航空电子系统电子教案1(无线电部分2)

1、2021-7-4 1 一、系统概述 二、系统部件组成与功能 三、系统工作原理 四、系统工作情况 学习要点： 1、系统工作方式与作用 2、气象雷达的显示 3、系统工作原理 2021-7-4 2 2021-7-4 3 机载气象雷达能够将飞机前方航路上的气象目标或其 它目标的存在及分布状况呈现在显示器上。气象雷达的这 一基本工作过程，可以看成是对目标的探测过程和确定目 标的距离与方位的过程。以下分别说明气象雷达探测目标、 确定目标距离、方位的基本原理。 2021-7-4 4 2021-7-4 5 1、气象目标；2、障碍物；3、地形识别 l工作频段 9333.3 MHZ，9333.8MHZ交替工作 解

2、决二次回波问题，在气象+湍流方式： 9333.3 MHZ脉冲用来探测湍流，9333.8MHZ脉 冲用来探测气象。 l导体能够有效的反射电磁波，水是一种导体。 l气象雷达能正确的显示出气象目标的回波强度 -降雨率的大小等级，现代雷达用不同颜色 来表示不同降雨率的气象目标。 2021-7-4 6 2021-7-4 7 天线波束扫掠 为了探测飞机航路前方及其 左右两侧的气象情况，气象雷达天线是在一定 范围内进行往复方位扫掠的。通过天线往复的 方位扫掠，雷达就可以探测这一方位范围内被 波束所依次照射到的目标，从而向飞行员提供 飞机前方扇形区域内目标的平面位置分布图形。 距离测定 雷达天线所辐射的电磁波

3、是以光 速在空中沿直线传播的。在气象雷达中，通过 度量所接收到的目标回波信号与发射脉冲之间 的时间间隔，就可以确定目标相对于飞机的距 离。设目标的距离为R，则信号往返于飞机与 该目标之间所需的时间为： t=2R/C 2021-7-4 8 l由于雷达天线所形成的辐射波束是宽度 很窄的圆锥形波束，因而可以认为当天 线指向某一方位时只有该方位的目标回 波才能被雷达所接收。 即，气象雷达是 通过测定雷达天线本身方位指向的方法 来确定目标方位的。 l要求： 雷达天线要有很好的方向性 2021-7-4 9 气象 探测危险气象目标 EFIS 控制板选择工作方式、接通WXR 开关 气象雷达控制板选择WX EH

4、SI上显示 工作方式、量程、天线俯仰信 息 气象+湍流 还可探测带有一定雨滴的湍流，距 离范围选择小于或等于40NM 地图 用于识别地形特征 一般和TILT旋钮配合使用，天线下俯。 2021-7-4 10 基本组件为雷达收发组、雷达天线、显示器、控制盒和波导 系统。此外，还需由IRU提供倾斜和俯仰稳定信号。 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、系统概述 二、系统部件组成 三、系统工作原理 四、控制与显示 五、声音提醒 六、整个系统工作概况、功能 2021-7-4 21 （一）机载防撞系统的基本概念（一）机载防撞系统的基本概念 随着空中 交通的迅速发展，一些中心机场终端区和其他繁 忙空域中的飞机密度不断增大，飞机之间的水平 间隔和垂直间隔也随之减小，飞机之间出现危险 接近的情况时有发生。机载防撞系统的基本设想， 是研制一种装备在飞机上的电子系统，设法监视 本架飞机周围空域中其它飞机的存在、位置以及 运动状况，以使飞行员在明了本机邻近空域交通 状况的情况下，主动地采取回避措施，防止与其 它飞机危险接近

6、。 2021-7-4 22 （二）（二）TCAS 的分类 1、TCAS的功用的功用确定入侵飞机的相对高度、方位和接近率， 将本机周围一定立体空域中的交通状况，显示在专用的TCAS显 示器、雷达显示器或其它显示器上，使飞行员能一目了然地掌 握本机邻近空域中的交通状况。在此基础上，TCAS能在必要 时向飞行员发出交通咨询（TATraffic Advisory），以提醒 飞行员注意存在潜在的危险接近的情况。 2、TCAS的功用的功用 提供本机邻近空域中的交通状况显示、发 出交通咨询TA的基础上，能够跟踪约30海里范围内的装备 TCAS的多架飞机，评估本机和相遇飞机发生危险接近的可能， 并且可在确实存

