[发明专利]一种基于误差理论的高精度航空器自动近地防撞系统地形扫描方法

说明书

本发明公开一种基于误差理论的航空器自动近地防撞系统高精度地形扫描方法，包含有以下步骤，步骤S1，获取导航数据（GPS/INS）、地形数据及其质量数据文件；步骤S2，预测航空器的飞行轨迹及精度；步骤S3，判别航空器的飞行模式；步骤S4，构建地形扫描区域；步骤S5，读取地形扫描区域内的地形数据；步骤S6，构建地形包线；以及，步骤S7，地形碰撞监测与规避。本发明的优点在于：实现碰撞监测与自动规避。从而降低系统的虚警率和误警率，提高自动近地防撞系统的可靠性，有效保障飞行安全。

技术领域

本发明涉及航空控制技术领域，尤其是飞行器中广泛应用的基于数字地形数据库的近地告警类设备所涉及的地形碰撞、地形规避技术，此类系统包括但不限于航空器近地告警设备、近地防撞系统、地形提示与警告系统以及综合环境监测系统等航电设备的具体产品。

背景技术

近地告警系统(GPWS)、地形感知和告警系统(TAWS)等航空器综合环境监测系统是航空器重要的机载系统设备，其工作原理如图1所示，系统基于导航设备(GPS/INS)提供的当前飞行状态参数，采用高精度的轨迹预测算法对飞行器的飞行状态进行预测，并将预测轨迹叠加到飞行区域的高精度地形数据上，并采用地形扫描算法读取机载数字高程模型(DEM)数据库及障碍物数据，获取航空器周边区域的地形及障碍物，然后采用碰撞评估算法对判断是否有地形及障碍物等入侵飞行轨迹。

当航空器接近地面、陡峭地形以及障碍物时，系统及时的发出语音或者灯光告警信息，避免航空器与地面或者障碍物碰撞，从而降低飞行器的可控飞行撞地事故(CFIT)，提高飞行员和航空器的安全。因此地形扫描算法是目前基于数字地形数据库的重要组成部分。

地形扫描算法的可靠性直接影响系统的准确性及稳定性。地形扫描区域的范围直接影响系统的虚警率及性能，过大的扫描宽度容易引起系统虚警，引起航空器不必须的规避机动，影响航空器任务执行，同时增加系统的计算时间；太小的扫描宽度则对航空器的保护不足，不能够有效的防止可控飞行撞地事故(CFIT)，因此必须建立严格的地形扫描算法。由于目前的地形扫描算法大多基于经验或者飞行数据建立的经验参数，缺乏严格的理论模型，因此有必要建立一种严格的地形扫描区域算法。

发明内容

本发明公开了一种基于误差理论的高精度航空器自动近地防撞系统地形扫描方法。在航空器飞行过程中首先基于航空器的导航控制数据(GPS/INS)、机载DEM地形数据及其质量数据文件，利用卡尔曼滤波模型，实现对航空器的飞行状态参数进行估计和精度评估，并基于当前的飞行状态参数完成对航空器的飞行模式进行识别；然后基于误差理论利用导航数据、轨迹数据以及地形数据的质量数据参数，获取地形扫描区域的宽度，获取地形扫描区域，并利用双线性插值算法实现地形扫描区域的地形数据及障碍物数据的读取；最后基于地形数据及障碍物数据库构建航空器轨迹方向的高精度2-D地形剖面，并基于误差模型生成地形包线，并基于地形包线数据和预测轨迹数据判断是否有地形或者障碍物入侵，实现碰撞监测与自动规避。从而降低系统的虚警率和误警率，提高自动近地防撞系统的可靠性，有效保障飞行安全。

本发明提供了一种基于误差理论的高精度航空器自动近地防撞系统地形扫描方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：导航数据(GPS/INS)、地形数据及其质量数据文件获取；

步骤B：航空器的飞行轨迹预测及精度评估；

步骤C：航空器的飞行模式判别；

步骤D：地形扫描区域构建；

步骤E：扫描区域地形数据读取；

步骤F：高精度地形包线构建；

步骤G:地形碰撞监测与规避。