn)出故障現(xiàn)象來，而計算機內(nèi)部的自檢程序是不能完全檢測內(nèi)存中

的所有程序的。所以此類故障要通過對故障件進(jìn)行隔離才能判斷出來，一般采用對調(diào)TCAS

計算機的方法可以有效隔離此類故障。其次是假故障，大家都知道，由于飛行需要，TCAS

計算機是一個精度要求非常高的設(shè)備，任何頻率的偏差、數(shù)據(jù)的錯誤都可能使其發(fā)生故障。

特別是對S模式應(yīng)答信號的編碼及譯碼電路，使用的是DPSK和DDM調(diào)制方式，這兩種調(diào)

制方式是直接對載波相位進(jìn)行的調(diào)制，所以對震蕩頻率精度的要求非常高，如果TCAS計算

機的輸入電源品質(zhì)下降或電源出現(xiàn)相位偏差，都會影響計算機的調(diào)制精度。所以我們所說的

假故障，就是指由電源或其他無線電設(shè)備干擾而產(chǎn)生的故障。處理這類故障時，應(yīng)重點分析

故障發(fā)生的時間和頻度，找到共同特點，有針對性地排政。

2、應(yīng)答機故障：

TCAS系統(tǒng)的功能只有與應(yīng)答機系統(tǒng)緊密聯(lián)系，才能正常工作。兩套系統(tǒng)共用控制

盒也說明了這一點。由應(yīng)答機的故障也可以引起TCAS系統(tǒng)故障，通常機載應(yīng)答機裝有兩部,

這兩部功能完全相同，所以應(yīng)答機故障相對比較容易判別。排故重點是在故障發(fā)生后詢問機

組，TCAS故障時是否轉(zhuǎn)換過1、2部應(yīng)答機，轉(zhuǎn)換后故障是否存在；如機組沒有注意，也

可在地面在分別選擇1、2部應(yīng)答機的情況下進(jìn)行TCAS自測試和ATC自測試。一般都能

判斷出來。

3、無線電高度表故障；

無線電高度表故障對TCAS系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)在語音信號的抑制功能上，主要