7、在潜在的危险接近时，提前向机组发出决断咨 询RA (Resolutionary Advisory)。是防撞系统解算出的回避危险 接近所应采取的回避措施。TCAS所能提供的回避措施为垂直 机动咨询：爬升(clime)或下降（decent）。 3 3、 TCAS TCAS 正在研制。它除了可产生垂直机动咨询外，还可 产生水平机动咨询。 2021-7-4 23 TCAS是以S模式应答机为基础而工作的。 装备TCAS，就必须装备S模式应答机。 1、ATC/TCAS控制板 2、TCAS 计算机 3、天线 两部 4、显示 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计算机的基本功用包括： 监视邻近空域中的飞机 获取所跟踪飞机的数据 进行威胁评估计算 产生交通咨询或决断咨询等 2021-7-4 28 TCAS利用其方向性天线实现与相遇飞机的询问-应答，并获 得目标的方位信息。 TCAS天线工作于L波段，每部天线均可用于发射和接收。 TCAS的发射信号频率为1030 MHz,接收频率为1090 MHz。 2021-7-4 29 （一）基本工作 TCAS是通过“收听-询问-应答”方式获取监视空域中其它飞机 的信息的。核心组件TCAS收发机/计算机必须具备以下功 能： （1）单独地对装备S

9、模式应答机的飞机进行一对一的询问与应答， 获得所报告的高度信息；单独地对装备A、C模式应答机进行 询问并接受其应答信号，分别地获得这类飞机所报告的高度 信息 （2）设法测量所监视的飞机的方位； （3）计算所监视的飞机的接近率，对这些飞机进行威胁评估计算； （4）存储所监视的飞机的高度、距离、方位等数据，以实现对这 些飞机的连续跟踪； （5） 对进入交通咨询范围或决断咨询范围的飞机，产生交通咨 询或决断咨询信息输往显示器； （6）产生相应的合成语音输出； （7）实现对TCAS收发机/计算机和系统其它组件以及接口信号的 监测、故障存储、状态通告等任务。 2021-7-4 30 （二）几个概念 TC

10、AS 空域 水平监视范围水平监视范围 为环绕本机的立体空 域 ;高度跟踪范围高度跟踪范围正常情况下为本机的上下2700英尺 。 TAU区域 TCAS计算机中所进行的监视与跟踪计算 的基础，是基于对入侵飞机接近率飞机接近率的连续监视 。是基 于一定的提前时间而发出交通咨询TA和决断咨询RA的。 这个提前时间，就是TCAS中的（“TAU”TAU”）。 TCAS TA 、 RA 目前所确定的TCAS的TA门限 为2048秒，RA为1530秒。从TCAS计算机发出交通 咨询TA到发出决断咨询RA的间隔时间为15秒左右。 1.灵敏度 指的大小 2-6级(低-高) 2021-7-4 31 （三）入侵机分类

11、 决断咨询 入侵机在RA TAU内 交通咨询 入侵机在TA TAU内 接近 入侵机在高度1200FT,距离6NM，低接近速率； 其它 入侵机在高度2700FT,距离在计算机能计算的距离内。 2021-7-4 32 （四）典型的TCAS 相遇 1. 没有高度报告的入侵机 l假设同一高度 lEHSI、EADI不显示RA l入侵机在TA TAU内， EHSI显示TA 有高度报告的入侵机 l计算本机与入侵机之间的距离和高度 l入侵机在其他、接近、TA 、RA显示在EHSI，并跟踪 l入侵机在RA TAU内， EADI显示RA操纵指示 装有TCAS的入侵机 l计算本机与入侵机之间的距离和高度、并确定主机

