CN105427678B - 基于高度和下降速度的直升机前视预测近地告警包线调制方法 - Google Patents

基于高度和下降速度的直升机前视预测近地告警包线调制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于高度和下降速度的直升机前视预测近地告警包线调制方法，包含有，S1：获取直升机地形意识及告警系统(HTAWS)的交联设备输入信息；S2：判断输入信息中的即时地速信号当前是否有效；S3：提供告警包线调制中所需表征直升机升降趋势的自变量γ，并以此生成前视预测近地告警包络线；以及，S4：判断直升机前方是否有地形或障碍物侵入前视预测近地告警包络线构成的告警范围内。本发明的优点在于，通过建立飞行姿态与告警策略的相关性，将不会对飞行产生实际威胁的地形或障碍物告警源排除在告警范围之外，拓展直升机近地机动自由度，减少对机组人员正常操作的干扰，提高近地高进可信度。

Description

基于高度和下降速度的直升机前视预测近地告警包线调制 方法
技术领域
本发明涉及直升机前视告警，具体涉及基于高度和下降速度的直升机前视预测近地告警包线调制方法。
背景技术
随着直升机在我国各行各业日益广泛的应用，对直升机地形意识及告警系统(HTAWS)的可靠性要求也日益迫切。直升机多变的任务类型，较低的飞行高度，易受到复杂气象条件影响的特点，都决定了HTAWS在避免直升机可控飞行撞地(CFIT)方面的重要作用。目前，HTAWS系统在前视预测方面主要通过输入即时飞参信息形成告警包络线，与地形数据库进行比对判断是否存在CFIT风险。上述飞参信息较多关注直升机的速度、位置与行进方向，但求囊括所有可能引发CFIT的危险类型，却未综合直升机当前航姿对告警范围加以调整。在复杂地形情况下容易产生虚警，干扰正常飞行操作，影响机组人员对该系统的信赖度。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中直升机地形意识及告警系统(HTAWS)易出现虚警误报的问题，提供一种新型的基于高度和下降速度的直升机前视预测近地告警包线调制方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：基于高度和下降速度的直升机前视预测近地告警包线调制方法，包含有，
S1：获取直升机地形意识及告警系统(HTAWS)的交联设备输入信息；
S2：判断输入信息中的即时地速信号当前是否有效；若即时地速信号当前有效，则启用S3进行前视预测近地告警包线调制步骤；若即时地速信号当前无效(交联信号超出值域或无信号)，则不启用S3；
S3：提供告警包线调制中所需表征直升机升降趋势的自变量γ，并以此生成前视预测近地告警包络线；以及，
S4：判断直升机前方是否有地形或障碍物侵入前视预测近地告警包络线构成的告警范围内；若直升机前方有地形或障碍物侵入告警范围内，则输出告警；若直升机前方未有地形或障碍物侵入告警范围内，则不输出告警。
作为基于高度和下降速度的直升机前视预测近地告警包线调制方法的优选方案，S3中包含有，
S31，每个计算周期内，依次判断如下信号的有效性：GPS/惯导天向速度信号、航迹倾角信号、大气机升降速率信号，以获得自变量γ；
S32，每个计算周期内，判断GPS/惯导高度信号的有效性，以获得下视距离Hcut；
S33，每个计算周期内，根据本周期计算与判断过程所得的自变量γ与下视距离Hcut生成前视预测近地告警包络线。
作为基于高度和下降速度的直升机前视预测近地告警包线调制方法的优选方案，S31中，若判断GPS/惯导天向速度信号有效，则将GPS/惯导天向速度信号的信号值导入至预设转换函数：
其中，vGPS/INE代表GPS/惯导天向速度，GS代表当前地速；
得到表征直升机升降趋势的包线调制所需自变量γ。
作为基于高度和下降速度的直升机前视预测近地告警包线调制方法的优选方案，S31中，若GPS/惯导天向速度信号无效，而航迹倾角信号有效，则将航迹倾角信号的信号值导直接用于表征直升机升降趋势的包线调制所需自变量γ。
作为基于高度和下降速度的直升机前视预测近地告警包线调制方法的优选方案，S31中，若GPS/惯导天向速度信号及航迹倾角信号均无效，而大气机升降速率信号有效，则将大气机升降速率信号的信号值导入至预设转换函数
其中HDOT代表大气机升降速率信号，GS代表当前地速；
得到表征直升机升降趋势的包线调制所需自变量γ。
作为基于高度和下降速度的直升机前视预测近地告警包线调制方法的优选方案，S31中，若GPS/惯导天向速度信号、航迹倾角信号及大气机升降速率信号均无效，则将当前告警包线调制判定失效并终止流程直到下一计算周期，且包线调制所需的升降趋势自变量γ置为0。
