交通衝突回避システム

交通警報衝突回避システム（TCAS 、発音：/ ˈ t iː k æ s / TEE -kas ）は、空中衝突回避システム（ACAS）[ ^1]としても知られ、航空機間の空中衝突（MAC）の発生を減らすために設計された航空機衝突回避システムです。航空交通管制とは独立して、対応するアクティブトランスポンダを搭載した他の航空機について航空機の周囲の空域を監視し、MACの脅威となる可能性のある他のトランスポンダ搭載航空機の存在をパイロットに警告します。これは、最大離陸質量（MTOM）が5,700 kg（12,600 lb）を超えるか19人以上の乗客を運ぶことが許可されているすべての航空機に装備することが国際民間航空機関によって義務付けられている空中衝突回避システムの一種です。 CFR 14、Ch I、パート 135 では、乗客が 10 ～ 30 人の航空機には TCAS I を、乗客が 30 人を超える航空機には TCAS II を搭載することが義務付けられています。ACAS/TCAS は二次監視レーダー(SSR)トランスポンダー信号に基づいていますが、地上の機器とは独立して動作し、衝突の可能性がある航空機についてパイロットにアドバイスを提供します。

現代のグラスコックピット航空機では、TCAS ディスプレイはナビゲーション ディスプレイ (ND) または電子水平状況指示器(EHSI) に統合されている場合があります。

古いグラスコックピットの航空機や機械式計器を備えた航空機では、航空機の降下速度または上昇速度のみを表示する機械式 IVSI の代わりに、瞬間垂直速度計(IVSI) を含む統合型 TCAS ディスプレイが使用されることがあります。

衝突回避システムの研究は少なくとも1950年代から行われており、航空業界は1955年から米国航空運送協会（ATA ）と協力して衝突回避システムの開発に取り組んできました。ICAOや連邦航空局（FAA）などの航空当局は、1956年のグランドキャニオン空中衝突をきっかけに行動を起こしました。^[2]

ATCRBS航空機トランスポンダーは利用可能であったが、その信号を衝突回避システムの協調要素として使用する研究が始まったのは 1970 年代半ばになってからであった。この技術的アプローチにより、地上システムとは別に、操縦室で独立した衝突回避機能を実現できた。1981 年、FAA は交通警報および衝突回避システム (TCAS) の実装を決定した。これは、ビーコンベースの衝突回避システムと、モード S 航空機トランスポンダー メッセージ形式を使用した空対空の個別アドレス通信技術の分野における業界と機関の取り組みに基づいて開発された。^[3]

その後間もなく、TCAS II のプロトタイプが 2 機のピエモント航空 ボーイング 727機に搭載され、定期便で飛行されました。ディスプレイはフライト クルーの視界外にあり、訓練を受けた監視員のみが見ることができましたが、これらのテストでは、警報の頻度と状況、およびATCシステムとの相互作用の可能性に関する貴重な情報が得られました。その後のフェーズ II プログラムでは、TCAS II の新しいバージョンが 1 機のピエモント航空ボーイング 727 機に搭載され、システムは1986 年 4 月に認証され、その後 1987 年初頭に運用評価が承認されました。機器が完全な基準で開発されていなかったため、システムは有視界気象条件(VMC) でのみ運用されました。フライト クルーがシステムを操作しましたが、評価は主にデータ収集と、フライト クルーと監視員の観察および対応との相関関係を調べるために行われました。^[3]

ベンディックス/キング航空輸送アビオニクス部門が製造したTCAS IIの後継バージョンは、1988年初頭にユナイテッド航空の航空機に搭載され、承認されました。ハネウェルが製造した同様のユニットは、 1988年後半にノースウエスト航空の航空機に搭載され、承認されました。この限定的な導入プログラムでは、3種類の航空機で、視覚気象条件と計器気象条件（IMC）の両方でフルタイムシステムとして動作することが承認されたTCAS IIユニットが運用されました。運用評価プログラムは、システムの運用適合性を検証するために1988年まで継続されました^[3]

TCAS の導入により、空中衝突を防ぐための安全バリアが追加されました。しかし、システムの制限と誤用により、次のような他の事故や死亡事故が発生したため、さらなる研究、改良、トレーニング、規制措置が必要でした。

