專利名稱：為接近地面的飛機(jī)提供警報(bào)或報(bào)警信息的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為飛機(jī)提供警報(bào)或報(bào)警信息的方法和裝置，該飛機(jī)是在已知的起伏地形上面、尤其是在靠近降落跑道飛行的，報(bào)警是當(dāng)飛機(jī)的飛行軌跡可能與所述地形起伏相交時(shí)才提供。
早已證實(shí)，有必要為飛行中的飛機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)警報(bào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)探測(cè)到或顯示出飛機(jī)要接近起伏地形，這種接近起伏地形是很危險(xiǎn)的，(一般說來都是接近地面的起伏地形)。當(dāng)前，廣為流行的這種系統(tǒng)是GPWS即“Ground Proximity Warning System”。GPWS利用無線電測(cè)高計(jì)測(cè)量飛機(jī)相對(duì)于與其瞬間位置相垂直地面的高度。把這些無線電測(cè)高數(shù)據(jù)及其它方面的垂直速度參數(shù)(風(fēng)速氣壓垂直速度和無線電測(cè)高計(jì)測(cè)量的接近地面的速率)與不同的預(yù)定閾值進(jìn)行比較就可以起動(dòng)不同類型的視覺和音響警報(bào)。該警報(bào)可提醒駕駛員處于一種危險(xiǎn)狀態(tài)，如果對(duì)操縱不采取任何糾正措施就會(huì)造成很快要與地面相撞的危險(xiǎn)，校正操縱之后就可以使飛機(jī)很快就恢復(fù)到足以保證其安全的高度。這種系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是它常發(fā)出大量的虛警。
大家都知道還有另外一種此類系統(tǒng)，但該系統(tǒng)所依據(jù)的原理與GPWS所利用的原理不同，它是用來估算地面對(duì)飛機(jī)所出現(xiàn)的危險(xiǎn)程度。在這種情況下，按規(guī)定測(cè)量飛機(jī)的水平位置和垂直位置是用來計(jì)算出預(yù)計(jì)飛機(jī)在各個(gè)相繼測(cè)量的瞬間各種可能的軌跡變化，而且該系統(tǒng)還把這些軌跡的包跡線(envelope)和按照與地面相關(guān)的數(shù)據(jù)庫所描述的安全高度進(jìn)行比較，這些安全高度具體地是由預(yù)計(jì)軌跡所經(jīng)過的各種不同的地表高度所計(jì)算的。
測(cè)定出在軌跡包跡線與由地面相關(guān)數(shù)據(jù)庫所確定的安全量之間的交叉點(diǎn)就可以預(yù)計(jì)飛機(jī)在預(yù)先確定的時(shí)間間隔內(nèi)有離開安全高度范圍的危險(xiǎn)。那時(shí)就可發(fā)出警報(bào)或報(bào)警，以便提醒駕駛員所處的危險(xiǎn)狀態(tài)，好讓飛機(jī)盡可能相當(dāng)快地重新處在令人滿意的安全高度。
在這種系統(tǒng)中，與地面(地形)有關(guān)的數(shù)據(jù)庫是由安全高度的記錄組成的，這些安全高度對(duì)應(yīng)于描述地形狀況圖的表格中的每個(gè)格區(qū)。表格可指出整個(gè)地形表面一部分的特征，這些部分比如可以按地理坐標(biāo)標(biāo)注。在那種情況下表格就是由一個(gè)相互鄰接的格區(qū)網(wǎng)構(gòu)成的。在每個(gè)格區(qū)都有一個(gè)安全高度，此高度可保證在這一高度的最低限飛經(jīng)此格區(qū)都不會(huì)發(fā)生與該格區(qū)中所描繪的地形相撞。這種系統(tǒng)的主要不足之處就在于要求機(jī)組人員必須很快對(duì)可能引起一定數(shù)量虛警的某些起伏地形的快速變化參數(shù)進(jìn)行再處理(所說的一定數(shù)量可能較大)。