在飛機起飛或進(jìn)近過程中發(fā)生作用，正常情況下在高于無線電高度表的工作范圍之后，對

TCAS系統(tǒng)的影響就沒有了，但如果在高空中發(fā)生不應(yīng)產(chǎn)生的音響警告，那么也應(yīng)考慮無線

電高度表故障的可能。如果在起飛、進(jìn)近階段音響警告系統(tǒng)發(fā)出本該抑制掉的音響警告信號，

那么要首先考慮無線電高度表故障的可能。

4、慣導(dǎo)故障；

第一部慣導(dǎo)向TCAS計算機提供本機的俯仰角、橫滾角、磁航向等信息。如果慣

導(dǎo)輸入信號故障，將使TCAS計算機失去本機的飛行基準(zhǔn)信號，無法計算出本機的飛行機跡,

就無法進(jìn)行正常的避撞探測，所以，TCAS會顯示“TCASFAIL”信息。如果在地面進(jìn)行測

試，TCAS計算機會顯示HPITCH、ROLLsHEAD等信息，這樣就可以確定為慣導(dǎo)故障，或

者通過本機對調(diào)慣導(dǎo)的方法進(jìn)行故障隔離。

5、天線及饋線故障；

包括TCAS系統(tǒng)的上下天線和應(yīng)答機系統(tǒng)的上下天線。天線故障在TCAS系統(tǒng)的故

障中是比較多見的。原因是，這兩套系統(tǒng)都是工作在L波段的設(shè)備，在電子設(shè)備中，頑率

越高，對天線及饋線的要求越高，天線的特性阻抗、饋線的輸入電阻以及屏蔽性能都有很高

的要求。因此，兩套系統(tǒng)的饋線長度、天線安裝工藝都有嚴(yán)格的要求。但在實際施工中，由

于饋線所留的余量很少，為了良好接觸，接頭選用螺紋結(jié)構(gòu)的連接，這都造成在天線安裝過

程中的困難。安裝的困難，就有可能造成對天線及饋線的部分損傷，隨著使用時間的延長，

損傷逐步獷大，就會造成系統(tǒng)出現(xiàn)故障。所以TCAS計算機和ATC應(yīng)答機的自檢程序中都包

括了天線系統(tǒng)的測試程序，可見天線系統(tǒng)對這兩套設(shè)備的重要性。

天線系統(tǒng)發(fā)生故障時，有時在地面很難通過自測試發(fā)現(xiàn)，這是因為，有些天線系

統(tǒng)的故障是與飛機結(jié)構(gòu)變形密切聯(lián)系的。在空中，由于受飛機增壓及溫度變化的影響，機體

結(jié)構(gòu)或蒙皮會產(chǎn)生輕微的變形，有些天線受這種變形的影響，其特性阻抗或饋線絕緣電阻值

發(fā)生輕微變化，這足以造成TCAS系統(tǒng)的故障。而在地面，由于造成上訴現(xiàn)象的外界因素不

存在，故障不再出現(xiàn)。對維護人員的判斷造成了影響。盡管如此，但有一些類型的天線故障

是可以發(fā)現(xiàn)的，如TCAS下天線有水或被水腐蝕，造成接觸不良或阻抗變化；饋線與天線之

間的接頭老化松動等；饋線固定卡不合適、過度彎折，造成阻抗變化等，這些都可以通過細(xì)

心的檢查或測量發(fā)現(xiàn)。減少這類故障的發(fā)生一定要從基本的維護工藝上嚴(yán)格要求，連接饋線

時，不能生拉硬拽、天線與機腹接觸面保持清潔、天線上的密封圈狀態(tài)良好、按工藝要求降

低接觸電阻、天線固定時均衡擰緊螺栓、固定螺栓力矩滿足手冊要求、均勻涂抹合適的封嚴(yán)

膠并且要有足夠的干燥時間等。

v有一個簡單的經(jīng)驗可以參考，當(dāng)TCAS系統(tǒng)天線發(fā)生故障時，TCAS系統(tǒng)會出現(xiàn)

故障指示，但ATC應(yīng)答機系統(tǒng)通常會工作正常，這可以通過與地面管制中心聯(lián)系，了解本

機發(fā)送到管制中心的數(shù)據(jù)是否正常來驗證。?般情況，ATC應(yīng)答機會正常工作；當(dāng)ATC系

統(tǒng)天線故障時，ATC系統(tǒng)和TCAS系統(tǒng)都會出現(xiàn)故障、TCAS/ATC控制盒上不論選擇那一部

ATC,琥珀色警告燈都會亮、并且地面管制中心很可能會看到該機的ATC應(yīng)答機數(shù)據(jù)不正常。

通過這個辦法，也可以有效區(qū)別是ATC系統(tǒng)故障還是TCAS系統(tǒng)故障。

6、線路故障；

線路故障在一些老齡飛機上出現(xiàn)的情況較多，并且線路故障造成的故障現(xiàn)象是多

種多樣的，所以只能通過對故障線路的認(rèn)真檢查才能發(fā)現(xiàn)。對于線路故障沒有統(tǒng)一的排故方

法可以借鑒，所以在這里我們舉一個實例來說明線路故障對TCAS系統(tǒng)的影響。我公司執(zhí)管

的一架737-300型飛機，一段時間連續(xù)反映空中出現(xiàn)“TCASFAIL”信息。但地面測試TCAS

系統(tǒng)和ATC應(yīng)答機系統(tǒng)均正常。并先后與其他飛機對調(diào)了TCAS計算機和ATC應(yīng)答機，但

故障依然存在。之后我們將排故的重點放到了線路上，果然，在檢查到TCAS計算機與ATC

應(yīng)答機之間連接的抑制線時，發(fā)現(xiàn)線路不通，分段檢查發(fā)現(xiàn)斷點出現(xiàn)在TCAS計算機與DME

測距機之間，重新對斷點進(jìn)行處理后，線路恢復(fù)連通，故障也得到了徹底排除。我們前面說

過，這條抑制線是連接TCAS計算機、ATC應(yīng)答機和DME測距機這五套設(shè)備的，其作用就

是當(dāng)其中一臺設(shè)備工作時，通過抑制線控制另外四臺設(shè)各暫時停止工作，避免相互之間的無

線電信號干擾。這條線路的中斷，造成TCAS計算機與另外四臺設(shè)備失去聯(lián)系，使TCAS與

另外四臺中的一臺同時工作，這就造成了互相干擾。TCAS計算機