CN109896046B

CN109896046B - 一种egpws前视预测告警功能测试方法

Info

Publication number: CN109896046B
Application number: CN201711313138.7A
Authority: CN
Inventors: 赵晓晴; 王键; 黄辕
Original assignee: Shanghai Aviation Electric Co Ltd
Current assignee: Shanghai Aviation Electric Co Ltd
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2023-06-30
Anticipated expiration: 2037-12-11
Also published as: CN109896046A

Abstract

本发明提供了一种EGPWS前视预测告警功能测试方法。所述方法包含将飞机在空间坐标系中的位置投影到二维飞机坐标系中，在二维飞机坐标系中确定飞机地速与经纬度的变化关系；建立二维地形坐标系，并选择待测试地形用例。将飞机位置、待测试地形用例统一于二维地形坐标系，并在二维地形坐标系中预测飞机飞行轨迹。根据飞机的即时航参数据，判断飞机预测轨迹与前方地形碰撞情况和EGPWS前视预测告警功能告警情况是否一致。

Description

一种EGPWS前视预测告警功能测试方法

技术领域

本发明涉及一种EGPWS前视预测告警功能测试方法。包括直升机直升机增强型近地告警系统、运输机增强型近地告警系统、轰炸机增强型近地告警系统等。

背景技术

前视预测告警是增强型近地告警系统告警功能的重要组成部分，能提供更长、更准确的碰撞预警，所以在增强型近地告警中越来越重要。前视预测告警主要依靠于地形数据库和飞机的飞行参数信息。在飞机飞行过程中，根据飞机的状态等信息，预测飞机的告警包线，并实时从地形数据库中读取一定范围内的地形信息，判断飞机当前位置与地形的相对高度关系，从而产生相应的告警。

由于前视预测告警算法相对复杂，需要一种较为智能、方便、准确的测试方法。本文提供了一种前视预测告警功能的测试方法，该方法根据飞机实时航参数据，预测飞机飞行轨迹；再读取绘制待测试地形，并将飞机实时位置、预测飞行轨迹、待测试地形统一于二维地形坐标中；通过观察飞机与地形碰撞情况以及EGPWS告警情况判断EGPWS的前视告警功能运行情况。该方法不仅可以定性测试前视预测告警功能是否存在故障，而且还可以直观的显示EGPWS中前视告警功能的实际运行情况及原理，可为前视预测告警功能的故障进行定位。

发明内容

由于前视预测告警算法复杂而且在EGPWS中占有重要地位，所以本发明设计一种EGPWS前视预测告警功能测试方法。

根据本发明，所述的一种EGPWS前视预测告警功能测试方法：

S1，将飞机在空间坐标系中的位置投影到二维飞机坐标系中，在二维飞机坐标系中确定飞机地速与经纬度的变化匹配关系；

S2，建立二维地形坐标系，选择待测试地形用例，在二维地形坐标系中显示待测地形用例；

S3，将飞机位置、待测试地形用例统一于二维地形坐标系，并在二维地形坐标系中预测飞机飞行轨迹；

S4，根据飞机的即时航参数据，判断飞机预测轨迹与前方地形碰撞情况和EGPWS前视预测告警功能告警情况是否一致。

因此，本发明中，如果飞机预测轨迹与前方地形发生碰撞时，EGPWS有相应的语音输出，说明EGPWS前视告警功能实现无问题；如果飞机预测轨迹与前方地形发生碰撞时，EGPWS输出告警语音提前或滞后，说明EGPWS前视告警功能实现存在问题。

