一種機載前視地形預測和告警方法技術

本發明專利技術涉及航空電子技術，設計一種機載前視地形預測和告警方法。本發明專利技術系統根據當前飛機的位置、姿態和高度等信息結合數字地形數據庫來計算未來一段飛機航跡方向的垂直剖面圖來定性或定量的分析飛機的安全情況。在繪制垂直剖面圖的過程中，先確定落于飛機前方預定軌跡范圍內的經緯度數據，而后采用了“垂直切面算法”(后述)繪制地形高度曲線。根據得到的經緯度，從高程地形數據庫中計算得到相應的高度數據。當實時計算出垂直剖面高度曲線后，與系統內置的各種狀態曲線的閾值比較，產生必要的告警。

【技術實現步驟摘要】

本專利涉及航空電子技術，設計一種機載前視地形預測和告警方法。
技術介紹
在飛行中并非由于飛機本身故障或發動機失效等原因造成的飛機無意中的撞地或墜海事故稱為可控飛行撞地(CFIT)事故。據國際民航組織(ICAO)統計，可控飛行撞地已經成為商用噴氣飛機發生墜機事故、造成機毀人亡的主要原因。1975年以前，世界范圍內的商用噴氣機群平均每年發生8次可控飛行撞地事故。為此有關部門研制了近地告警系統(GPWS)，為飛行員提供飛機以不安全形態危險接近地面的告警信號，提高機組的處境意識。統計數據表明，近地告警系統的廣泛安裝，大大減少了可控飛行撞地事故的發生。近地告警系統(GPWS)是一種機載告警系統，它是在飛機接近地面(2500英尺以下)遇到不安全地形或風切變等惡劣氣象條件時，提醒機組飛機正處于不安全的狀態，并向駕駛員發出語音和視覺警告，直至駕駛員修正險情為止。GPWS將其他系統傳送來的飛機實際狀態數據(無線電高度、氣壓高度、氣壓高度變化率、慣性垂直速度、下滑道偏離信號、選擇的航向、跑道方位、襟翼和起落架位置等信號)與系統存儲的飛機不安全狀態的臨界值相比較，若超出臨界閾值，則發出相應的語音和視覺告警。近地告警系統(GPWS)的不足：1)GPWS不是一個全時的報警系統，它只在起飛和進近著陸階段、且無線電高度低于2500英尺時發生作用。它主要依賴無線電高度工作，但無線電高度并不能全面的反映飛機前方的地形情況，當飛機飛向垂直陡峭的地形區域以及緩慢下降到顛簸不平的地面時不能提供告警。2)GPWS屬于現狀型或反應式系統，無前視功能，即只有當飛機已經進入了對飛行構成威脅的環境中時才發出警告。因此GPWS提供警告的時間較晚，使飛行員沒有足夠的時間余量做出正確反應。據統計1988年至1995年期間，這個原因引發的CFIT事故占總空難數的41％。3)不能提供地圖數據的實時加載功能。伴隨著世界日新月異的發展，高樓的建設層出不窮，機場附近的高層建筑也日趨增多，GPWS不能實現地圖的實時加載功能，無法使地圖實時更新，導致潛在危險增加。
技術實現思路
本專利技術的目的為：提供一種飛機從起飛到降落的全過程實時報警的方法。本專利技術的技術方案為：所述的方法包括如下步驟：步驟一，將全球地形高程數據庫按照1緯度*1經度，的方式將地形高度數據存儲在360*180個文件中，其內部為一定精度的網格形式，并載入設備的存儲系統；步驟二，解析出每個文件中所攜帶的相應經緯度值，并進行快速排序；步驟三，根據導航系統提供的飛機當前經緯度信息，確定飛機所處的位置信息，并處理器一把包含飛機所處位置周圍地形高度數據的文件加載入內存，加載完成后處理器一向處理器二發送中斷信號，處理器二從內存中讀取數據；步驟四，在飛機的左右方向各延伸1/8海里，并按航跡方向向前延伸10km，得到矩形告警區域；步驟五，將矩形告警區域包含的步驟三中讀取的網格狀地形高度數據按照航跡方向劃分為等距的航跡數組，數組的初始值低于地表的最低高度，將每個網格向航跡方向投影，確認網格對應的航跡數組下標，將網格里的高度值與航跡數組中原有的高度值進行比較，取兩者大值替換航跡數組中的數值；步驟六，按照得到的航跡數組用距離和高度坐標作為x軸和y軸繪制高度曲線；步驟七，將飛機采集到的高度值與高度曲線中對應的數值進行比較，并判斷是否超過閾值，如果超過則告警。本專利技術的有益效果為：本專利技術為飛機的起飛、飛行、降落提供了全程的保護，使得飛機的可控飛行撞地幾率大大降低。本專利技術具有地形前視功能，可以有效增加飛行員的地形規避時間，進一步減少CFIT事故。說明書附圖圖1為：數據加載流程框圖；圖2為矩形告警區域示意圖；圖3為數據投影示意圖；圖4為單個數據投影示意圖。具體實施方式本專利技術系統根據當前飛機的位置、姿態和高度等信息結合數字地形數據庫來計算未來一段飛機航跡方向的垂直剖面圖來定性或定量的分析飛機的安全情況。