作为基于高度和下降速度的直升机前视预测近地告警包线调制方法的优选方案，若判断GPS/惯导高度信号有效，则将前视包络线下视距离Hcut为短值；若GPS/惯导高度信号无效，则由系统自动生成近地告警包线的下视距离Hcut，直到下一计算周期。
作为基于高度和下降速度的直升机前视预测近地告警包线调制方法的优选方案，S33中，若γ＞0，即直升机当前升降趋势为上升，告警包线包含有下边界、近直升机底边界及远直升机底边界；
下边界指自直升机始向正下方延伸且延伸距离为Hcut；
近直升机底边界自下边界的末端始向前下方延伸，其中，近直升机底边界的构成公式为：
γcut＝γ-6°
L＝(ΔH-Hcut)cotγcut
γcut为近直升机底边界与水平方向所形成的夹角，L为近直升机底边界的前向投影长，ΔH为固定预设值；
远直升机底边界自近直升机底边界的末端始向前上方延伸，其中，远直升机底边界的构成公式为：
γcut′＝γ
L’＝LAD-L
γcut′为远直升机底边界与水平方向所形成的夹角，L’为远直升机底边界的前向投影长，LAD为总前视预测近地告警距离。
作为基于高度和下降速度的直升机前视预测近地告警包线调制方法的优选方案，S33中，若γ≤0，即直升机当前升降趋势为非上升，告警包线包含有下边界、近直升机底边界及远直升机底边界；
下边界指自直升机始向正下方延伸且延伸距离为Hcut；
近直升机底边界自下边界的末端始向前下方延伸，其中，近直升机底边界的构成公式为：
γcut＝γ
L＝(ΔH-Hcut)cotγcut
γcut为近直升机底边界与水平方向所形成的夹角，L为近直升机底边界的前向投影长，ΔH为固定预设值；
远直升机底边界自近直升机底边界的末端始向前水平延伸。
与现有技术相比，本发明的优点至少包含下述：排除不会对飞行产生实际威胁的地形或障碍物告警源，能灵活应对多种飞行情况，减少对机组人员正常操作的干扰，提高可靠度。
附图说明
图1为本发明一实施例的逻辑流程图。
图2为本发明一实施例的一包络线调制示意图。
图3为本发明一实施例的另一包络线调制示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
参见图1，图中所示的是一种基于高度和下降速度的直升机前视预测近地告警包线调制方法，包含有以下步骤，
S1：获取直升机地形意识及告警系统(HTAWS)的交联设备输入信息。
S2：判断输入信息中的即时地速信号当前是否有效。若即时地速信号当前有效，则启用S3进行前视预测近地告警包线调制步骤。若即时地速信号当前无效(交联信号超出值域或无信号)，则不启用S3。
S3：所述前视预测近地告警包线调制步骤，提供包线调制所需自变量。其中，提供包线调制所需自变量，包含有，
S31，每个计算周期内，依次判断从机载航电设备获取的如下信号有效性：GPS/惯导天向速度信号、航迹倾角信号、大气机升降速率信号。如判断GPS/惯导天向速度信号有效，则将该信号值导入至预设转换函数：
(其中vGPS/INE代表GPS/惯导天向速度，GS代表当前地速)
得到表征直升机升降趋势的包线调制所需自变量γ。若GPS/惯导天向速度信号无效，即转入航迹倾角信号有效性判断。如判断航迹倾角信号有效，则将该信号值导直接用于表征直升机升降趋势的包线调制所需自变量γ。若航迹倾角信号无效，即转入大气机升降速率信号有效性判断。如判断大气机升降速率信号有效，则将该信号值导入至预设转换函数
(其中HDOT代表大气机升降速率信号，GS代表当前地速)
得到表征直升机升降趋势的包线调制所需自变量γ。若大气机升降速率信号无效，则判断当前包线调制失效并终止流程直到下一计算周期。此时，包线调制所需的升降趋势自变量γ置为0。
S32，每个计算周期内，判断从机载航电设备获取的GPS/惯导高度信号有效性。如判断GPS/惯导高度信号有效，则设前视包络线下视距离Hcut为短值。若GPS/惯导高度信号无效，则仍旧采用原有方程生成近地告警包线的下视距离Hcut，直到下一计算周期。
S33，每个计算周期内，根据本周期计算与判断过程所得的升降趋势与下视距离生成前视预测近地告警包络线，见图2、图3。其边界如下：
若γ＞0，即直升机当前升降趋势为上升，则首先使告警包线下边界指向直升机正下方首先下探Hcut构成前视告警的下视距离，随后在Hcut末端，包线转为向前方延伸。其近直升机底边界的构成公式为
γcut＝γ-6°
设总前视预测近地告警距离LAD，近直升机底边界前向投影长为L，则近直升机底边界直延伸到L＝(ΔH-Hcut)cotγcut为止(ΔH为固定预设值，视直升机机型而定，此处不赘)。而后转入远直升机底边界。在γ＞0情形下，远底边界的上抬角度为γ，一直延伸至其前向投影长度＝LAD-L。