• 1996年ニューデリー上空でのチャーキ・ダドリ空中衝突事故。
• 1999年、ボーイング737-300とガルフストリームIVが衝突しかけたランボーンの事故。ランボーン上空はヒースロー空港の待機ゾーン。この事故は、両機が異なる方向からゾーンに進入し、正面衝突寸前（1時の位置）となったことで注目された。交通勧告（黄色マーク）は、衝突予測時間が25秒未満という解決勧告（赤色マーク）にほぼ即座に変わった。^[4]
• 2001年の日本航空空中事故。日本航空907便（ボーイング747-400 ）の機長、渡辺誠（40歳）は、TCASが乗務員に上昇を指示したにもかかわらず、管制官の指示で降下を選択し、釜山から東京の成田空港へ向かう途中、降下中の日本航空958便DC-10と衝突しそうになった。
• 2002年ユーベルリンゲン空中衝突事故では、ボーイング757とツポレフTu-154が衝突し、ツポレフのパイロットはTCASの解決勧告（RA）に従わず、代わりに航空管制官の指示に従ったのに対し、ボーイングのパイロットは航空管制官の指示がなかったためTCAS-RAに従った。
• 2006年、ゴル航空1907便（ボーイング737）とエンブラエルレガシー600が衝突した。エンブラエルのトランスポンダーが誤ってオフになっていたため、エンブラエルのTCASが無効になり、1907便のTCASから飛行機が見えなくなった。
• 2011年フリブール衝突事故。ジャーマンウィングスの エアバスA319 2529便とハーンエアラインズのレイセオン プレミアI 201便が衝突しかけた。ジュネーブの航空管制は2529便がフライトレベル250 (25,000フィート [7,620 m]) まで降下することを許可したが、チューリッヒの管制への引き継ぎのため通常通りフライトレベル280 (28,000フィート [8,534 m]) に入った。チューリッヒの航空管制は201便がフライトレベル270 (27,000フィート [8,230 m]) まで上昇することを許可した。これによりエアバス機は降下、レイセオン機は上昇するという解決勧告 (RA) が発令され、両機ともそれに従った。9秒後、ジュネーブはレイセオン機にフライトレベル260 (26,000フィート [7,925 m]) まで降下するよう指示し、両機ともそれに従った。その結果、両機が最低100フィート（30メートル）の距離で通過する状況となった。その後すぐにレイセオン機はエアバス機よりも低くなり、TCASはエアバス機が上昇しレイセオン機が沈むように反転RAを発令した。^[5]

TCASは、適切なトランスポンダーを搭載したすべての航空機間の通信に関係する（トランスポンダーが有効で適切に設定されていることが条件）。TCASを搭載した各航空機は、その位置について一定範囲内にいる他のすべての航空機に問い合わせ（1030MHzの無線周波数経由 ） 、 他のすべての航空機は他の問い合わせに応答する（1090MHz経由）。この問い合わせと応答のサイクルは、1秒間に数回発生する可能性がある。^{[6] [2]}

TCAS システムは、航空機の距離 (照会と応答の往復時間から取得)、高度 (照会された航空機から報告された値)、方位 (応答からの指向性アンテナによる値) を組み込んで、空域内の航空機の 3 次元マップを作成します。次に、現在の距離と高度差を予測される将来の値に外挿して、潜在的な衝突の脅威が存在するかどうかを判断します。

TCAS とその派生型は、正常に動作するモード C またはモード Sトランスポンダーを備えた航空機とのみ通信できます。モード S トランスポンダーを備えた各航空機には、固有の 24 ビット識別子が割り当てられます。

衝突の可能性を特定した後の次のステップは、衝突する2機（またはそれ以上）の航空機間で相互回避操作（現在、操作は高度の変更と上昇/降下率の変更に制限されている）を自動的に交渉することです。これらの回避操作は、コックピットディスプレイと合成音声指示によって飛行乗務員に伝えられます。^{[6] [2]}

TCAS を装備した各航空機の周囲には、保護された空域が設けられています。保護された空域の大きさは、遭遇した航空機の高度、速度、方向によって異なります。下の図は、一般的な TCAS 保護領域の例を示しています。

TCAS設備は以下のコンポーネントから構成される: ^{[6] [2]}

TCAS コンピュータユニット

空域監視、侵入者追跡、自機高度追跡、脅威検出、解決勧告 (RA) 操作の決定と選択、勧告の生成を実行します。TCAS プロセッサは、自機からの圧力高度、レーダー高度、および個別の航空機ステータス入力を使用して、TCAS 航空機の周囲の保護範囲を決定する衝突回避ロジック パラメータを制御します。

アンテナ

TCAS II で使用されるアンテナには、航空機の上部に取り付けられた指向性アンテナと、航空機の下部に取り付けられた全方向性アンテナまたは指向性アンテナがあります。ほとんどの設置では、航空機の下部にオプションの指向性アンテナを使用します。2 つの TCAS アンテナに加えて、モード S トランスポンダーにも 2 つのアンテナが必要です。1 つのアンテナは航空機の上部に取り付けられ、もう 1 つは下部に取り付けられます。これらのアンテナにより、モード S トランスポンダーは 1030 MHz で問い合わせを受信し、受信した問い合わせに 1090 MHz で応答できます。

コックピットプレゼンテーション

TCASとパイロットのインターフェースは、トラフィックディスプレイとRAディスプレイの2つのディスプレイによって提供されます。これら2つのディスプレイは、両方のディスプレイを1つの物理ユニットに統合するディスプレイなど、さまざまな方法で実装できます。実装に関係なく、表示される情報は同じです。トラフィックディスプレイとRAディスプレイの両方の標準は、DO-185Aで定義されています。^[7]

以下のセクションでは、ICAOおよび世界中の航空当局によって国際標準（ACAS II）として採用されているバージョンであるTCAS IIに基づいたTCASの操作について説明します。^{[6] [2]}