產(chǎn)生警報(bào)是以探測(cè)飛機(jī)飛行軌跡與單元(格區(qū))地形起伏之間的“沖突”相交為基礎(chǔ)的，該地形起伏是指與地面或地形有關(guān)的數(shù)據(jù)庫形式的地形起伏。
飛機(jī)的位置(根據(jù)坐標(biāo)OX，OY和OZ的)是對(duì)于1分鐘左右或更少一些(例如30秒或60秒)的最大額定預(yù)測(cè)時(shí)間，按照地面-速度矢量(相對(duì)地面的速度)方向，用外推法計(jì)算出來的。
這種時(shí)限是額定式地加以選擇的以便包括下面一些反應(yīng)時(shí)間-傳感器的反應(yīng)時(shí)間；-報(bào)警算法計(jì)算時(shí)間；-機(jī)組人員的反應(yīng)時(shí)間，這個(gè)時(shí)間與飛行階段有關(guān)，因?yàn)樵陲w行過程中警惕性是變化的；-在駕駛員的操縱與導(dǎo)向裝置起動(dòng)之間的反應(yīng)時(shí)間；-適于飛機(jī)最低性能的時(shí)間，這與外形設(shè)計(jì)有關(guān)(起落架、襟翼、尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)故障)；-與地形以外因素有關(guān)的時(shí)間。
飛機(jī)飛行軌跡的預(yù)測(cè)是由計(jì)算三維軌跡預(yù)計(jì)段所得到的。這主要在于沿著飛機(jī)的地面-速度矢量進(jìn)行線性外推法，也就是說正切于軌跡的外推。由此，人們可確定出飛機(jī)在外推時(shí)間內(nèi)可飛越的地形起伏單元。對(duì)于每個(gè)飛經(jīng)的格區(qū)來說，可計(jì)算出飛機(jī)進(jìn)入和離開該格區(qū)的預(yù)計(jì)高度，計(jì)算時(shí)要利用飛機(jī)的垂直速度Vz。當(dāng)飛機(jī)的外推軌跡段與地形圖(表格)格區(qū)相交時(shí)，與此同時(shí)預(yù)計(jì)高度低于有關(guān)地形區(qū)的高度，就發(fā)出報(bào)警。
不可避免的是，在飛機(jī)著陸階段、輪子觸到地面之前，飛機(jī)要在軌跡預(yù)計(jì)段與地面相交的瞬間達(dá)到預(yù)計(jì)軌跡。這種警報(bào)是一種所謂的令人討厭的報(bào)警，因?yàn)樗窃陲w機(jī)正常飛行狀態(tài)發(fā)生的，駕駛員正著手降落。
該信號(hào)對(duì)駕駛員來說是有妨礙的，因?yàn)轳{駛員習(xí)慣于以某種方式快速地有所反應(yīng)。然而，如果處理報(bào)警不是專門的并對(duì)要進(jìn)行保護(hù)性措施的動(dòng)作類型(在此情況下等于沒有起作用)造成混亂，其動(dòng)作的有效性會(huì)因?yàn)椴惶旖荻档汀?br> 本發(fā)明的目的就是克服這種缺點(diǎn)。
為此，本發(fā)明方法是當(dāng)飛機(jī)的飛行軌跡可能與所述地形起伏相交時(shí)，為在已知起伏地形上面、尤其是在靠近該飛機(jī)降落跑道飛行的飛機(jī)提供警報(bào)或報(bào)警信息，該方法在于-對(duì)所述的地形建立地理坐標(biāo)網(wǎng)格，其中每個(gè)格區(qū)都有一個(gè)確定的地形起伏，-預(yù)示飛機(jī)在預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)的飛行軌跡，-判定在所述飛行軌跡與至少一個(gè)所謂格區(qū)的地形起伏之間可能的相關(guān)，并-根據(jù)所述的判定結(jié)果發(fā)出警報(bào)或報(bào)警，根據(jù)本發(fā)明，該方法的特征在于要在與所謂預(yù)計(jì)飛行軌跡交叉的表格格區(qū)與包含飛機(jī)降落跑道的格區(qū)之間進(jìn)行比較，使得，如果由所述比較提供的信息為負(fù)則警報(bào)或報(bào)警可能被起動(dòng)，而如果由所述比較提供的信息為正，另外，下面的一些條件如果同時(shí)都滿足的話，則警報(bào)或報(bào)警就受到抑制(鎖閉)。
