[发明专利]一种近地告警系统的阈值和包线设计方法

权利要求书

1.一种近地告警系统的阈值和包线设计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：A、飞行航迹建模：利用飞机当前的位置和速度信息，对飞行员的响应延迟时间和飞机拉起过程进行建模，计算报警后飞机逃逸飞行的航迹信息；B、地形的统计特性建模：利用马尔可夫模型与实际地形数据的自相关函数特征匹配方法，直接采用马尔可夫模型对不同地形类型进行建模；C、地形的马尔可夫状态转移建模：将一定区域范围的地形高度划分为n个状态[y₀，y₁，…，y_n]，利用地形高度的马尔可夫性可以计算t时刻高度状态y_t转移到t+1时刻高度状态y_t+1的概率，建立地形高度的状态转移矩阵其中，p_ij＝P(y_t+1＝y_j|y_t＝y_i)，i，j∈1…n，y_i为n时刻的高度状态，y_j为n+1时刻的高度状态，计算经过n时刻的状态转移后地形高度的状态概率向量；D、在飞行过程中，根据计算获取t时刻飞机的高度，找到该时刻地形高度高于飞机高度的状态，对些高度状态的概率进行求和，即获得碰撞态的概率；对于无告警的情况，对飞机正常航迹进行仿真，可以获得无告警情况下飞机发生碰撞的概率，从而可以计算近地告警系统的误警率；对于有告警的情况，对飞机逃逸航迹进行仿真，可以获得有告警情况下飞机发生碰撞的概率，从而可以计算近地告警系统的成功告警率；根据上述仿真计算，可以获得误警率和成功告警率与不同初始条件的关系曲线，即近地告警系统的性能曲线；E、根据误警率和成功告警率与不同初始条件的关系曲线，寻找近地告警系统性能的最佳收益，即误警率低、成功告警率高，获得一定下降速率时最优的报警高度；根据不同下降速率的最优报警高度，获得系统的一系列告警阈值点，实现告警包线设计；

在步骤B和C中，飞行航迹剖面内对一维地形高度进行建模如下：y_n+1＝e^-βy_n+ξ_n，其均值为0、方差为σ²，ξ_n服从的正态分布；从而得到地形高度各个状态之间的转移概率可以用状态转移矩阵的形式表达：

其中，转移概率p_ij(n)表示n时刻由i状态转移到j状态的概率，其中，h_n为转移初始高度状态，h_n+1为转移目标高度状态，Δh为一个地形状态的高度区间，给定地形高度的初始状态概率向量y₀，经过n时刻的状态转移后，地形高度的状态概率向量如下：y_n＝T_n-1T_n-2…T₀y₀，获取n时刻地形高度的状态概率向量后，即可计算飞机碰撞发生的概率。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于步骤D中，采用成功告警率P(SA)与误警率P(UA)对近地告警系统进行定量的性能评估，给定初始时刻飞机处于各个高度状态的概率，根据飞机的正常飞行航迹以及系统的状态转移模型，可以获得在无告警情况下，t时刻飞机处于非碰撞态的概率，即在初始时刻飞机无需告警，该概率即为误警率；给定初始时刻飞机处于各个高度状态的概率，根据飞机的逃逸飞行航迹以及系统的状态转移模型，可以获得在有告警情况下，t时刻飞机处于非碰撞态的概率，即系统成功告警的概率。

3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于步骤E中，对于某初始飞行高度与速度，其最佳告警阈值对应于成功告警率与误警率的差值最大的最佳收益点，改变初始条件设置，获得一系列最佳告警阈值，这一组告警阈值点可构成了告警系统的最佳告警包络线。