[发明专利]一种近地告警系统的阈值和包线设计方法

说明书

技术领域

本发明是一种应用于机载近地告警系统的阈值和包线设计方法，属于近地告警领域。

背景技术

近地告警系统(Ground Proximity Warning System，GPWS)是近年来广泛应用于军用和民用飞机的航电设备，其主要功能是判断飞机是否存在撞地危险，从而减少可控飞行撞地事故。当飞机存在撞地危险时，近地告警系统向机组人员提供告警指示，防止撞山坠地事故发生，有效提高飞行安全性。

近地告警的核心组成部分是告警计算，即根据机载交联设备提供的飞机位置等信息，进行告警计算，与设定的告警阈值与包线比较，判断飞机是否存在撞地危险，进而给出各种告警指示。近地告警系统的性能优劣主要在于告警计算与告警阈值的设计，即针对当前飞机的近地状况，提供及时的、合适的告警。

针对近地告警系统的性能，需要对告警阈值和包线进行设计与优化，但由于设计到地形高度的复杂多样性，对告警阈值和包线设计造成了一定难度。国内有近地告警系统阈值设计的相关技术研究，但大都是建立在不同地形数据下的大量重复仿真试验的基础上，过程繁琐、复杂耗时，不便于多样化机型近地告警系统的阈值与包线设计、以及实际飞行过程中的实时包线调制等。

发明内容

本发明的目的是改进现有近地告警系统阈值与包线设计的局限性，在建立地形高度的统计模型与状态转移模型的基础上，通过地形高度和航迹高度的比较，计算飞行过程中撞地危险发生的概率；结合近地告警系统的性能分析，提供一种近地告警系统的阈值和包线设计方法，为飞机提供及时有效、误警率较低的告警信息。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：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：地形高度本身具备马尔可夫特性，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，对这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。

其中步骤A中，报警后飞机逃逸飞行的航迹信息为：t＜t_yc时，h＝h₀+v₀·sinθ₀·t；t_yc＜t＜t_yc+t_1q时， t＞t_yc+t_1q时，

，其中，t为飞行时间，v₀为初始飞行速度，θ₀为初始航迹角，l₀初始水平距离，h₀为初始高度，t_yc为飞行员响应延迟时间，t_1q为飞机拉起时间，为飞机拉起时的航迹角变化率，θ_τ为飞机拉起结束后的航迹角。