TCAS IIは現在、以下のモードで操作できます: ^{[6] [2]}

待機する

TCAS プロセッサとモード S トランスポンダーに電源が供給されますが、TCAS は問い合わせを発行せず、トランスポンダーは個別の問い合わせにのみ応答します。

トランスポンダ

モード S トランスポンダーは完全に動作しており、すべての適切な地上および TCAS の問い合わせに応答します。TCAS はスタンバイ状態のままです。

交通情報のみ

モード S トランスポンダーは完全に動作しています。TCAS は正常に動作し、適切な問い合わせを発行し、すべての追跡機能を実行します。ただし、TCAS はトラフィック アドバイザリ (TA) のみを発行し、解決アドバイザリ (RA) は禁止されます。

自動（トラフィック/解決アドバイス）

モード S トランスポンダーは完全に動作しています。TCAS は正常に動作し、適切な問い合わせを発行し、すべての追跡機能を実行します。TCAS は、必要に応じて、交通勧告 (TA) と解決勧告 (RA) を発行します。

TCAS は協調して動作するため、競合する航空機に RA が発行されると、一方の航空機は必要なアクション (つまり、上昇。上昇。 ) を直ちに実行する必要があります。その間、もう一方の航空機は反対方向の同様の RA (つまり、降下。降下。 ) を受信します。

TCAS II は次の種類の音声アナウンスを発します。

• 交通情報（TA）
• 解決勧告（RA）
• 紛争なし

TA が発令されると、パイロットは TA の原因となっている交通を目視で捜索するよう指示されます。交通を目視で確認できた場合、パイロットは交通との視覚的な距離を保つよう指示されます。また、訓練プログラムでは、交通情報ディスプレイに表示される情報だけに基づいて水平方向の操縦を行ってはならないことも示されています。上昇中または下降中に垂直速度をわずかに調整したり、管制官の許可に従いながら対気速度をわずかに調整したりすることは許容されます。^[8]

RA が発令された場合、パイロットは、そうすることで飛行の安全が脅かされない限り、RA に直ちに応答することが求められます。つまり、航空機は ATC の指示に反して操縦したり、ATC の指示を無視したりしなければならない場合があります。このような場合、管制官は、衝突が終了するまで、RA に関与している航空機を分離する責任を負わなくなります。

一方、ATC はパイロットの RA への対応を妨げる可能性があります。矛盾する ATC 指示が RA と同時に発生した場合、パイロットは ATC が状況を十分に把握しており、より適切な解決策を提供していると想定する可能性があります。しかし、実際には、パイロットが RA を報告するまで、ATC は RA を認識しません。パイロットが RA を報告すると、ATC は遭遇した航空機の飛行経路を変更しようとしてはいけません。したがって、パイロットは「RA に従う」ことが期待されますが、実際には必ずしもそうとは限りません。

一部の国では、コックピットに掲示されている RA に関する情報を航空管制官に提供する「RA ダウンリンク」を導入しています。現在、航空管制官による RA ダウンリンクの使用に関する ICAO の規定はありません。

パイロット訓練では以下の点が重視されます。

• 衝突につながる恐れがあるため、RA が示す方向とは反対の方向に操縦しないでください。
• RA に応答した後、フライト クルーの作業負荷によって許可され次第、管制官に RA を通知します。RA 応答を開始する前にこの通知を行う必要はありません。
• RA の除去または RA の弱化に注意し、許可された高度からの逸脱を最小限に抑えます。
• 可能であれば、RA に応答すると同時に、管制官の許可に従って、例えば、航空路またはローカライザーを遮断するために旋回します。
• RAイベントが完了したら、速やかに以前のATC許可または指示に戻るか、改訂されたATC許可または指示に従ってください。^[8]

RAは、短・中距離航空機では平均1,000飛行時間ごとに、長距離航空機では3,000飛行時間ごとに発生します。ユーロコントロールは2017年12月のACASガイドで、約25％のケースでパイロットがRAに正確に従っていないことを発見しました。エアバスは、自動回避操作のためにオートパイロット/フライトディレクターTCASのオプションを提供しています。^[9]

TCASに関する安全性研究では、このシステムにより空域の安全性が3～5倍向上すると推定されている。^[11]

しかし、残るリスクの一部は、TCAS が空中衝突を引き起こす可能性があることはよく知られています。「特に、脅威となる航空機の報告高度の正確性と、脅威となる航空機が TCAS 解決勧告 (RA) を無視する急激な操縦を行わないという予想に依存します。安全性の調査では、TCAS II がいくつかの重大な空中衝突を引き起こすことも示されています...」(以下の外部リンクの TCAS II バージョン 7 および 7.1 の概要 (PDF) の 7 ページを参照)。^{[6] [2]}

TCAS II の潜在的な問題の 1 つは、推奨される回避操作によって、飛行乗務員が安全高度以下の地表に向かって降下するよう指示される可能性があることです。最近の地表接近の組み込み要件により、このリスクは軽減されます。コックピットでは、地表接近警告アラートが TCAS アラートよりも優先されます。

パイロットの中には、最大高度で飛行中に航空機の上昇を要求された場合、どのように対処すればよいか分からない人もいます。 受け入れられている手順は、一時的に速度を高度と交換しながら、可能な限り上昇 RA に従うことです。 上昇 RA はすぐに終了するはずです。 失速警告が発生した場合は、失速警告が優先されます。

