CN109992897A - 一种针对近地告警设备的无线电高度表仿真方法 - Google Patents

Abstract

一种针对近地告警设备的无线电高度表仿真方法，含有主控单元、解算单元和信号单元，所述的主控单元是一台工控机，用于接收用户指令并将其处理后转发给解算单元，解算单元是一台工控机，用于将收到的命令进行处理后并发给信号单元，解算单元内含解算软件，信号单元是一张可以发出ARINC429信号的板卡，安装在解算单元中用于发出高度表仿真信号；用户在主控单元上打开仿真软件，输入仿真飞行高度信息，仿真软件将输入的仿真飞行高度信息发送至解算单元中的解算软件，解算软件对该仿真高度信息进行处理形成仿真信息，并下发给信号单元，信号单元将收到的仿真信息翻译为ARINC429信号发送至近地告警设备作为仿真的高度信息。

Description

一种针对近地告警设备的无线电高度表仿真方法

技术领域

本发明涉及航空设备测试仿真技术，具体是无线电高度表的总线仿真，特别涉及于一种针对近地告警设备能够在地面仿真真实环境下高度信号数值特征的无线电高度表仿真方法。

背景技术

近地告警设备是一种机载设备，它在飞机飞行的各个阶段，接收和飞行状况有关的各种机载设备数据，利用自身的地形/障碍物数据库及近地告警算法进行告警计算和包络线校核，当预计到飞机存在撞山/坠地事故等危险时，给飞行机组提供视觉和听觉告警信息，并能把飞机周边地形信息输出到显控或仪表设备上显示。

随着近年来技术的发展，近地告警设备在越来越多的飞机上获得了装备，作为飞机生产厂家或机载设备研发生产厂家，往往需要对机载设备在装机前进行地面测试以确保其性能正常。在地面测试阶段，厂家需要模拟机载设备在飞机上收到的各种信号，使受测机载设备能够正常工作，同时在其正常工作的过程中对其进行性能测试以验证其功能并得出测试结果。

对于大多数近地告警设备来说，进行告警计算和包络线校核需要来自外部的高度信号。而在高度信号中，无线电高度表是最常用也最重要的高度信号来源之一，也是近地告警设备用于计算撞山/坠地危险的最主要依据。

实际飞行中，无线电高度表的高度信号数值往往会由于地面起伏或气流扰动，环境湿度过大等原因导致高度信号数值出现小幅不稳定扰动。近地告警设备为了能在无线电高度表输出的数值出现小幅不稳定扰动时正常工作，一般会在计算撞山/坠地危险时使用某种滤波算法对收到的高度信号数值进行处理，使自身能在高度信号数值出现小幅不稳定扰动时下进行工作。

但是，目前国内地面测试阶段的无线电高度表仿真，往往都是简单模拟一个不断线性上升或下降的高度数值对近地告警设备进行测试，无法测试近地告警设备在无线电高度表信号数值出现小幅不稳定扰动时的性能。而在实际情况中，近地告警设备在无线电高度表信号数值出现小幅不稳定扰动时的性能反而最为重要，因为飞行过程中出现险情时，机载设备输出的信号数值往往都会不稳定扰动。

所以，为了能够在地面对近地告警设备在无线电高度表信号数值出现小幅不稳定扰动时的性能进行测试，我们需要一种能够在地面仿真真实环境下高度信号数值特征的无线电高度表仿真方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对近地告警设备的无线电高度表仿真方法，以实现近地告警设备在高度信号不稳定情况下的性能测试。

一种针对近地告警设备的无线电高度表仿真方法，含有主控单元、解算单元和信号单元，其特征在于：1)所述的主控单元是一台工控机，内含仿真软件，用于接收用户指令并将其处理后转发给解算单元，解算单元是一台工控机，用于将收到的命令进行处理后并发给信号单元，解算单元内含解算软件，解算软件内有着实际飞行中记录下的各种飞行状态数值，该飞行状态数值包含不同航次飞行中无线电高度表所输出的高度信息，以及与高度信息对应的飞行过程中的飞机状态信息，信号单元是一张可以发出ARINC429信号的板卡，安装在解算单元中用于发出高度表仿真信号；2)用户在主控单元上打开仿真软件，输入仿真飞行高度信息，仿真软件将输入的仿真飞行高度信息发送至解算单元中的解算软件，解算软件对该仿真高度信息进行处理形成仿真信息，并下发给信号单元，信号单元将收到的仿真信息翻译为ARINC429信号发送至近地告警设备作为仿真的高度信息。

