CN105679104B - 一种机载前视地形预测和告警方法 - Google Patents

Abstract

本专利涉及航空电子技术，设计一种机载前视地形预测和告警方法。本发明系统根据当前飞机的位置、姿态和高度等信息结合数字地形数据库来计算未来一段飞机航迹方向的垂直剖面图来定性或定量的分析飞机的安全情况。在绘制垂直剖面图的过程中，先确定落于飞机前方预定轨迹范围内的经纬度数据，而后采用了“垂直切面算法”(后述)绘制地形高度曲线。根据得到的经纬度，从高程地形数据库中计算得到相应的高度数据。当实时计算出垂直剖面高度曲线后，与系统内置的各种状态曲线的阈值比较，产生必要的告警。

Description

一种机载前视地形预测和告警方法

技术领域

本专利涉及航空电子技术，设计一种机载前视地形预测和告警方法。

背景技术

在飞行中并非由于飞机本身故障或发动机失效等原因造成的飞机无意中的撞地或坠海事故称为可控飞行撞地(CFIT)事故。据国际民航组织(ICAO)统计，可控飞行撞地已经成为商用喷气飞机发生坠机事故、造成机毁人亡的主要原因。

1975年以前，世界范围内的商用喷气机群平均每年发生8次可控飞行撞地事故。为此有关部门研制了近地告警系统(GPWS)，为飞行员提供飞机以不安全形态危险接近地面的告警信号，提高机组的处境意识。统计数据表明，近地告警系统的广泛安装，大大减少了可控飞行撞地事故的发生。

近地告警系统(GPWS)是一种机载告警系统，它是在飞机接近地面(2500英尺以下)遇到不安全地形或风切变等恶劣气象条件时，提醒机组飞机正处于不安全的状态，并向驾驶员发出语音和视觉警告，直至驾驶员修正险情为止。

GPWS将其他系统传送来的飞机实际状态数据(无线电高度、气压高度、气压高度变化率、惯性垂直速度、下滑道偏离信号、选择的航向、跑道方位、襟翼和起落架位置等信号)与系统存储的飞机不安全状态的临界值相比较，若超出临界阈值，则发出相应的语音和视觉告警。

近地告警系统(GPWS)的不足：

1)GPWS不是一个全时的报警系统，它只在起飞和进近着陆阶段、且无线电高度低于2500英尺时发生作用。它主要依赖无线电高度工作，但无线电高度并不能全面的反映飞机前方的地形情况，当飞机飞向垂直陡峭的地形区域以及缓慢下降到颠簸不平的地面时不能提供告警。

2)GPWS属于现状型或反应式系统，无前视功能，即只有当飞机已经进入了对飞行构成威胁的环境中时才发出警告。因此GPWS提供警告的时间较晚，使飞行员没有足够的时间余量做出正确反应。据统计1988年至1995年期间，这个原因引发的CFIT事故占总空难数的41％。

3)不能提供地图数据的实时加载功能。伴随着世界日新月异的发展，高楼的建设层出不穷，机场附近的高层建筑也日趋增多，GPWS不能实现地图的实时加载功能，无法使地图实时更新，导致潜在危险增加。

发明内容

本发明的目的为：提供一种飞机从起飞到降落的全过程实时报警的方法。

本发明的技术方案为：所述的方法包括如下步骤：

步骤一，将全球地形高程数据库按照1纬度*1经度，的方式将地形高度数据存储在360*180个文件中，其内部为一定精度的网格形式，并载入设备的存储系统；

步骤二，解析出每个文件中所携带的相应经纬度值，并进行快速排序；

步骤三，根据导航系统提供的飞机当前经纬度信息，确定飞机所处的位置信息，并处理器一把包含飞机所处位置周围地形高度数据的文件加载入内存，加载完成后处理器一向处理器二发送中断信号，处理器二从内存中读取数据；

步骤四，在飞机的左右方向各延伸1/8海里，并按航迹方向向前延伸10km，得到矩形告警区域；

步骤五，将矩形告警区域包含的步骤三中读取的网格状地形高度数据按照航迹方向划分为等距的航迹数组，数组的初始值低于地表的最低高度，将每个网格向航迹方向投影，确认网格对应的航迹数组下标，将网格里的高度值与航迹数组中原有的高度值进行比较，取两者大值替换航迹数组中的数值；

步骤六，按照得到的航迹数组用距离和高度坐标作为x轴和y轴绘制高度曲线；

步骤七，将飞机采集到的高度值与高度曲线中对应的数值进行比较，并判断是否超过阈值，如果超过则告警。

本发明的有益效果为：本发明为飞机的起飞、飞行、降落提供了全程的保护，使得飞机的可控飞行撞地几率大大降低。本发明具有地形前视功能，可以有效增加飞行员的地形规避时间，进一步减少CFIT事故。