どちらのケースも TCAS II バージョン 7.0 で対処されており、現在は修正 RA と IVSI ディスプレイの緑色の円弧の視覚表示によって処理され、上昇率または降下率の安全範囲が示されます。ただし、場合によっては、これらの表示が関係する航空機にとって危険な状況につながる可能性があることが判明しています。たとえば、2 機の航空機が着陸のために一方が他方の上を降下しているときに TCAS イベントが発生した場合、低高度の航空機は最初に「降下、降下」のRA を受け取り、極端に低い高度に達すると、これは「水平飛行、水平飛行」のRAに変わり、パイロットに航空機を水平飛行させるように指示する緑色の円弧表示が付きます。これにより、航空機は着陸のために降下している上空の侵入者の進路に危険な位置に置かれる可能性があります。この問題を修正するための変更提案が発表されています。^[12]

TCAS技術は、小規模ビジネスや一般航空機には高価すぎることが判明しました。メーカーと当局はTCASに代わるシステムの必要性を認識し、トラフィック・アドバイザリー・システムの開発につながりました。TASは実際にはTCAS Iの簡易版です。システム構造、コンポーネント、操作、トラフィック表示、TAロジックは同一ですが、TASの最小運用性能基準（MOPS）はTCAS Iに比べていくらかの簡素化を可能にしています。^{[13] [14]}

• クラス A およびクラス B の機器が定義されています。クラス A は TCAS I と同じですが、クラス B のデバイスはトラフィック表示なしで動作します (後者は、TA の視覚的表現を伴った音声 TA のみを提供します)。
• TAS ディスプレイはモノクロにすることができます。
• 動作許容値にはごくわずかな違いがあります。
• TAS デバイスは、その他の交通情報と交通情報 (TA) の 2 つのレベルの情報のみを提供できます。近接交通情報と近接情報 (PA) の表示はオプションですが、ほとんどの TAS デバイスは近接交通情報の追跡機能を備えており、標準の TCAS I シンボルを使用しています。
• TCAS I 装置による干渉の影響をすべて低いレベルに抑えるために、TCAS I 装置は付近の TCAS 航空機の数を継続的にカウントし、運用制限に適合するように調査レートまたは電力、あるいはその両方を削減します。これは TAS 装置にも当てはまりますが、製造元は TAS を 42W/秒の固定レート電力積制限で低電力システムとして運用することを選択できます。その場合、干渉制限の要件はなくなります。

以下の文書には、TCAS I と TAS の違いがすべて記載されています。

• TCAS Iの最低運用性能基準（MOPS）はRTCA-DO-197Aに記載されている。^[13]
• この文書のトラフィックアドバイザリシステム（TAS）に適用される変更は、TSO-C147a（またはETSO-C147a）の付録1に掲載されています。^[14]

これらすべてにもかかわらず、ほとんどのメーカーは、上記のような機会を利用して簡素化されたデバイスを製造していません。市場の力の結果として、多くの TAS システムは TCAS I とまったく同じように動作し (干渉制限、TCAS I シンボルの使用など)、中には TCAS I よりも優れた監視性能 (範囲と追跡対象航空機) と仕様を備えたものもあります。

自動従属監視ブロードキャスト（ADS-B）メッセージは、適切なトランスポンダーを搭載した航空機から送信され、ID、位置、速度などの情報が含まれます。信号は1090MHzの無線周波数でブロードキャストされます。ADS-Bメッセージは、978MHz帯のユニバーサルアクセストランシーバー（UAT）でも送信されます。^[15]

ADS-B メッセージを処理できる TCAS 機器は、この情報を使用して、「ハイブリッド監視」と呼ばれる技術を使用して TCAS のパフォーマンスを向上させることができます。現在実装されているハイブリッド監視では、航空機からの ADS-B メッセージの受信を使用して、TCAS 機器がその航空機に問い合わせる速度を低下させます。この問い合わせの減少により、1030/1090 MHz 無線チャネルの使用が削減され、時間の経過とともに TCAS 技術の運用上の耐用年数が延長されます。ADS-B メッセージにより、低コスト (航空機向け) 技術で小型航空機のコックピットにリアルタイムのトラフィックを提供することもできます。^[16] 現在、UAT ベースのトラフィック アップリンクは、アラスカと米国東海岸の地域で提供されています。

ハイブリッド監視では、TCAS 衝突検出アルゴリズムで ADS-B の航空機飛行情報は使用されません。ADS-B は、より低いレートで安全に調査できる航空機を識別するためにのみ使用されます。

将来的には、ADS-B メッセージに含まれる状態ベクトル情報を使用することで予測機能が向上する可能性があります。また、ADS-B メッセージは TCAS が通常動作する範囲よりも広い範囲で受信できるため、TCAS 追跡アルゴリズムによって航空機をより早く捕捉できるようになります。

ADS-Bメッセージに含まれる識別情報は、コックピットディスプレイ（存在する場合）上の他の航空機にラベルを付けるために使用でき、航空管制官が見るのと同様の画像を描画し、状況認識を向上させることができます。^{[17] [18]}

TCAS I は、FAA が航空輸送機に TCAS II を義務付けた後に一般航空用に導入された最新の TCAS II システムよりも安価ですが、機能は劣ります。TCAS I システムは、飛行機の周囲の交通状況 (約 40 マイルの範囲) を監視し、他の航空機のおおよその方位と高度に関する情報を提供することができます。また、「交通勧告」(TA) の形で衝突警告を生成することもできます。TA は、「交通、交通」とアナウンスしてパイロットに他の航空機が近くにいることを警告しますが、解決策を提案することはありません。通常は航空交通管制の支援を受けて、パイロットがどうするかを決定する必要があります。脅威が去ると、システムは「衝突回避」とアナウンスします。^[19]