所述的解算单元的解算软件内储存有飞行状态数值，解算软件将储存的不同航次飞行高度的高度信息按照航次分开独立处理，处理过程如下：

1)建立坐标轴，高度作为纵坐标，时间作为横坐标，将每个航次的高度信息记录转化为以高度和时间为坐标的离散点，将这些离散点连接起来平滑后形成原始数据函数；

2)对原始数据函数求导数，根据导数值的变化将原始数据函数分割为多个原始数据子函数；

3)计算原始数据子函数的原始数据标示值，原始数据标示值包括原始数据子函数的横坐标最小值、横坐标最大值和导数值；

4)根据原始数据子函数对应的飞行高度信息和飞机状态信息，计算飞机理想高度值，将该飞机理想高度值和原始数据子函数对应的高度信息进行相减，得到了两者之间的差值，将该差值简称为环境影响值；

5)求出每个原始数据子函数的环境影响值，使其原始数据子函数、环境影响值、原始数据标示值相互对应。

解算软件收到用户输入的仿真飞行高度信息后，对其进行处理，处理过程如下：

1)建立坐标轴，高度作为纵坐标，时间作为横坐标，将用户输入的仿真飞行高度信息转化为以高度和时间为坐标的离散点，将这些离散点连接起来平滑后形成用户输入函数。

2)对用户输入函数求导数，根据导数值的变化将用户输入函数分割为多个用户输入子函数；

3)计算用户输入子函数的用户输入标示值，用户输入标示值包括用户输入子函数的横坐标最小值、横坐标最大值和导数值，用户输入子函数与用户输入标示值相互对应；

4)在所有原始数据标示值中搜索与用户输入标示值相差最小的原始数据标示值；

5)将原始数据标示值对应的环境影响值和用户输入子函数相加，获得一个仿真子函数，对所有的用户输入子函数进行上述操作，求得所有的仿真子函数，将所有仿真子函数拼接为仿真函数；

6)在仿真函数的横坐标上采样，将采样值作为仿真信息发送给信号单元，信号单元将采样值以ARINC429信号的形式发送至近地告警设备作为仿真的高度信息。

本发明与现有技术比较的有益效果在于：1)目前国内在近地告警设备测试中，对高度表的仿真均为简单的线性仿真，设置高度数值的起点终点及变化速率之后不做其他处理，无法模拟复杂环境下无线电高度表的数值扰动。用于近地告警设备测试环境、在地面仿真真实环境高度信号数值特征的无线电高度表仿真方法，国内处于空白情况。2)本方法可以在近地告警设备测试环境中对无线电高度表在真实环境下的信号扰动进行仿真，当前，大多数用于地面仿真的无线电高度表仿真方法，数值上都是简单的高度线性变化。无法模拟真实环境中飞机晃动或者高度表受潮时，高度表输出的高度数值出现不稳定情况下的数值。但是实际情况中飞机出现险情时，往往无线电高度表输出的高度数值会变得不稳定。测试这种情况下的近地告警设备能否正常工作，对于地面性能测试来说十分有意义。本方法可以在地面仿真环境一定程度模拟真实环境中的高度表数值输出，从而可以在地面仿真环境测试近地告警设备在真实环境下的工作能力。

以下结合实施例附图度本申请做进一步详细描述。

附图说明

图1是近地告警设备的无线电高度表仿真方法示意图

具体实施方式

如图所示，本申请的针对近地告警设备的无线电高度表仿真方法，含有主控单元、解算单元和信号单元。所述的主控单元是一台工控机，内含仿真软件，用于接收用户指令并将其处理后转发给解算单元，解算单元是一台工控机，用于将收到的命令进行处理后并发给信号单元，解算单元内含解算软件，解算软件内有着实际飞行中记录下的各种飞行状态数值，该飞行状态数值包含不同航次飞行中无线电高度表所输出的高度信息，以及与高度信息对应的飞行过程中的飞机状态信息，信号单元是一张可以发出ARINC429信号的板卡，安装在解算单元中用于发出高度表仿真信号。

使用时，用户在主控单元上打开仿真软件，选择和输入仿真高度的各种数值如高度的变化趋势，变化速率，变化起点终点，变化次数，变化间隔等仿真飞行高度信息后点击确定。

用户点击确定后，主控单元会将用户选择和输入的所有信息发送至解算单元，解算单元的解算软件内有着实际飞行中记录下的各种飞行状态数值，该飞行状态数值包含不同航次飞行中无线电高度表所输出的高度信息，以及与高度信息对应的飞行过程中的飞机状态信息，记录了在不同航次飞行中无线电高度表所输出的高度信息随时间变化情况。

仿真软件将输入的仿真飞行高度信息发送至解算单元中的解算软件，解算软件对该仿真高度信息进行处理形成仿真信息，并下发给信号单元，信号单元将收到的仿真信息翻译为ARINC429信号发送至近地告警设备作为仿真的高度信息。