进一步地，

二维飞机坐标系是分别以飞机当前经度、纬度作为横轴和纵轴。且假设飞机沿直线飞行飞向前方地形。

依靠下列公式计算飞机从起始点A(x₀，y₀)经过一段时间t后飞到飞到另一点B(x₁，y₁)：

D＝V_g×t

△x＝D·cosθ＝(x₁-x₀)×l

△y＝D·sinθ＝(y₁-y₀)×h

其中：

Vg代表飞机的地速；

D代表飞机在t时间段内飞行的轨迹在地面上的投影；

l:代表1经度代表的实际距离，l＝111cos(纬度数)km；

θ:代表飞机当前的磁航向，h＝111km；

设定飞机初始位置A(x₀，y₀)和t时间后的位置B(x₁，y₁)，计算相对应的地速。即计算飞机的地速与经纬度变化率的匹配关系。

进一步地，

EGPWS中存储高精度的地形数据库，前视告警功能是一种基于地形数据库的告警模式。确定待测试地形用例起始经纬度M(x′₀，y′₀)和终止经纬度N(x′₁，y′₁)。以待测试地形用例的起始经纬度作为二维地形坐标系原点、以距离待测地形用例起始坐标的距离为二维地形坐标系的横坐标、以待测地形用例的绝对气压高度作为二维地形坐标系的纵坐标，建立二维地形坐标系。

待测试地形的选取依据：最好选择孤立的高耸地形，避免此地形触发EGPWS其它告警功能。如果EGPWS前视告警包络线在机场附近或其他特殊区域附近进行调制，则尽量选择近机场或近某些特殊区域附近的高耸地形，这样可使测试更加全面。

选好待测试地形后，模拟飞机从待测试地形初始经纬度飞行至终止经纬度。在EGPWS内部地形数据库可查询飞机实时经经纬度所对应的地形高度，并记录飞机任意时刻经纬度所对应的地形高度。采用描点填充的方式在二维地形坐标系中显示待测试地形。

显示待测地形后，进一步地确定飞机飞行的起始、终止位置和待测试地形起始、终止位置：

飞机从起始点A(x₀，y₀)经过一段时间t后飞到飞到另一点B(x₁，y₁)。其中A(x₀，y₀)属于待测地形起始经纬度M和终止经纬度N内的任意一组经纬度。B(x₁，y₁)可以属于MN内的任意一组经纬度，也可以属于MN延长线上的任意一组经纬度。

进一步地

根据飞机初始经纬度计算飞机在二维地形坐标系中的对应位置，显示在二维地形坐标系中。

进一步地，

依靠下列公式预测并在二维地形坐标系中显示飞机飞行轨迹：

l₁＝V_ct₁cosγ_c

h_cd＝V_ct₁sin(-γ_c)

其中：

t₁表示告警预留时间，包含飞行员反应时间、舵机延迟时间等。

V_c代表飞机在C点速度；

γ_c代表飞机航迹倾角；

飞机从D点开始拉起动作，在E点处拉平，即垂直速度为0，此时为飞机的最低点位置。F点处飞机达到最大爬升角γ_max，整个拉起过程持续时间为t₂。此后直升机保持此运动状态，经t₃时间爬升到G点位置。假设整个DF段飞机以恒定的法向加速度a_n做拉起机动，有：

l₃＝V_ct₃cosγ_max

LAD＝l₁+l₂+l₃

其中：

l₂表示飞机从开始执行拉起机动到最大爬升角爬升状态的水平距离；

l₃表示飞机以γ_max等速爬升段的水平距离；

h_d表示飞机的最大下探高度；

△h表示飞机与地形保持的安全净空距离；

LAD表示飞机的前视预测距离；

最后，根据EGPWS前视告警语音和飞机预测轨迹与待测试地形碰撞时刻判断前视告警功能。

本发明的优势包括：

该测试方法结合语音以及视觉效果验证前视告警工作的好坏，测试方法更加智能，测试结果一目了然；

本发明的另一个优势包括：

可根据此发明可定位前视预测告警功能告警提前或告警滞后。

本发明的另一个优势包括：

本发明不仅测试前视预测告警功能，而且可以动态显示前视预测告警的内部实现原理。

附图说明

图1为二维飞机坐标系示意图；

图2二维地形坐标系中飞行轨迹、地形示意图；

图3为本发明的方法流程图。

具体实施方式

参考图1，二维飞机坐标系示意图。以飞机航参数据经度、纬度分别作为二维地形坐标系的横、纵坐标。飞机以地速为V_g、磁航向为θ，从起始位置A点经过时间t直线飞向B点。D为飞机飞行轨迹在地面上的投影。

