一種機(jī)載前視地形預(yù)測和告警方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利涉及航空電子技術(shù)，設(shè)計一種機(jī)載前視地形預(yù)測和告警方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在飛行中并非由于飛機(jī)本身故障或發(fā)動機(jī)失效等原因造成的飛機(jī)無意中的撞地或墜海事故稱為可控飛行撞地(CFIT)事故。據(jù)國際民航組織(ICAO)統(tǒng)計，可控飛行撞地已經(jīng)成為商用噴氣飛機(jī)發(fā)生墜機(jī)事故、造成機(jī)毀人亡的主要原因。
[0003]1975年以前，世界范圍內(nèi)的商用噴氣機(jī)群平均每年發(fā)生8次可控飛行撞地事故。為此有關(guān)部門研制了近地告警系統(tǒng)(GPWS)，為飛行員提供飛機(jī)以不安全形態(tài)危險接近地面的告警信號，提高機(jī)組的處境意識。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，近地告警系統(tǒng)的廣泛安裝，大大減少了可控飛行撞地事故的發(fā)生。
[0004]近地告警系統(tǒng)(GPWS)是一種機(jī)載告警系統(tǒng)，它是在飛機(jī)接近地面(2500英尺以下)遇到不安全地形或風(fēng)切變等惡劣氣象條件時，提醒機(jī)組飛機(jī)正處于不安全的狀態(tài)，并向駕駛員發(fā)出語音和視覺警告，直至駕駛員修正險情為止。
[0005]GPWS將其他系統(tǒng)傳送來的飛機(jī)實際狀態(tài)數(shù)據(jù)(無線電高度、氣壓高度、氣壓高度變化率、慣性垂直速度、下滑道偏離信號、選擇的航向、跑道方位、襟翼和起落架位置等信號)與系統(tǒng)存儲的飛機(jī)不安全狀態(tài)的臨界值相比較，若超出臨界閾值，則發(fā)出相應(yīng)的語音和視覺告警。
[0006]近地告警系統(tǒng)(GPWS)的不足:
[0007]1)GPWS不是一個全時的報警系統(tǒng)，它只在起飛和進(jìn)近著陸階段、且無線電高度低于2500英尺時發(fā)生作用。它主要依賴無線電高度工作，但無線電高度并不能全面的反映飛機(jī)前方的地形情況，當(dāng)飛機(jī)飛向垂直陡峭的地形區(qū)域以及緩慢下降到顛簸不平的地面時不能提供告警。
[0008]2)GPWS屬于現(xiàn)狀型或反應(yīng)式系統(tǒng)，無前視功能，即只有當(dāng)飛機(jī)已經(jīng)進(jìn)入了對飛行構(gòu)成威脅的環(huán)境中時才發(fā)出警告。因此GPWS提供警告的時間較晚，使飛行員沒有足夠的時間余量做出正確反應(yīng)。據(jù)統(tǒng)計1988年至1995年期間，這個原因引發(fā)的CFIT事故占總空難數(shù)的41%。
[0009]3)不能提供地圖數(shù)據(jù)的實時加載功能。伴隨著世界日新月異的發(fā)展，高樓的建設(shè)層出不窮，機(jī)場附近的高層建筑也日趨增多，GPffS不能實現(xiàn)地圖的實時加載功能，無法使地圖實時更新，導(dǎo)致潛在危險增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的為:提供一種飛機(jī)從起飛到降落的全過程實時報警的方法。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案為:所述的方法包括如下步驟:
[0012]步驟一，將全球地形高程數(shù)據(jù)庫按照I瑋度*1經(jīng)度，的方式將地形高度數(shù)據(jù)存儲在360*180個文件中，其內(nèi)部為一定精度的網(wǎng)格形式，并載入設(shè)備的存儲系統(tǒng)；
[0013]步驟二，解析出每個文件中所攜帶的相應(yīng)經(jīng)瑋度值，并進(jìn)行快速排序；
[0014]步驟三，根據(jù)導(dǎo)航系統(tǒng)提供的飛機(jī)當(dāng)前經(jīng)瑋度信息，確定飛機(jī)所處的位置信息，并處理器一把包含飛機(jī)所處位置周圍地形高度數(shù)據(jù)的文件加載入內(nèi)存，加載完成后處理器一向處理器二發(fā)送中斷信號，處理器二從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)；
[0015]步驟四，在飛機(jī)的左右方向各延伸1/8海里，并按航跡方向向前延伸10km，得到矩形告警區(qū)域；
[0016]步驟五，將矩形告警區(qū)域包含的步驟三中讀取的網(wǎng)格狀地形高度數(shù)據(jù)按照航跡方向劃分為等距的航跡數(shù)組，數(shù)組的初始值低于地表的最低高度，將每個網(wǎng)格向航跡方向投影，確認(rèn)網(wǎng)格對應(yīng)的航跡數(shù)組下標(biāo)，將網(wǎng)格里的高度值與航跡數(shù)組中原有的高度值進(jìn)行比較，取兩者大值替換航跡數(shù)組中的數(shù)值；