12、 l入侵机在其他、接近、TA 、RA显示在EHSI，并跟踪 l入侵机在RA TAU内，主机发出互补的两机垂直动作指令， 飞机监控主机的数据和指令是否合理，两机同时执行操纵 指令，相互配合防撞。 2021-7-4 33 2021-7-4 34 （一）EADI上的控制与显示 1、ATC/TCAS控制面板 TA/RA位EADI显示RA指示 2、EADI的TCAS显示 与RA有关的RA垂直操纵指令 （操纵指令符号并伴有声音） 2021-7-4 35 （二）EHSI上的控制与显示 1、ATC/TCAS控制面板 方式电门放在TA ONLY 、TA/RA位，否则显示TCAS OFF 2、EFIS控制板 l接

13、通TFC（绿色TFC显示在EHSI上） l工作方式选择：EXP VOR/ILS、EXP NAV、MAP、CTR MAP。 2021-7-4 36 3、EHSI上的TCAS显示 TCAS系统的工作情况显示 TCAS OFF 白色 ATC/TCAS 不在TA ONLY 、 TA/RA位；或未安装TCAS。 TCAS TEST 白色 表示EFIS自测试有效；飞机 在地面已按压TCAS或 ATC/TCAS 上的自测试按 钮，系统已开始测试。 TCAS FAIL 黄色 TCAS 计算机输出已故障信 号； 本侧EFIS控制板故障。 TA ONLY 绿色 1.TRAFFIC 红色表示首架入侵机为RA，黄色T

14、A 2021-7-4 37 2021-7-4 38 EHSI上TCAS的信息显示 无方位的TCAS的信息显示 l两个字母TA、RA表示入侵机种类 l带小数点的三位数代表入侵机的距离 l+-号表示入侵机相对本机的高度情况，+入侵机在本机 的上方，-入侵机在本机的下方 l 表示入侵机正以=500FT/M的速率爬升或下降 l同一时间内只允许显示两架无方位入侵机信息 方位的TCAS的信息显示 TA交通咨询（黄色实心圆）RA决断咨询（红色实心方 块 ） 其他交通（白色空心菱形框 ）接近（白色实心菱形 块 ） OFFSCALE（画面外）显示 2021-7-4 39 2021-7-4 40 2021-7-4

15、 41 在TA、RA、TEST时有同步声音信息 2021-7-4 42 2021-7-4 43 TCASTCAS计算机与其它导航系统的信号交连计算机与其它导航系统的信号交连 lL波段设备的互抑制 l来自近地警告系统的抑制信号 （近地警告系统的产生的“低于下滑 道”、“拉起”和“风切变”警告信息的优先权高于TCAS的咨询信 息，所以，在近地警告系统发出上述三种警告信号时，会抑制TCAS 输出交通咨询和解脱咨询。） l无线电高度信息输入 l航向信息输入 l大气数据计算机信息输入 TCASTCAS计算机与计算机与EFISEFIS之间的信号交连之间的信号交连 lEFIS控制合对TCAS显示的控制 lT

16、CAS与EFIS显示器之间的信号交 连 TCASTCAS计算机与计算机与S S模式应答机之间的信号交连模式应答机之间的信号交连 lTCAS计算机通过ARINC数据总线与S模式应答机之间实现数据交换。 lTCAS计算机与控制盒的信号交连 2021-7-4 44 2021-7-4 45 一、概述 二、系统组成及部件功能 三、工作方式 四、工作原理及GPWS的包络调制 2021-7-4 46 1、功用、功用 近地警告系统（GPWS）是一种保障飞行安全的重要电子设 备。它的功用是当飞机处于不安全的接地飞行状态，或飞机进 入风切变区域时向机组发出警告，以使 飞行员意识到飞机所 处的危险状态并立即采取纠正

17、措施，使飞机脱离不安全的接地 飞行状态。 2 2、GPWS的基本工作原理的基本工作原理 2021-7-4 47 第一种方式是过大的下降率警告方式。第一种方式是过大的下降率警告方式。飞机的离地高度较低时，如 果飞机的 下降率超出了安全飞行的极限。 第二种方式是过大的接近率警告方式。第二种方式是过大的接近率警告方式。由于地形的上升，即使飞机 的飞行姿态没有改变，也可能导致飞机与上升的地面之间的接近率过大 。 第三种方式是掉高度过大警告方式。第三种方式是掉高度过大警告方式。飞机不在着陆形态，或飞机在 爬高期间（起飞或复飞）过大地掉高度。 第四种方式是飞机离地净高太小警告方式。第四种方式是飞机离地净高