依靠下列公式计算计算飞机地速和经纬度变化速率的关系：

D＝V_g×t

△x＝D·cosθ＝(x₁-x₀)×l

△y＝D·sinθ＝(y₁-y₀)×h

l:代表1经度代表的实际距离，l＝111cos(纬度数)km；

θ:代表飞机当前的磁航向，h＝111km；

测试人员可设置飞机初始位置A(x₀，y₀)、终止位置B(x₁，y₁)、地速V_g任意两个量即可确定飞机地速和经纬度变化速率的关系。

参考图2，确定飞机地速和经纬度变化速率的关系后，将飞机、待测试地形、飞行预测轨迹统一到二维地形坐标系。

粉色区域代表待测试地形；飞机当前位置位于H点；预测轨迹为CDEFG。飞机以速度为V_c、航迹倾角为γ_c经过t₁时间飞向D点。t₁表示告警预留时间，包含飞行员反应时间、舵机延迟时间等。

l₁＝V_ct₁cosγ_c

h_cd＝V_ct₁sin(-γ_c)

其中：

l₁表示飞机t₁时间段内的飞行的水平距离；

h_cd表示飞机t₁时间段内下降的垂直距离；

飞机从D点开始拉起动作，在E点处拉平，即垂直速度为0，此时为飞机的最低点位置。F点处飞机达到最大爬升角γ_max，整个拉起过程持续时间为t₂。此后直升机保持此运动状态，经t₃时间爬升到G点位置。假设整个DF段飞机以恒定的法向加速度a_n做拉起机动。由于飞机飞行过程中，与地形之间要保持一定的安全净空距离，所以引入△h表示飞机的安全净空距离。

l₃＝V_ct₃cosγ_max

LAD＝l₁+l₂+l₃

其中：

l₂表示直升机从开始执行拉起机动到最大爬升角爬升状态的水平距离；

l₃表示直升机以γ_max等速爬升段的水平距离；

h_d表示直升机的最大下探高度；

△h表示飞机与地形保持的安全净空距离；

LAD表示飞机的前视预测距离；

参考图3：一种EGPWS前视预测告警功能测试方法以框3-1建立二维飞机坐标系开始，分别以飞机当前经度、纬度作为二维飞机坐标系的横轴和纵轴，然后将飞机在空间坐标系中的位置投影到二维飞机坐标系中。

在框3-2处和3-3处，根据设置飞机初始位置和t时刻位置，确定飞机地速与经纬度的变化匹配关系；

因为EGPWS中存储高精度的地形数据库，前视告警功能是一种基于地形数据库的告警模式。确定待测试地形用例起始经纬度M(x′₀，y′₀)和终止经纬度N(x′₁，y′₁)。然后分别以待测试地形用例的起始经纬度作为原点、以距离待测试地形用例起始坐标的距离为横坐标、以待测试地形用例的绝对气压高度作为纵坐标建立二维地形坐标系如框3-4处。

选择孤立的高耸地形，避免此地形触发EGPWS其它告警功能。模拟飞机从待测试地形初始经纬度飞行至终止经纬度。在EGPWS内部地形数据库可查询飞机实时经经纬度所对应的地形高度，并记录飞机任意时刻经纬度所对应的地形高度。采用描点填充的方式在二维地形坐标系中显示待测试地形。

框3-5处在二维地形坐标系中预测飞机飞行轨迹，并在框3-6处将飞机位置、待测试地形用例、飞机飞行轨迹统一于二维地形坐标系内；

根据飞机的即时航参数据，在框3-7处判断飞机预测轨迹与前方地形碰撞情况和EGPWS前视预测告警功能告警情况是否一致。一致说明前视告警功能良好，不一致说明前视告警功能存在问题，有待改进。

