[发明专利]一种航空器自动近地防撞系统自适应飞行轨迹预测方法

说明书

本发明公开一种航空器自动近地防撞系统自适应飞行轨迹预测方法，包括以下步骤：步骤A：从飞行管理系统采集飞行状态及位置信息数据，作为步骤B状态输入量；步骤B：根据规避机动基础控制律对状态输入量进行解算得出基础输出；步骤C：利用基于泛函神经网络的干扰观测器对航空器模型的未建模动态不确定及外部干扰逼近得到补偿输出，采用鲁棒增益自适应调整的RC环节辅助控制得到补偿输出；步骤D：将步骤B和C输出之和作为飞行模型输入量，解算第i步长的状态和位置信息；本发明方法建立更完备的状态方程，改善飞行轨迹预测精度，降低Auto‑GCAS虚警率，提高Auto‑GCAS有效性，与飞行管理系统、飞行控制系统等航电系统相结合为航空器飞行安全提供了有力保障。

技术领域

本发明涉及航空控制技术领域，尤其是航空中应用的自动近地防撞类系统中涉及的一种自适应飞行轨迹预测技术，此类系统包括但不限于自动近地防撞系统、近地告警系统、地形提示与警告系统等具体产品。

背景技术

自动近地防撞系统(Auto Ground Collision Avoidance System,简称 Auto-GCAS)提高飞机飞行安全性，减小可控飞行撞地事故(Controlled Flight Into Terrain，简称CFIT)的航空电子系统。其核心是基于基于飞机的动力学特性，根据飞机当前状态信息，实时解算并预测飞机的飞行轨迹；利用机载数字地形数据，并根据飞机的飞行轨迹，通过地形扫描算法，实时解算出预计的撞地区域；通过撞地评估算法解算，将飞行轨迹与预计的撞地区域进行比对；在满足撞地评估阈值时，立即向飞控系统发出地面防撞的请求；在无驾驶员超控的情况下，触发飞机改平、拉起的机动，以确保飞行安全；同时，向驾驶舱显控系统发出地面防撞的告警信息。能够在飞行员高过载意识丧失或方位迷失等极端情况下，降低CFIT发生率，主要应用于高速飞行、大机动低空作战任务的战斗机。

Auto-GCAS在国内尚属于新技术，在国外已开展多年研究，并应用于战斗机，对飞行安全起到了重要作用。美国Lockheed Martin航空公司是全球主要的自动近地防撞系统设备的研发生产商。最新资料表明，2014年实现了美空军F-16战机的全面装配。同时，据美国空军飞行实验室(AFRL)2006年发布的题为“Fight/Attack Automatic CollisionAvoidance Systems Business Case”报告中指出，Auto-GCAS系统可以有效防止98％的CFIT发生，结合过去的战斗机 /攻击机的事故发生率，仅F-16型战机就可以降低$614,690,761的经济损失。发展Auto-GCAS系统具有重要的战略和经济意义。

Auto-GCAS相较于GPWS、TWAS等产品，取消了如过大下降速率、过大近地速率、起飞后掉高度、过大下滑道偏差告警、高度呼叫等基于无线电高度的基本告警模式，而只根据飞行预测轨迹与地形扫描生成包线进行算法评估，因而为了尽可能的减少虚警和漏警，对飞行预测轨迹的准确性和精确性都具有极高的要求。

然而在飞行轨迹预测解算过程中，由于非线性方程解算的累积误差、未建模动态不确定性和外部干扰力矩、大气环境(风切变、紊流)等因素都是建立飞行模型时需要解决又无法完全解决的问题，这将直接影响轨迹预测精度。因而发现一种可以改善数学模型，同时满足在线实时计算性能的，提高轨迹预测精度的方法具有重大意义。

发明内容

本发明公开了一种航空器自动近地防撞系统自适应飞行轨迹预测方法，航空器自动近地告警系统需要航空器在飞行过程中，在设定的时间周期内(如 40毫秒)，基于航空器飞行管理系统提供的当前状态和位置信息，利用已建立的六自由度十二状态非线性数学模型预测其未来一段短时间内(如5秒)执行规定的规避机动时的飞行轨迹，采用泛函神经网络干扰观测器逼近不确定和外部干扰，同时加入鲁棒增益自适应调整的RC环节改善飞行轨迹预测精度。

本发明提供了一种航空器自动近地告警系统自适应飞行轨迹预测方法，其特征在于，包括以下步骤：