18、太小警告方式。当飞机不在着陆形态 （起落架收上和或襟翼小于或等于15单位）时飞机离地净高太小时发 出警告 。 第五种方式是低于下滑道过大警告方式。第五种方式是低于下滑道过大警告方式。飞机在进近过程中起落架 放下后，如低于下滑道过大则系统发出警告 。 第六种方式为高度报告方式第六种方式为高度报告方式 。（如：。（如：DH）当飞机在下降过程中通 过某些规定的高度时 第七种方式是风切变警告方式。第七种方式是风切变警告方式。 2021-7-4 48 2021-7-4 49 l近地警告控制板 lGPWC lEADI l扬声器、耳机 l警告灯/抑制电门 l起落架手柄电门 l襟翼位置电门 2021-7-4

19、50 2021-7-4 51 2021-7-4 52 2、近地警告计算机 GPWC根据所设定的 各种近地警告方式的极 限值，监测飞机的飞行 参数和地形净空状况参 数，将这些参数与所建 立的极限值比较，以在 飞机进入其中一种近地 警告方式时，发出相应 的警告或警戒信息。计 算机还可将系统故障资 料贮存在非易失性内存 中，并可通过前面板上 的显示窗显示 。 2021-7-4 53 lBITE Built-In Test Equipment GPWC BITE 功能 用于对计算机内部功能检查，记录最后十次飞行 航程中的故障信息。 测试 v连续测试(连续测试CPU工作、输入数据、IRS、 ILS等的有

20、效性） v周期性测试（测试占用时间长，分段测试） v事件触发测试（特殊事件后测试） 1)故障记录 将在每个飞行航段所出现的系统故障贮存在非 易失性内存中，每个飞行航段最多可记录24个故障。 2021-7-4 54 3、EADI 红色风切变信息显示 WINDSHEAR 4、警告灯 用于提供近地警告系统的目视指示。 方式1、2、3、4、红色pull up灯亮 方式5 琥珀色bellow g/s灯亮 2021-7-4 55 飞行参数输入 离散信号 模拟信号 数字信号 信号输出 目视信号 灯、EADI 音响信息 不工作提醒灯 三、GPWS系统工作方式 （1） 飞机的速度； （2） 飞机的无线电高度；

21、（3） 飞机的气压高度； （4） 飞机的升降速度； （5） 飞机相对于下滑道的偏离量 （6） 飞机的航向； （7） 飞机的经纬度； （8） 飞机的俯仰与倾斜角及俯仰变化 率； （9） 飞机的加速度数据； （10） 飞机的襟翼位置； （11） 飞机的起落架位置； （12） 空地状态等。 2021-7-4 56 6.7.3GPWS系统工作方式 2021-7-4 57 6.7.3GPWS系统工作方式 2021-7-4 58 方式方式1 1一过大的下降率一过大的下降率 用于提醒机组注意过大的下降率。 它有两个警告区域。此方式与襟翼或起落架的位置无关。 当飞机开始进入第一界区时，拉起灯（PULL UP）

22、亮，并给出重复的音响 警告“下降率”（“SINK RATE”）；当继续进入第二界区时，音响警告 变为重复的“喂，喂，拉起”（“WHOOP WHOOP PULL UP”） 方式1可以在无线电高度表2450英尺至10英尺之间的一定情况下发出警 戒或警告，告示形式取决于无线电高度和下降速率。首先发出提醒告示， 如果下降速率不减少，则变为警告。 2021-7-4 59 方式2过大的地形接近率 方式2监测飞机的地形接近率是否超出安全门限。近地警告计算机监测所输 入的空速、无线电高度和无线电高度变化率，以及气压高度变化率和飞机 形态（起落架、襟翼位置），做出相应的判断。 按照飞机形态，方式2又可分为2A和