TCAS II は 1989 年に導入された最初のシステムで、現在の世代の計器警報 TCAS であり、ほとんどの民間航空機で使用されています (下の表を参照)。US Airways 737 は、AlliedBendix (現在の Honeywell) TCAS II システムで認定された最初の航空機でした。このシステムは TCAS I のすべての利点を備えていますが、危険を回避するための「解決勧告」(RA) と呼ばれる音声による直接指示もパイロットに提供します。示唆的なアクションは「修正」である場合があり、「降下、降下」、「上昇、上昇」または「水平飛行、水平飛行」 (垂直速度を下げるという意味) とアナウンスしてパイロットに垂直速度の変更を示唆します。対照的に、「予防」RA が発行される場合があり、これは単にパイロットに現在の垂直速度から逸脱しないように警告し、 「垂直速度を監視」または「垂直速度を維持、維持」とアナウンスします。 TCAS IIシステムは、パイロットに命令を出す前に解決勧告を調整するため、一方の航空機に降下を指示すると、もう一方の航空機には通常上昇を指示され、2機の航空機間の距離が最大化されます。^[2]

2006年時点で、ICAO ^[20]が定めたACAS II標準を満たす唯一の実装は、ロックウェル・コリンズ、ハネウェル、ACSS（Aviation Communication & Surveillance Systems、L3HarrisとThales Avionicsの合弁会社）の3つの航空電子機器メーカーによって製造されたTCAS IIバージョン7.0でした。

2002年のユーバーリンゲン空中衝突事故（2002年7月1日）以降、TCAS IIの性能向上に関する研究が進められてきた。ユーロコントロールからの広範な意見と圧力を受けて、改訂版TCAS II最低運用性能基準（MOPS）文書がRTCA（特別委員会SC-147 ^[21] ）とEUROCAEによって共同で策定された。その結果、2008年までにTCAS IIバージョン7.1の基準が発行され^[22]、RTCA DO-185B ^[7]（2008年6月）およびEUROCAE ED-143 （2008年9月）として公開された。

TCAS II バージョン 7.1 ^[2]では、協調遭遇時に航空機の 1 機が元の RA 指示に従わなかった場合に RA の反転を発行できるようになります (変更提案 CP112E)。^[23]このバージョンでのその他の変更点としては、パイロットの不適切な対応を防ぐために、あいまいな「昇降速度を調整、調整」 RA を「水平飛行、水平飛行」 RA に置き換えたこと (変更提案 CP115) があります。^[24]また、パイロットへの誤った、場合によっては危険な誘導を防ぐために、修正/予防アナウンスの処理が改善され、極端に低いまたは高い高度条件 (1000 フィート AGL 以下、または航空機の上部天井付近) のみが原因で正の RA が弱まった場合に緑色のアーク表示が削除されました (変更提案 CP116)。^{[12] [25]}

ユーロコントロールのために最近記録された運用データを使用して実施された研究によると、現在^{[いつ? ]}ヨーロッパの空域での飛行時間ごとの空中衝突の確率は2.7 x 10 ^-8で、これは3年に1回に相当します。TCAS IIバージョン7.1が実装されると、その確率は4分の1に減少します。^[25]

ACAS IIIはICAO附属書10で将来のシステムとして言及されているが、現在の監視システムでは水平追跡が困難であるため、実現する可能性は低い。現在、将来の衝突回避システム（ACAS Xの仮称）の開発に向けた研究が行われている。^[26]

当初はTCAS II Enhancedと名付けられたTCAS IIIは、TCAS IIのコンセプトを拡張して水平方向の解決アドバイス機能を含めるものとして構想された。TCAS IIIはハネウェルなどの航空会社によって開発された「次世代」の衝突回避技術である。TCAS IIIはTCAS IIシステムの技術的アップグレードを組み込んでおり、パイロットに水平方向および垂直方向の操縦指示を使用して交通アドバイスを提供し、交通衝突を解決する機能を備えている。たとえば、正面衝突の状況では、一方の航空機に「右に旋回して上昇」と指示し、もう一方の航空機には「右に旋回して降下」と指示する。これにより、水平方向と垂直方向の両方で航空機間の総間隔がさらに広がる。水平方向の指示は、垂直方向の操縦スペースがほとんどない可能性のある、地面に近い2機の航空機の衝突に役立つだろう。^[27]

TCAS III は、TCAS 指向性アンテナを使用して他の航空機に方位を割り当て、水平方向の操縦 (左旋回または右旋回など) を生成できるようにしようとしました。しかし、TCAS 指向性アンテナの精度の限界により、業界は実現不可能と判断しました。指向性アンテナは、正確な水平面位置を生成するのに十分な精度がなく、したがって正確な水平解像度を生成することができないと判断されました。1995 年までに、何年ものテストと分析により、このコンセプトは、利用可能な監視技術を使用して実行不可能であることが判明しました (水平位置情報が不十分なため)。また、ほとんどの遭遇ジオメトリでは水平 RA が呼び出される可能性は低いことがわかりました。そのため、TCAS III のすべての作業は中断され、実装の計画はありません。このコンセプトは後に進化し、TCAS IV に置き換えられました。^{[28] [29]}