若γ≤0，即直升机当前升降趋势为非上升，则首先使告警包线下边界指向直升机正下方首先下探Hcut构成前视告警的下视距离，随后在Hcut末端，包线转为向前方延伸。其近直升机底边界的构成公式为
γcut＝γ
设总前视预测近地告警距离LAD，近直升机底边界前向投影长为L，则近直升机底边界直延伸到L＝(ΔH-Hcut)cotγcut为止(ΔH为固定预设值，视直升机机型而定，此处不赘)。而后转入远直升机底边界。在γ≤0情形下，远底边界的上抬角度为0。
S4：判断直升机前方是否有地形或障碍物侵入前视预测告警范围内。若直升机前方有地形或障碍物侵入前视预测近地告警范围内，则输出告警。
使用方法如下：将前视预测近地告警包线调制方法以软件模块形式封装，内嵌于HTAWS系统主程序。
以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.基于高度和下降速度的直升机前视预测近地告警包线调制方法，其特征在于，包含有，
S1：获取直升机地形意识及告警系统(HTAWS)的交联设备输入信息；
S2：判断输入信息中的即时地速信号当前是否有效；若即时地速信号当前有效，则启用S3进行前视预测近地告警包线调制步骤；若即时地速信号当前无效，则不启用S3；
S3：提供告警包线调制中所需表征直升机升降趋势的自变量γ，并以此生成前视预测近地告警包络线；以及，
S4：判断直升机前方是否有地形或障碍物侵入前视预测近地告警包络线构成的告警范围内；若直升机前方有地形或障碍物侵入告警范围内，则输出告警；若直升机前方未有地形或障碍物侵入告警范围内，则不输出告警；
其中，提供包线调制所需自变量，包含有，
S31，每个计算周期内，依次判断从机载航电设备获取的如下信号有效性：GPS/惯导天向速度信号、航迹倾角信号、大气机升降速率信号；
若GPS/惯导天向速度信号有效，则将GPS/ 惯导天向速度信号的 信号值导入至预设转换函数：
其中，vGPS/INE代表GPS/惯导天向速度，GS代表当前地速，得到表征直升机升降趋势的包线调制所需自变量γ；
若GPS/惯导天向速度信号无效，而航迹倾角信号有效，则将航迹倾角信号的信号值导直接用于表征直升机升降趋势的包线调制所需自变量γ；
若GPS/惯导天向速度信号及航迹倾角信号均无效，而大气机升降速率信号有效，则将大气机升降速率信号的信号值导入至预设转换函数：
其中HDOT代表大气机升降速率信号，GS代表当前地速，得到表征直升机升降趋势的包线调制所需自变量γ；
若GPS/惯导天向速度信号、航迹倾角信号及大气机升降速率信号均无效，则将当前告警包线调制判定失效并终止流程直到下一计算周期，且包线调制所需的升降趋势自变量γ置为0；
S32，每个计算周期内，判断GPS/惯导高度信号有效性，以获得下视距离Hcut：若判断GPS/惯导高度信号有效，则设前视包络线下视距离Hcut；
若GPS/惯导高度信号无效，则仍旧采用原有方程生成近地告警包线的下视距离，直到下一计算周期；
S33，每个计算周期内，根据本周期计算与判断过程所得的自变量γ与下视距离Hcut生成前视预测近地告警包络线：
若γ＞0，即直升机当前升降趋势为上升，告警包线包含有下边界、近直升机底边界及远直升机底边界；
下边界指自直升机始向正下方延伸且延伸距离为Hcut；
近直升机底边界自下边界的末端始向前下方延伸，其中，近直升机底边界的构成公式为：
γcut＝γ-6°；
L＝(ΔH-Hcut)cot γcut；
γcut为近直升机底边界与水平方向所形成的夹角，L为近直升机底边界的前向投影长，ΔH为固定预设值；
远直升机底边界自近直升机底边界的末端始向前上方延伸，其中，远直升机底边界的构成公式为：
γcut'＝γ；
L’＝LAD-L；
γcut'为远直升机底边界与水平方向所形成的夹角，L’为远直升机底边界的前向投影长，LAD为总前视预测近地告警距离；
若γ≤0，即直升机当前升降趋势为非上升，告警包线包含有下边界、近直升机底边界及远直升机底边界；
下边界指自直升机始向正下方延伸且延伸距离为Hcut；
近直升机底边界自下边界的末端始向前下方延伸，其中，近直升机底边界的构成公式为：
γcut＝γ；
L＝(ΔH-Hcut)cotγcut；
γcut为近直升机底边界与水平方向所形成的夹角，L为近直升机底边界的前向投影长，ΔH为固定预设值；
远直升机底边界自近直升机底边界的末端始向前水平延伸。
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