民用飞机中的空中交通防撞系统(TCAS)是航空电子综合环境监视系统(ISS或AESS)中的一个重要组成部分,它能够通过探测空中交通态势,对空域中的飞机位置,航向等等进行预测探知,并且根据探测结果确定空域中可能发生冲突的情况,根据冲突发出预警或指导飞行员进行合理规避以保证飞行的安全。本文介绍了TCAS的产生背景,发展历程,国内外现状及未来的发展趋势。对TCAS的工作模式、理论模型以及基本原理进行了阐述,对TCAS空中探测方法进行了一定的研究,总结出一套可行的基于空间几何学的探测方法,为TCAS的算法研究打下了基础。本文基于最优控制理论中的极大值理论对空域中两架飞机的垂直避撞进行了探索和研究。根据飞机在正常情况下的运动方程,结合理论建立飞机垂直避撞模型,并且进行理论仿真,得到了飞机良好的避撞路径。随后利用MFC以及OpenCV搭建的综合仿真平台上对算法进行了仿真,效果良好。在多架飞机避撞研究方面,本文结合集群算法与飞机现实模型,将两者深入融合,提出在水平空域中使多架飞机冲突得到解脱的算法,并且在理论层面进行了仿真,给出了空中多架飞机避撞的新的思路,而且通过对两架飞机以及多架飞机避撞算法的研究,使得整个TCAS的系统性和完整性得到提升。为了令TCAS系统更加完善,本文还对系统的固有缺陷进行了研究,找到问题的主要矛盾,结合创新性的思想,引入自动驾驶仪到TCAS系统中,经仿真验证,TCAS系统性能得到了一定的提升。