TCAS IV は、モード Sトランスポンダー応答でターゲット航空機によってエンコードされた追加情報 (つまり、ターゲットが自身の位置をトランスポンダー信号にエンコードする) を使用して、RA の水平解像度を生成します。さらに、エンコードするには、ターゲット航空機に 信頼できる位置情報 (慣性航法システムまたはGPSなど) が必要です。

TCAS IV は、1990 年代半ばまでに TCAS III のコンセプトに取って代わりました。TCAS III の経験の結果の 1 つは、受信したトランスポンダー応答に方位を割り当てるために TCAS プロセッサが使用する指向性アンテナの精度が不十分で、正確な水平位置を生成できず、安全な水平解像度が得られなかったことです。TCAS IV は、空対空データ リンクにエンコードされた追加の位置情報を使用して方位情報を生成するため、指向性アンテナの精度は問題になりません。

TCAS IVの開発は数年間続いたが、自動従属監視ブロードキャスト（ ADS-B ）などのデータリンクの新しいトレンドの出現により、TCAS IVのような衝突回避専用のデータリンクシステムを、追加のアプリケーション用のより一般的な空対空データリンクシステムに組み込むべきかどうかを再評価する必要性が指摘された。これらの問題の結果、TCAS IVのコンセプトはADS-Bの開発が開始されると放棄された。^{[29] [30]}

このシステムは時折誤報に悩まされるが、パイロットは現在、すべてのTCASメッセージを即時の高優先度の対応を必要とする本物の警報とみなすように厳しく指導されている。ウィンドシア検知とGPWSの警報と警告だけがTCASよりも優先される。FAA 、 EASA 、および他のほとんどの国の当局の規則では、TCAS RAと航空交通管制（ATC）の指示が矛盾する場合は、TCAS RAが常に優先されると規定されている。これは主に、TCAS-RAが本質的に航空交通管制官よりも最新かつ包括的な状況画像を持っているためであり、航空交通管制官のレーダー/トランスポンダーの更新は通常、TCASの問い合わせよりもはるかに遅い速度で行われる。^{[6] [2]一方の航空機がTCAS RAに従い、もう一方が矛盾するATC指示に従うと、2002年7月1日のユーベル}リンゲン災害 のような衝突が発生する可能性がある。この空中衝突では、両機ともTCAS IIバージョン7.0システムを搭載しており、正常に機能していたが、一方はTCASの勧告に従い、もう一方はTCASを無視して管制官の指示に従ったため、両機とも致命的な衝突に陥った。^[31]

この事故は、一方の航空機の乗組員が本来のTCAS RAに従わず、矛盾する航空管制指示に従っていることをTCASが検知したときに、もう一方の航空機の本来のRAを逆転させることができれば防げたかもしれない。これは後にTCAS IIのバージョン7.1に実装される機能の1つである。^{[22] [32] [33]}

TCAS II バージョン 7.1 の実装は、当初は 2009 年から 2011 年の間に、TCAS II を搭載したすべての航空機の改修と前方装備によって開始され、2014 年までにバージョン 7.0 が完全に段階的に廃止され、バージョン 7.1 に置き換えられる予定でした。FAAとEASA は、 RTCA DO-185B ^[7]と EUROCAE ED-143 標準に基づいて、2009 年から有効なTCAS II バージョン 7.1 技術標準命令 (それぞれ TSO-C119c [ ³⁴ ]と ETSO-C119c ^[35] ) をすでに発行しています。2009 年 9 月 25 日、FAA は、新しいバージョン 7.1 を含む TCAS II システムの耐空承認を取得するためのガイダンスを提供するAdvisory Circular AC 20-151A ^[36]を発行しました。 2009年10月5日、欧州航空会社協会（AEA）は、優先事項としてすべての航空機にTCAS IIバージョン7.1を義務付ける必要があることを示したポジションペーパー^{[37]を発表しました。2010年3月25日、}欧州航空安全機関（EASA）は、ACAS IIソフトウェアバージョン7.1の導入に関する改正案通知（NPA）No.2010-03を発表しました。^[38] 2010年9月14日、EASAは上記のNPAに対するコメント応答文書（CRD）を発表しました。^[39]これとは別に、 ACAS II SARPへの準拠にTCAS IIバージョン7.1を要求するように ICAO標準を改正する提案がなされました。

ICAOは、 TCAS II変更7.1を2014年1月1日までに、前向きに装備する場合は2017年1月1日までに、後付けの場合は2017年1月1日までに採用することを推奨する、正式な加盟国合意の修正案を回覧した。航空会社からのフィードバックとコメントを受けて、EASAは、欧州空域でのTCAS IIバージョン7.1の義務化の日付を次のように提案した：前向きに装備する場合（新規航空機の場合）2012年3月1日、後付けする場合（既存航空機の場合）2015年12月1日。これらの日付は提案された日付であり、さらなる規制プロセスの対象であり、実施規則が発行されるまでは最終的なものではない。^[25]