[0017]步驟六，按照得到的航跡數(shù)組用距離和高度坐標(biāo)作為X軸和y軸繪制高度曲線；
[0018]步驟七，將飛機(jī)采集到的高度值與高度曲線中對應(yīng)的數(shù)值進(jìn)行比較，并判斷是否超過閾值，如果超過則告警。
[0019]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明為飛機(jī)的起飛、飛行、降落提供了全程的保護(hù)，使得飛機(jī)的可控飛行撞地幾率大大降低。本發(fā)明具有地形前視功能，可以有效增加飛行員的地形規(guī)避時間，進(jìn)一步減少CFIT事故。
[0020]說明書附圖
[0021]圖1為:數(shù)據(jù)加載流程框圖；
[0022]圖2為矩形告警區(qū)域示意圖；
[0023]圖3為數(shù)據(jù)投影示意圖；
[0024]圖4為單個數(shù)據(jù)投影示意圖。
【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前飛機(jī)的位置、姿態(tài)和高度等信息結(jié)合數(shù)字地形數(shù)據(jù)庫來計算未來一段飛機(jī)航跡方向的垂直剖面圖來定性或定量的分析飛機(jī)的安全情況。在繪制垂直剖面圖的過程中，先確定落于飛機(jī)前方預(yù)定軌跡范圍內(nèi)的經(jīng)瑋度數(shù)據(jù)，而后采用了“垂直切面算法”繪制地形高度曲線。根據(jù)得到的經(jīng)瑋度，從高程地形數(shù)據(jù)庫中計算得到相應(yīng)的高度數(shù)據(jù)。當(dāng)實時計算出垂直剖面高度曲線后，與系統(tǒng)內(nèi)置的各種狀態(tài)曲線的閾值比較，產(chǎn)生必要的告警。
[0026]本發(fā)明系統(tǒng)在固態(tài)存儲器中存入了全球地形高程數(shù)據(jù)庫，地形數(shù)據(jù)庫以大小為I瑋度*1經(jīng)度的分片文件形式存儲，在機(jī)場等關(guān)鍵區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了高達(dá)90m*90m的分辨率。
[0027]地形數(shù)據(jù)庫采用分片的形式存儲，且系統(tǒng)具有快速實時搜索和加載分片文件的功能。如此，在地面維護(hù)中心即可輕松實現(xiàn)對特定經(jīng)瑋度數(shù)據(jù)的快速搜索和加載更新。
[0028]第一步，先加載全球地形高程數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫存儲在360*180個文件中。每個點的經(jīng)瑋度信息可以通過實時計算得到，這樣就可以節(jié)省大量存儲空間。每個文件存儲I瑋度*1經(jīng)度的地形高度數(shù)據(jù)。利用I瑋度*1經(jīng)度的數(shù)據(jù)形式有利于降低軟件的使用內(nèi)存，且方便數(shù)據(jù)的局部加載更新。每個地圖文件以90m*90m的精度保存。
[0029]第二步，設(shè)備對數(shù)據(jù)文件進(jìn)行逐個解析，以充分獲取每個文件的信息。
[0030]第三步，根據(jù)解析得到的文件經(jīng)瑋度信息進(jìn)行快速排序，以使系統(tǒng)隨后通過經(jīng)瑋度信息對文件的定位更為準(zhǔn)確快捷。
[0031]根據(jù)導(dǎo)航系統(tǒng)提供的飛機(jī)當(dāng)前經(jīng)瑋度信息，確定飛機(jī)所處的位置信息，并把飛機(jī)周圍的9幅地圖數(shù)據(jù)加載進(jìn)入內(nèi)存。數(shù)據(jù)加載過程中使用了 2個處理器的架構(gòu)模式，如圖1所示，處理器I不斷的把飛機(jī)周圍的地圖數(shù)據(jù)加載進(jìn)入內(nèi)存，處理器2則從內(nèi)存中取得數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，從而加快數(shù)據(jù)的處理。
[0032]同時，從高度計獲取飛機(jī)當(dāng)前的高度值，并把飛機(jī)的高度值與地圖讀取的高度值進(jìn)行比較，判斷出相應(yīng)的告警信息。其后，通過儀表著陸系統(tǒng)、飛行管理系統(tǒng)、大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)、接近電門電子組件和失速管理偏航阻尼器等系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和視頻處理，最后在顯示器上顯示地形信息和告警信息，同時發(fā)出音頻告警。