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

1.一种EGPWS前视预测告警功能测试方法，其特征在于，包括：

步骤S1，将飞机在空间坐标系中的位置投影到二维飞机坐标系中，在二维飞机坐标系中确定飞机地速与经纬度的变化匹配关系；

步骤S2，建立二维地形坐标系，选择待测试地形用例，在二维地形坐标系中显示待测地形用例；

步骤S3，将飞机位置、待测试地形用例统一于二维地形坐标系，并在二维地形坐标系中预测飞机飞行轨迹；

步骤S4，根据飞机的即时航参数据，判断飞机预测轨迹与前方地形碰撞情况和EGPWS前视预测告警功能告警情况是否一致。

2.根据权利要求1所述的一种EGPWS前视预测告警功能测试方法，其特征在于，步骤S1中：

二维飞机坐标系是分别以飞机当前经度、纬度作为横轴和纵轴，且假设飞机沿直线飞行飞向前方地形。

3.根据权利要求2所述的一种EGPWS前视预测告警功能测试方法，其特征在于，步骤S1中：

D＝V_g×t

△x＝D·cosθ＝(x₁-x₀)×l

△y＝D·sinθ＝(y₁-y₀)×h

其中：

Vg代表飞机的地速；

D代表飞机在t时间段内飞行的轨迹在地面上的投影；

l代表1经度代表的实际距离；

θ代表飞机当前的磁航向。

4.根据权利要求3所述的一种EGPWS前视预测告警功能测试方法，其特征在于，1经度代表的实际距离为：l＝111cos(纬度数)km；

1纬度代表的实际距离为：h＝111km。

5.根据权利要求3所述的一种EGPWS前视预测告警功能测试方法，其特征在于，设定飞机初始位置A(x₀，y₀)和t时间后的位置B(x₁，y₁)，计算相对应的地速，即计算飞机的地速与经纬度变化率的匹配关系。

6.根据权利要求1所述的一种EGPWS前视预测告警功能测试方法，其特征在于，步骤S2中：

EGPWS中存储高精度的地形数据库，前视告警功能是一种基于地形数据库的告警模式，确定待测试地形用例起始经纬度M(x′₀，y′₀)和终止经纬度N(x′₀，y′₀)；以待测试地形用例的起始经纬度作为二维地形坐标系原点、以距离待测地形用例起始坐标的距离为二维地形坐标系的横坐标、以待测地形用例的绝对气压高度作为二维地形坐标系的纵坐标，建立二维地形坐标系。

7.根据权利要求1所述的一种EGPWS前视预测告警功能测试方法，其特征在于，在步骤S2中：

待测试地形的选取依据：选择孤立的高耸地形，避免此地形触发EGPWS其它告警功能，模拟飞机从待测试地形初始经纬度飞行至终止经纬度，在EGPWS内部地形数据库查询飞机实时经经纬度所对应的地形高度，并记录飞机任意时刻经纬度所对应的地形高度，采用描点填充的方式在二维地形坐标系中显示待测试地形。

8.根据权利要求3所述的一种EGPWS前视预测告警功能测试方法，其特征在于，在步骤S3中：

飞机从起始点A(x₀，y₀)经过一段时间t后飞到飞到另一点B(x₁，y₁)；其中

A(x₀，y₀)属于待测地形起始经纬度M和终止经纬度N内的任意一组经纬度；

B(x₁，y₁)属于MN内的任意一组经纬度或属于MN延长线上的任意一组经纬度。

9.根据权利要求1所述的一种EGPWS前视预测告警功能测试方法，其特征在于，在步骤S3中：

10.根据权利要求1所述的一种EGPWS前视预测告警功能测试方法，其特征在于，在步骤S3中：

依靠下列公式预测飞机飞行轨迹，

l₁＝V_ct₁cosγ_c

h_cd＝V_ct₁sin(-γ_c)

其中：

t₁表示告警预留时间，包含飞行员反应时间、舵机延迟时间；

V_c代表飞机在C点速度；

γ_c代表飞机航迹倾角；

飞机从D点开始拉起动作，在E点处拉平，即垂直速度为0，此时为飞机的最低点位置；F点处飞机达到最大爬升角γ_max，整个拉起过程持续时间为t₂；此后直升机保持此运动状态，经t₃时间爬升到G点位置；假设整个DF段飞机以恒定的法向加速度a_n做拉起机动，有：

l₃＝V_ct₃cosγ_max

LAD＝l₁+l₂+l₃

其中：

l₃表示飞机以γ_max等速爬升段的水平距离；

h_d表示飞机的最大下探高度；

△h表示飞机与地形保持的安全净空距离；

LAD表示飞机的前视预测距离。