解算软件首先将储存的不同航次飞行高度信息记录按照航次分开独立处理。处理过程如下：

1)建立坐标轴，高度作为纵坐标，单位为英尺，时间作为横坐标，单位为秒，均以0起始。将每个航次的高度数值记录转化为以高度和时间为坐标的离散点，将这些离散点连接起来平滑化之后可转化为由数学函数表达的函数式，我们将该函数式其称为原始数据函数。

2)对原始数据函数求导数，根据导数值的变化将原始数据函数分割为多个原始数据子函数。

实施中，最优的选择是当导数的值由2.3以上变为2.3以下或从2.3以下变为2.3以上时，就在这个变化点将原始数据函数进行分割变为两个子函数，子函数的时间坐标都以0起始，再对子函数重复上述行为，直到分割后的所有子函数不能再进行分割，我们将这些不能再分割的函数称之为原始数据子函数。

3)计算原始数据子函数的原始数据标示值，原始数据标示值包括原始数据子函数的横坐标最小值、横坐标最大值和导数值；

4)根据原始数据子函数对应的飞行高度信息和飞机状态信息，计算飞机理想高度值，将该飞机理想高度值和原始数据子函数对应的高度信息进行相减，得到了两者之间的差值，将该差值简称为环境影响值；

用这个原始数据子函数寻找对应的飞行高度信息和飞机状态信息。解算软件在对应的飞控数据中提取机头俯仰角度、发动机油门数据、襟翼状态、飞机油量，使用飞机油量可计算出飞机重量，使用油门和俯仰数据可得飞机垂直方向动力，使用襟翼数据可得飞机额外阻力值，使用这些数据计算理想状态下飞机的高度变化情况，将计算出的高度变化情况和原始数据子函数对应的高度数值记录进行相减，得到了两者之间的差值，我们将该差值简称为环境影响值。

5)求出每个原始数据子函数的环境影响值，使其原始数据子函数、环境影响值、原始数据标示值，使其一一对应。

解算软件收到用户输入的仿真飞行高度信息后，对其再进行处理，处理过程如下：

1)建立坐标轴，高度作为纵坐标，单位为英尺，时间作为横坐标，单位为秒，均以0起始。将用户输入的信息转化为以高度和时间为坐标的离散点，将这些离散点连接起来平滑化之后可转化为由数学函数表达的函数式，我们将该函数式其称为用户输入函数。

2)对用户输入函数求导数，根据导数值的变化将用户输入函数分割为多个用户输入子函数。实施中选择每当导数的值由2.3以上变为2.3以下或从2.3以下变为2.3以上时，就在这个变化点将用户输入函数进行分割变为两个子函数，子函数的时间坐标都以0起始，再对子函数重复上述行为，直到分割后的所有子函数不能再进行分割，我们将这些不能再分割的函数称之为用户输入子函数。按照用户输入子函数在用户输入函数中分割前横坐标上自左至右的位置以从小到大的序号排序，以方便日后将用户输入子函数恢复为用户输入函数。

3)我们对用户输入子函数求横坐标最小和最大时的坐标，并对其求导，我们将从用户输入子函数中求得的这三个值称为用户输入标示值。求出每个用户输入子函数的用户输入标示值，使其一一对应。

4)在所有原始数据标示值中搜索与用户输入标示值相差最小的原始数据标示值。求得所有用户输入标示值后，在所有原始数据标示值中一一搜索，搜索的标准是：原始数据标示值的一组数中，三个值都不超过要搜索的用户输入标示值的百分之五。如果搜索不到，则将百分之五上升百分之一再次进行搜索，直到搜索到。如果搜索到的原始数据标示值多于一组，则在原始数据标示值的搜索结果中选取与要搜索的用户输入标示值相差最小的那组数。

5)将原始数据标示值对应的环境影响值和用户输入子函数相加，获得一个仿真子函数，对所有的用户输入子函数进行上述操作，求得所有的仿真子函数，将所有仿真子函数拼接为仿真函数。用户输入标示值对应了一个用户输入子函数，原始数据标示值对应了一个环境影响值，求得与用户输入标示值对应的原始数据标示值后，将两者对应的环境影响值和用户输入子函数相加，获得一个新函数，我们称之为仿真子函数。对所有的用户输入子函数进行上述操作，求得所有的仿真子函数，按照用户输入子函数在用户输入函数中的位置，对仿真子函数进行拼接，拼接所得函数我们成为仿真函数。

6)在仿真函数的横坐标上采样，将采样值作为仿真信息发送给信号单元，信号单元将采样值以ARINC429信号的形式发送至近地告警设备作为仿真的高度信息。对仿真函数在横坐标上从零开始，以0.05为间隔采样直到对整个仿真函数完成采样，得到的采样值按照横坐标从小到大的顺序进行排序。以从小到大的顺序将这些采样值发送给信号单元，命令信号单元将这些采样值以ARINC429信号的形式发送至外部。