23、2B两种子方式。在飞机襟翼收上（小 于15单位）的情况下为方式2A；在飞机襟翼放下（大于15单位）的情况下 为方式2B 方式方式2A2A 当襟翼不在着陆形态而地形贴近速率太大时发生方式2A具有两个 警戒等级，是提醒状态或警告状态。 当开始进入地形接近率过大警告的第一界区时，会有两次“地形” （“TERRAIN TERRAIN”）音响提醒。此时近地警告灯亮。而后进入 第二界区时是重复的“喂，喂，拉起来”（“WHOOP WHOOP PULL UP”）音响警告，伴随以红色的拉起灯（或主显示器PFD上的红色 PULL UP字符） 。在飞机的接近率降低或飞行员拉起飞机后，系统的 警告离开“PULL UP

24、”区域回到“TERRAIN”区，此时会再次听到重复 的“TERRAIN”音响提醒信息在 脱离“PULL UP”警告区域，飞机的惯 性高度增加300 英尺或放下起落架的情况下，警告才会消失。 2021-7-4 60 2021-7-4 61 2021-7-4 62 它的条件是襟翼放下（大于15单位）或飞机处于ILS进近阶段。其 警告区间的高度上限为789 ft，高度下限取决于飞机的升降速率， 为200 ft600 ft。 2021-7-4 63 方式方式2A2A 发生于空速小于220海里/时且无线电高度在1650-30英 尺之间时，当空速为220-310海里/时时无线电高度顶限增加到2450 英尺

25、 方式方式2B2B 可以发生于无线电高度在789-30英尺之间时，而其低 限为30-600英尺之间变化。GPWC利用襟翼位置和高度下降速率去计 算低限。 2021-7-4 64 方式方式3 起飞或复飞后掉高度 方式3警告有二种子方式：方式3A和3B。 2021-7-4 65 2021-7-4 66 方式3和方式4的转换在同一时刻，方式3和4只有一种可以预位。 方式方式4 4 不安全地形间隔不安全地形间隔 方式4是在襟翼或起落架不在着陆形态时飞机过份贴近地形（地 面之间的间隔高度不足）而发出警戒。方式4具有两种子方式，即 4A和4B。两种方式的转换界限取决于空速空速和无线电高度无线电高度 。 方

26、式方式4A4A是在起落架没有放下时发出警戒的。方式4A在低空速时发出 语音信息为太低、起落架（TOO LOW GEAR），或在高空速时发出语 音信息太低、地形（TOO LOW TERRAIN）。 当起落架已放下但襟翼没有放到着陆形态时GPWC给出4B方式警戒， 方式方式4B4B在低空速时发出语音信息太低、地形（TOO LOW FLAPS）， 或在高空速时发出语音信息太低、地形（TOO LOW TERRAIN）。 2021-7-4 67 2021-7-4 68 方式4A警戒发生于起落架未放下但飞机已低于高度限值。当空速低于190海里 /时，方式4A的高度限值为500英尺，当较高空速时，高度限值为

27、1000英尺，方式 4A的语音信息为太低、起落架（TOO LOW GEAR），当空速大于190海里/时，则语 音信息变为太低、地形（TOO LOW TERRAIN）。 方式4B警戒发生于起落架已放下，但襟翼不在着陆形态，且飞机低于高度限值 。方式4B的高度限值在空速低于159（海里/时）时，为245英尺，在较高空速时 为1000英尺，方式4B的语音信息为太低、襟翼（TOO LOW TLAPS），当空速大于 159（海里/时）时，语音信息变为太低、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 当进近中起落架已放下飞机低于下滑道时，发出方式5警戒。 对方式5警戒，GPWC发出语音信息下滑道（GLIDE SLOPE）并且 低于下滑道灯亮。当飞机与地形贴靠更近时，语音信息的音量 更强，且信息重复发出更频繁， 2021-7-4 70 2021-7-4 71 方式方式6 高度报告高度报告 1、方式6用于在飞机下降过程中通过规定的高度时给出高度呼叫， 通知机组。 GPWS和方式6只有音响信号音响信号报出飞机通过的高度，GPWS不产生视不产生视 觉信号觉信号。 2、当飞机到达所选定的决断高度时，方式6给出的语音信号是 “MINIMUS”（最低）。 3当飞机的倾斜角大于35时，方式6给出的语音警告是“BANK ANGLE”（倾斜角）。此后