说明书附图

图1为：数据加载流程框图；

图2为矩形告警区域示意图；

图3为数据投影示意图；

图4为单个数据投影示意图。

具体实施方式

本发明系统根据当前飞机的位置、姿态和高度等信息结合数字地形数据库来计算未来一段飞机航迹方向的垂直剖面图来定性或定量的分析飞机的安全情况。在绘制垂直剖面图的过程中，先确定落于飞机前方预定轨迹范围内的经纬度数据，而后采用了“垂直切面算法”绘制地形高度曲线。根据得到的经纬度，从高程地形数据库中计算得到相应的高度数据。当实时计算出垂直剖面高度曲线后，与系统内置的各种状态曲线的阈值比较，产生必要的告警。

本发明系统在固态存储器中存入了全球地形高程数据库，地形数据库以大小为1纬度*1经度的分片文件形式存储，在机场等关键区域实现了高达90m*90m的分辨率。

地形数据库采用分片的形式存储，且系统具有快速实时搜索和加载分片文件的功能。如此，在地面维护中心即可轻松实现对特定经纬度数据的快速搜索和加载更新。

第一步，先加载全球地形高程数据库，数据库存储在360*180个文件中。每个点的经纬度信息可以通过实时计算得到，这样就可以节省大量存储空间。每个文件存储1纬度*1经度的地形高度数据。利用1纬度*1经度的数据形式有利于降低软件的使用内存，且方便数据的局部加载更新。每个地图文件以90m*90m的精度保存。

第二步，设备对数据文件进行逐个解析，以充分获取每个文件的信息。

第三步，根据解析得到的文件经纬度信息进行快速排序，以使系统随后通过经纬度信息对文件的定位更为准确快捷。

根据导航系统提供的飞机当前经纬度信息，确定飞机所处的位置信息，并把飞机周围的9幅地图数据加载进入内存。数据加载过程中使用了2个处理器的架构模式，如图1所示，处理器1不断的把飞机周围的地图数据加载进入内存，处理器2则从内存中取得数据并进行处理，从而加快数据的处理。

同时，从高度计获取飞机当前的高度值，并把飞机的高度值与地图读取的高度值进行比较，判断出相应的告警信息。其后，通过仪表着陆系统、飞行管理系统、大气数据计算机、接近电门电子组件和失速管理偏航阻尼器等系统提供的数据进行数据处理和视频处理，最后在显示器上显示地形信息和告警信息，同时发出音频告警。

将矩形告警区域包含的步骤三中读取的网格状地形高度数据，网格任何一部分包含在区域内即认为整个网格在区域内，进行处理。把航迹前方10KM平分成100份，然后初始化一高度数组h[100]，高度数组原数据全为-1000，网格沿航迹方向的两个顶点分别为X1和X2，向航迹方向进行投影，投影点为3和4。在图3中，网格投影在h[3]和h[4]中，那么h[3]和h[4]都赋值为h1。

数组的初始值低于地表的最低高度，将每个网格向航迹方向投影，

以落在告警区域内的地图网格1和网格2为例，网格1的沿航迹方向的两个顶点分别为X1和X2，向航迹方向进行投影，那么投影点n的值先设置为网格1的高度值h1，同样网格2与网格1投影在同一个投影点,这时候比较h2和h1，取其大者赋值给投影点h[n]，按照此方法直到把告警区域内的所有网格进行投影完毕，并保存到航迹数组中。确认网格对应的航迹数组下标，将网格里的高度值与航迹数组中原有的高度值进行比较，取两者大值替换航迹数组中的数值。

Claims (1)

1.一种机载前视地形预测和告警方法，其特征为：所述的方法包括如下步骤：

步骤一，将全球地形高程数据库按照1纬度*1经度的方式将地形高度数据存储在360*180个文件中，其内部为一定精度的网格形式，并载入设备的存储系统；

步骤二，解析出每个文件中所携带的相应经纬度值，并进行快速排序；

步骤三，根据导航系统提供的飞机当前经纬度信息，确定飞机所处的位置信息，处理器一把包含飞机所处位置周围地形高度数据的文件加载入内存，加载完成后处理器一向处理器二发送中断信号，处理器二从内存中读取数据；

步骤四，在飞机的左右方向各延伸1/8海里，并按航迹方向向前延伸10km，得到矩形告警区域；

步骤五，将矩形告警区域包含的步骤三中读取的网格状地形高度数据按照航迹方向划分为等距的航迹数组，数组的初始值低于地表的最低高度，将每个网格向航迹方向投影，确认网格对应的航迹数组下标，将网格里的高度值与航迹数组中原有的高度值进行比较，取两者大值替换航迹数组中的数值；

步骤六，按照得到的航迹数组用距离和高度坐标作为x轴和y轴绘制高度曲线；

步骤七，将飞机采集到的高度值与高度曲线中对应的数值进行比较，并判断采集到的高度值是否超过阈值，如果超过则告警。