[0033]將矩形告警區(qū)域包含的步驟三中讀取的網(wǎng)格狀地形高度數(shù)據(jù)，網(wǎng)格任何一部分包含在區(qū)域內(nèi)即認(rèn)為整個網(wǎng)格在區(qū)域內(nèi)，進(jìn)行處理。把航跡前方1KM平分成100份，然后初始化一高度數(shù)組h[100]，高度數(shù)組原數(shù)據(jù)全為-1000，網(wǎng)格沿航跡方向的兩個頂點分別為Xl和X2，向航跡垂直方向進(jìn)行投影，投影點為3和4。在圖3中，網(wǎng)格投影在h[3]和h[4]中，那么h[3]和h[4]都賦值為hi。
[0034]數(shù)組的初始值低于地表的最低高度，將每個網(wǎng)格向航跡方向投影，
[0035]以落在告警區(qū)域內(nèi)的地圖網(wǎng)格I和網(wǎng)格2為例，網(wǎng)格I的沿航跡方向的兩個頂點分別為Xl和X2，向航跡垂直方向進(jìn)行投影，那么投影點η的值先設(shè)置為網(wǎng)格I的高度值hl，同樣網(wǎng)格2與網(wǎng)格I投影在同一個投影點，這時候比較h2和hl，取其大者賦值給投影點h [η]，按照此方法直到把告警區(qū)域內(nèi)的所有網(wǎng)格進(jìn)行投影完畢，并保存到航跡數(shù)組中。確認(rèn)網(wǎng)格對應(yīng)的航跡數(shù)組下標(biāo)，將網(wǎng)格里的高度值與航跡數(shù)組中原有的高度值進(jìn)行比較，取兩者大值替換航跡數(shù)組中的數(shù)值。
【主權(quán)項】
1.一種機(jī)載前視地形預(yù)測和告警方法，其特征為:所述的方法包括如下步驟: 步驟一，將全球地形高程數(shù)據(jù)庫按照I瑋度*1經(jīng)度，的方式將地形高度數(shù)據(jù)存儲在360*180個文件中，其內(nèi)部為一定精度的網(wǎng)格形式，并載入設(shè)備的存儲系統(tǒng)； 步驟二，解析出每個文件中所攜帶的相應(yīng)經(jīng)瑋度值，并進(jìn)行快速排序； 步驟三，根據(jù)導(dǎo)航系統(tǒng)提供的飛機(jī)當(dāng)前經(jīng)瑋度信息，確定飛機(jī)所處的位置信息，并處理器一把包含飛機(jī)所處位置周圍地形高度數(shù)據(jù)的文件加載入內(nèi)存，加載完成后處理器一向處理器二發(fā)送中斷信號，處理器二從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)； 步驟四，在飛機(jī)的左右方向各延伸1/8海里，并按航跡方向向前延伸10km，得到矩形告警區(qū)域； 步驟五，將矩形告警區(qū)域包含的步驟三中讀取的網(wǎng)格狀地形高度數(shù)據(jù)按照航跡方向劃分為等距的航跡數(shù)組，數(shù)組的初始值低于地表的最低高度，將每個網(wǎng)格向航跡方向投影，確認(rèn)網(wǎng)格對應(yīng)的航跡數(shù)組下標(biāo)，將網(wǎng)格里的高度值與航跡數(shù)組中原有的高度值進(jìn)行比較，取兩者大值替換航跡數(shù)組中的數(shù)值； 步驟六，按照得到的航跡數(shù)組用距離和高度坐標(biāo)作為X軸和I軸繪制高度曲線；步驟七，將飛機(jī)采集到的高度值與高度曲線中對應(yīng)的數(shù)值進(jìn)行比較，并判斷是否超過閾值，如果超過則告警。
【專利摘要】本發(fā)明涉及航空電子技術(shù)，設(shè)計一種機(jī)載前視地形預(yù)測和告警方法。本發(fā)明系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前飛機(jī)的位置、姿態(tài)和高度等信息結(jié)合數(shù)字地形數(shù)據(jù)庫來計算未來一段飛機(jī)航跡方向的垂直剖面圖來定性或定量的分析飛機(jī)的安全情況。在繪制垂直剖面圖的過程中，先確定落于飛機(jī)前方預(yù)定軌跡范圍內(nèi)的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，而后采用了“垂直切面算法”(后述)繪制地形高度曲線。根據(jù)得到的經(jīng)緯度，從高程地形數(shù)據(jù)庫中計算得到相應(yīng)的高度數(shù)據(jù)。當(dāng)實時計算出垂直剖面高度曲線后，與系統(tǒng)內(nèi)置的各種狀態(tài)曲線的閾值比較，產(chǎn)生必要的告警。
【IPC分類】G08G5/04
【公開號】CN105679104
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】劉心剛, 鮑中, 楊雪菲
【申請人】中國航空工業(yè)集團(tuán)公司雷華電子技術(shù)研究所
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2014年11月21日