在繪制垂直剖面圖的過程中，先確定落于飛機前方預定軌跡范圍內的經緯度數據，而后采用了“垂直切面算法”繪制地形高度曲線。根據得到的經緯度，從高程地形數據庫中計算得到相應的高度數據。當實時計算出垂直剖面高度曲線后，與系統內置的各種狀態曲線的閾值比較，產生必要的告警。本專利技術系統在固態存儲器中存入了全球地形高程數據庫，地形數據庫以大小為1緯度*1經度的分片文件形式存儲，在機場等關鍵區域實現了高達90m*90m的分辨率。地形數據庫采用分片的形式存儲，且系統具有快速實時搜索和加載分片文件的功能。如此，在地面維護中心即可輕松實現對特定經緯度數據的快速搜索和加載更新。第一步，先加載全球地形高程數據庫，數據庫存儲在360*180個文件中。每個點的經緯度信息可以通過實時計算得到，這樣就可以節省大量存儲空間。每個文件存儲1緯度*1經度的地形高度數據。利用1緯度*1經度的數據形式有利于降低軟件的使用內存，且方便數據的局部加載更新。每個地圖文件以90m*90m的精度保存。第二步，設備對數據文件進行逐個解析，以充分獲取每個文件的信息。第三步，根據解析得到的文件經緯度信息進行快速排序，以使系統隨后通過經緯度信息對文件的定位更為準確快捷。根據導航系統提供的飛機當前經緯度信息，確定飛機所處的位置信息，并把飛機周圍的9幅地圖數據加載進入內存。數據加載過程中使用了2個處理器的架構模式，如圖1所示，處理器1不斷的把飛機周圍的地圖數據加載進入內存，處理器2則從內存中取得數據并進行處理，從而加快數據的處理。同時，從高度計獲取飛機當前的高度值，并把飛機的高度值與地圖讀取的高度值進行比較，判斷出相應的告警信息。其后，通過儀表著陸系統、飛行管理系統、大氣數據計算機、接近電門電子組件和失速管理偏航阻尼器等系統提供的數據進行數據處理和視頻處理，最后在顯示器上顯示地形信息和告警信息，同時發出音頻告警。將矩形告警區域包含的步驟三中讀取的網格狀地形高度數據，網格任何一部分包含在區域內即認為整個網格在區域內，進行處理。把航跡前方10KM平分成100份，然后初始化一高度數組h[100]，高度數組原數據全為-1000，網格沿航跡方向的兩個頂點分別為X1和X2，向航跡垂直方向進行投影，投影點為3和4。在圖3中，網格投影在h[3]本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種機載前視地形預測和告警方法，其特征為：所述的方法包括如下步驟：步驟一，將全球地形高程數據庫按照1緯度*1經度，的方式將地形高度數據存儲在360*180個文件中，其內部為一定精度的網格形式，并載入設備的存儲系統；步驟二，解析出每個文件中所攜帶的相應經緯度值，并進行快速排序；步驟三，根據導航系統提供的飛機當前經緯度信息，確定飛機所處的位置信息，并處理器一把包含飛機所處位置周圍地形高度數據的文件加載入內存，加載完成后處理器一向處理器二發送中斷信號，處理器二從內存中讀取數據；步驟四，在飛機的左右方向各延伸1/8海里，并按航跡方向向前延伸10km，得到矩形告警區域；步驟五，將矩形告警區域包含的步驟三中讀取的網格狀地形高度數據按照航跡方向劃分為等距的航跡數組，數組的初始值低于地表的最低高度，將每個網格向航跡方向投影，確認網格對應的航跡數組下標，將網格里的高度值與航跡數組中原有的高度值進行比較，取兩者大值替換航跡數組中的數值；步驟六，按照得到的航跡數組用距離和高度坐標作為x軸和y軸繪制高度曲線；步驟七，將飛機采集到的高度值與高度曲線中對應的數值進行比較，并判斷是否超過閾值，如果超過則告警。

【技術特征摘要】
1.一種機載前視地形預測和告警方法，其特征為：所述的方法
包括如下步驟：
步驟一，將全球地形高程數據庫按照1緯度*1經度，的方式將
地形高度數據存儲在360*180個文件中，其內部為一定精度的網格形
式，并載入設備的存儲系統；
步驟二，解析出每個文件中所攜帶的相應經緯度值，并進行快速
排序；
步驟三，根據導航系統提供的飛機當前經緯度信息，確定飛機所
處的位置信息，并處理器一把包含飛機所處位置周圍地形高度數據的
文件加載入內存，加載完成后處理器一向處理器二發送中斷信號，處
理器二從內存中讀取數據；
步驟四，在飛機的左右...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉心剛，鮑中，楊雪菲，
申請(專利權)人：中國航空工業集團公司雷華電子技術研究所，
類型：發明
國別省市：江蘇;32