システムメーカーの中では、ACSS ^{[40] が}2010年2月までにTCAS 2000およびレガシーTCAS IIシステムの変更バージョン7.1を認定し、^[41]現在、顧客向けに変更バージョン7.1へのアップグレードを提供しています。^[42] 2010年6月までに、 HoneywellはTCAS IIバージョン7.1のソリューションを提案したホワイトペーパーを公開しました。^[43] Rockwell Collinsは現在、TCAS-94、TCAS-4000、TSS-4100 TCAS II準拠システムは、利用可能になったときに変更バージョン7.1にソフトウェアアップグレード可能であると発表しています。^[44]

現在の TCAS 実装の安全上の利点は明らかですが、現在の実装の制限 (そのほとんどは、フリーフライトの設計と実装をさらに促進するために対処する必要がある)とNextGenにより、TCAS の技術的および運用上の潜在能力は十分に活用されていません。

• 航空安全報告システム（ASRS）に報告されるTCAS IIの問題のほとんどは、TCAS II装置の異常または誤った操作、TCASによる注意散漫、TCASによって引き起こされる空中衝突、およびTCASの非標準的な使用を網羅しています。^[45]
• 管制官と同様に、TCAS IIはモードCの情報を使用して他の交通との垂直間隔を決定します。モードCが一時的にでも誤った高度情報を提供すると、上昇または下降の誤った解決勧告コマンドが発生する可能性があります。管制官とは異なり、TCAS IIは問題が故障した機器にあるかどうかを判断するために飛行乗務員に問い合わせることはできません。^[45]
• パイロットはTCAS IIに関連する聴覚と作業負荷が通常のコックピット業務に支障をきたすと頻繁に指摘している。^[45]
• ASRSに寄せられた多くのTCAS事故報告書は、パイロットが誤ったTCASコマンドに反応したために、当初は存在しなかった衝突が促進されたと主張している。次の空中衝突（NMAC）を考えてみよう。TCAS II RAは航空会社（Y）の急上昇率によって作動した可能性が高い。^[45]
• TCAS は垂直分離勧告のみをサポートすることに限定されていますが、より複雑な交通衝突シナリオは、横方向の解決操作も利用することで、より簡単かつ効率的に解決できます。これは、特に、限界地形クリアランスでの交通衝突、または同様に垂直制約によって制限される衝突シナリオ (例: 混雑したRVSM空域)に適用されます。
• ATC は、航空機がモード S またはADS-B監視ネットワークでカバーされているエリア内にある場合にのみ、TCAS によって発行された解決勧告について自動的に通知を受けることができます。その他の場合、管制官は TCAS ベースの解決勧告を認識しなかったり、矛盾した指示を発行したりすることさえあります (高負荷状況で発行された RA についてコックピット クルー メンバーから ATC に明示的に通知されない限り)。これは、影響を受けるクルーにとって混乱の原因となるだけでなく、パイロットの作業負荷も増加させます。2009 年 5 月、ルクセンブルク、ハンガリー、チェコ共和国では、管制官にダウンリンクされた RA が表示されています。
• 上記の状況では、TCAS には、パイロットが ATC に (必須の) RA の受信 (およびそれに従う意図) を簡単に報告して確認できるようにする自動化された機能がないため、現時点では音声無線が唯一の選択肢となっていますが、これによりパイロットと ATC の作業負荷がさらに増加し​​、危機的な状況では周波数の混雑も発生します。
• 同様に、ATC の状況認識は、特に計画されたルートから外れることで新たな衝突を引き起こしたり、その一因となったりする可能性のある衝突シナリオにおいては、航空機の操縦に関する正確な情報に依存します。そのため、発行された解決勧告を自動的に視覚化し、影響を受けるセクター内の交通状況を再計算することは、分離衝突によって引き起こされる計画外のアドホックなルート変更の際にも、ATC が状況認識を更新し、維持するのに役立つことは明らかです。
• 今日の TCAS ディスプレイは、他の (衝突する) 航空機に発行された解決勧告に関する情報を提供しません。他の航空機に発行された解決勧告は、他の航空機には無関係に思えるかもしれませんが、この情報により、実際の (高度) 変化率と要求された変化率 (これは、最新の航空電子機器によって自動的に実行され、それに応じて視覚化される可能性があります) を比較することで、他の航空機 (衝突する交通) が実際に RA に準拠しているかどうかを乗務員が評価できるようになります。これにより、非常に危機的な状況で状況認識に不可欠なリアルタイム情報が提供されます。
• 今日の TCAS ディスプレイは主に範囲ベースであることが多く、マイル/フィートの設定可能な範囲内の交通状況のみを表示しますが、特定の状況下では「時間ベース」の表示 (つまり、次の xx 分以内) の方が直感的である場合があります。
• 地形/地面および障害物認識（例： TAWSへの接続、MSAセクター認識を含む）の欠如。これは、TCAS RA がCFIT （地形への制御飛行）シナリオを決して促進しないようにするために、実行可能（地形クリアランスの観点から危険ではない）かつ有用な解決アドバイス（つまり、地形に近い場合は極端な降下指示を防ぐ）を作成するために重要となる可能性があります。
• 航空機の性能全般、特に現在の性能能力（アクティブな航空機構成による）は、解決勧告の交渉および作成時に考慮されません（ターボプロップ/ジェット機とヘリコプターなど、異なるタイプの航空機間の違いの場合と同様）。そのため、理論的には、飛行の特定の段階で航空機の通常/安全な飛行範囲外の上昇率または降下率を要求する解決勧告が発行される可能性があります（つまり、航空機の現在の構成による）。さらに、すべてのトラフィックが平等に処理されるため、異なるタイプの航空機間で区別が行われず、航空機固有の（パフォーマンス）情報を活用して、特定のトラフィックの衝突に対してカスタマイズされ最適化された指示を発行するオプションが無視されます（つまり、最高の上昇率を提供できる航空機に上昇指示を発行し、比較的優れた降下率を提供する航空機に降下指示を発行することで、時間単位あたりの高度変化、つまり分離を最大化できます）。たとえば、TCAS は、航空機が現在の構成の運用限界にすでに達しているときに、航空機に上昇を命令することができます。^[46]
• TCAS は主に外挿指向であり、航空機の近傍における現在の交通状況を評価および判断するために、「飛行経路履歴」を使用して 4D 軌道予測を近似しようとするアルゴリズムを使用していますが、関連する飛行計画情報や関連する ATC 指示へのアクセスを制限して上記の情報を拡張し、他の交通 (経路) の計画と意図をより包括的に把握することで、データの信頼性と有用性を大幅に向上させることができます。これにより、飛行経路予測は単なる推定ではなく、実際の航空機の経路 ( FMS 飛行計画) と ATC 指示に基づくものになります。TCAS が他のシステムで使用されているデータを使用するように変更される場合は、一般的な障害モードのリスクが十分に小さくなるように注意する必要があります。
• TCAS は、主にコストが高い (25,000 ドルから 150,000 ドル) ため、多くの小型航空機には装備されていません。たとえば、多くの小型個人ビジネス ジェット機は、適切な TCAS 装置を搭載する必要がある大型航空機と同じ空域を飛行しているにもかかわらず、現在、TCAS の搭載が法的に義務付けられていません。TCAS システムは、特定の空域のすべての航空機に適切に機能する TCAS ユニットが搭載されて初めて、その真の運用能力を発揮できます。
• TCAS では、衝突する航空機の両方にトランスポンダーが搭載されていることが条件となります。一方の航空機にトランスポンダーが搭載されていない場合は、情報が送信されないため TCAS に警告は送信されません。