本方法可以在近地告警设备测试环境中对无线电高度表在真实环境下的信号扰动进行仿真，当前，大多数用于地面仿真的无线电高度表仿真方法，数值上都是简单的高度线性变化。无法模拟真实环境中飞机晃动或者高度表受潮时，高度表输出的高度数值出现不稳定情况下的数值。但是实际情况中飞机出现险情时，往往无线电高度表输出的高度数值会变得不稳定。测试这种情况下的近地告警设备能否正常工作，对于地面性能测试来说十分有意义。本方法可以在地面仿真环境一定程度模拟真实环境中的高度表数值输出，从而可以在地面仿真环境测试近地告警设备在真实环境下的工作能力。

Claims (5)

1.一种针对近地告警设备的无线电高度表仿真方法，含有主控单元、解算单元和信号单元，其特征在于：1)所述的主控单元是一台工控机，内含仿真软件，用于接收用户指令并将其处理后转发给解算单元，解算单元是一台工控机，用于将收到的命令进行处理后并发给信号单元，解算单元内含解算软件，解算软件内有着实际飞行中记录下的各种飞行状态数值，该飞行状态数值包含不同航次飞行中无线电高度表所输出的高度信息，以及与高度信息对应的飞行过程中的飞机状态信息，信号单元是一张可以发出ARINC429信号的板卡，安装在解算单元中用于发出高度表仿真信号；2)用户在主控单元上打开仿真软件，输入仿真飞行高度信息，仿真软件将输入的仿真飞行高度信息发送至解算单元中的解算软件，解算软件对该仿真高度信息进行处理形成仿真信息，并下发给信号单元，信号单元将收到的仿真信息翻译为ARINC429信号发送至近地告警设备作为仿真的高度信息。

2.如权利要求1所述的针对近地告警设备的无线电高度表仿真方法，其特征在于：所述的解算单元的解算软件内储存有飞行状态数值，解算软件将储存的不同航次飞行高度的高度信息按照航次分开独立处理，处理过程如下：

1)建立坐标轴，高度作为纵坐标，时间作为横坐标，将每个航次的高度信息记录转化为以高度和时间为坐标的离散点，将这些离散点连接起来平滑后形成原始数据函数；

2)对原始数据函数求导数，根据导数值的变化将原始数据函数分割为多个原始数据子函数；

3)计算原始数据子函数的原始数据标示值，原始数据标示值包括原始数据子函数的横坐标最小值、横坐标最大值和导数值；

4)根据原始数据子函数对应的飞行高度信息和飞机状态信息，计算飞机理想高度值，将该飞机理想高度值和原始数据子函数对应的高度信息进行相减，得到了两者之间的差值，将该差值简称为环境影响值；

5)求出每个原始数据子函数的环境影响值，使其原始数据子函数、环境影响值、原始数据标示值相互对应。

3.如权利要求2所述的针对近地告警设备的无线电高度表仿真方法，其特征在于，解算软件收到用户输入的仿真飞行高度信息后，对其进行处理，处理过程如下：

1)建立坐标轴，高度作为纵坐标，时间作为横坐标，将用户输入的仿真飞行高度信息转化为以高度和时间为坐标的离散点，将这些离散点连接起来平滑后形成用户输入函数。

2)对用户输入函数求导数，根据导数值的变化将用户输入函数分割为多个用户输入子函数；

3)计算用户输入子函数的用户输入标示值，用户输入标示值包括用户输入子函数的横坐标最小值、横坐标最大值和导数值，用户输入子函数与用户输入标示值相互对应；

4)在所有原始数据标示值中搜索与用户输入标示值相差最小的原始数据标示值；

5)将原始数据标示值对应的环境影响值和用户输入子函数相加，获得一个仿真子函数，对所有的用户输入子函数进行上述操作，求得所有的仿真子函数，将所有仿真子函数拼接为仿真函数；

6)在仿真函数的横坐标上采样，将采样值作为仿真信息发送给信号单元，信号单元将采样值以ARINC429信号的形式发送至近地告警设备作为仿真的高度信息。

4.如权利要求2所述的针对近地告警设备的无线电高度表仿真方法，其特征在于，所述的对原始数据函数求导数，当导数的值由2.3以上变为2.3以下或从2.3以下变为2.3以上时，就在这个变化点将原始数据函数进行分割变为两个子函数，子函数的时间坐标都以0起始，再对子函数重复上述行为，直到分割后的所有子函数不能再进行分割。

5.如权利要求3所述的针对近地告警设备的无线电高度表仿真方法，其特征在于，对用户输入函数求导数，当导数的值由2.3以上变为2.3以下或从2.3以下变为2.3以上时，就在这个变化点将用户输入函数进行分割变为两个子函数，子函数的时间坐标都以0起始，再对子函数重复上述行为，直到分割后的所有子函数不能再进行分割。