これらの制限の一部を克服するために、FAA は動的プログラミングに基づく新しい衝突回避ロジックを開発しています。

民間航空機による一連の空中衝突事故を受けて、リンカーン研究所は1970年代に連邦航空局から機内衝突回避システムの開発に参加するよう指示された。現在の交通警報・衝突回避システムは世界中のすべての大型航空機に義務付けられており、航空旅行の安全性を大幅に向上させたが、今後数年間に計画されている空域の大幅な変更により、システムに大幅な変更が必要になるだろう。^[47]

^{ACAS X [48]}と呼ばれる一連の新しいシステムは、この新しいロジックを使用します。

• ACAS Xaは、アクティブ監視を使用してTCAS IIの直接的な代替品となる。
• ACAS Xo は、特に接近した平行進入など、現在困難な運用状況でも機能するように衝突回避を調整します。
• ACAS Xu は複数のセンサー入力を可能にし、無人航空機システム向けに最適化されます。
• ACAS Xp は、パッシブ監視 (ADS-B) のみを備えた航空機向けに設計されます。

FAAが予定した最初の業界会議は2011年10月にワシントンDCで開催され、航空電子機器メーカーに「ACAS X」の開発計画（2013年度に予定されている飛行デモンストレーションを含む）について説明した。FAAは、その作業が「標準開発者RTCAによるACAS Xの最低運用性能標準の開発の基礎となるだろう」と述べている。^[49]

ACAS Xがさらに開発され、認証されたとしても、2020年代半ばまではACAS Xは市販されないと推定されています。また、現段階ではACAS Xが水平解像度を提供するかどうかは不明と言われています。^[50]

エアバスとハネウェルは、パイロットが回避勧告を無視した場合、航空機の自動操縦装置が自動的に回避行動を取るという自動化システムの提案をテストした。^[58]

• 自動従属監視 - 放送
• 地表接近警報システム
• 空中衝突（MAC）
• 障害物衝突回避システム
• ポータブル衝突回避システム
• 音声警告システム

ウィキメディア・コモンズには、交通警報および衝突回避システムに関連するメディアがあります。

• EUROCONTROL ACAS ウェブサイト
• TCAS II バージョン 7.1
• TCAS に関する議論は 2005-08-31 にWayback Machineにアーカイブされています
• TCAS の使用に関する仮想的な悪用/悪用シナリオを用いた TCAS の批判的議論
• TCAS II バージョン 7.1 の概要
• TCAS II バージョン 7.1 に関する規制措置の判断基準
• Skybrary の TCAS ユーザー インターフェイス認識ビデオ ツールキット
• UKCS での衝突回避 (TCAS II トライアル) マーク プライア (ブリストウ)
• Bjorn Fehrm (2018 年 7 月 13 日)。「Bjorn のコーナー: レーダー以来最大のナビゲーション変更、パート 5」。Leeham News。