-飛機(jī)相對(duì)地面的速度低于或等于預(yù)定的閾值，-飛機(jī)相對(duì)地面的高度低于或等于預(yù)定的閾值，-飛機(jī)至少基本上處在降落跑道的軸線(中心線)內(nèi)，-飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)的外形狀況要適應(yīng)于飛機(jī)的著陸階段。
因此，人們確定出一些準(zhǔn)則(判據(jù))，這些準(zhǔn)則可以探測(cè)到飛機(jī)接近地面是在降落跑道的著陸區(qū)進(jìn)行的，而同時(shí)，一切正常的降落條件都滿足了。另外，警報(bào)和報(bào)警的中止(抑制)要超前起作用，足夠的超前時(shí)間要最多等于預(yù)示飛行軌跡所選定的時(shí)間間隔(例如30秒)。
有利的是，對(duì)于一種指定的地形來說，在包括在這一地形內(nèi)的一條或多條降落跑道附近，可建立一種比其它別處有更細(xì)分格區(qū)的表格。
優(yōu)選地是，作為與降落階段有關(guān)的飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)的外形狀態(tài)的情況，可考慮如下準(zhǔn)則拉出的縫翼和副翼、以及放下的起落架。
本發(fā)明還涉及采用上述方法為飛機(jī)提供警報(bào)或報(bào)警信息的裝置，該飛機(jī)是在已知起伏地形上面、尤其是在所述飛機(jī)降落跑道附近飛行的，信息是當(dāng)飛機(jī)的飛行軌跡可能與所述地形起伏相交時(shí)才提供該信息，該裝置包括-對(duì)于所述地形可建立地理坐標(biāo)表網(wǎng)格的設(shè)備，其網(wǎng)格中的每個(gè)格區(qū)都有一種確定的地形起伏，-可預(yù)示飛機(jī)在預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)飛行軌跡的設(shè)備，-可測(cè)定在上述預(yù)示軌跡與至少一個(gè)所述格區(qū)起伏地形之間交叉的設(shè)備，以及-在上述測(cè)定設(shè)備的作用下能起動(dòng)的警報(bào)或報(bào)警設(shè)備，該裝置的特征在于在所述測(cè)定設(shè)備與所述警報(bào)或報(bào)警設(shè)備之間，它還包括一個(gè)比較設(shè)備(比較器)，比較是在由與所述預(yù)示軌跡相交的上述網(wǎng)格的格區(qū)與包括飛機(jī)降落跑道的格區(qū)之間進(jìn)行的，比如，如果由所述比較設(shè)備所提供的信息為負(fù)，上述警報(bào)或報(bào)警設(shè)備就可能被起動(dòng)，而如果由所述比較設(shè)備所提供的信息為正，另外如果下面的條件都同時(shí)滿足了，則所述警報(bào)或報(bào)警設(shè)備就被抑制(鎖定)了-飛機(jī)相對(duì)地面的速度低于或等于預(yù)定閾值，-飛機(jī)相對(duì)地面的高度低于或等于預(yù)定閾值，-飛機(jī)至少基本上處于降落跑道的軸線內(nèi)，-飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)外形狀態(tài)要適應(yīng)于飛機(jī)的降落階段。
有利的是，在所述的比較器與所述的警報(bào)或報(bào)警設(shè)備之間設(shè)計(jì)一個(gè)邏輯單元，比如有一個(gè)ET(“與”)門，其輸入端接收由所述比較器提供的當(dāng)其信息為正時(shí)的信息，還接收與飛機(jī)的狀態(tài)和外形有關(guān)的條件，而其輸出端與所述的警報(bào)或報(bào)警設(shè)備相連。
一些附圖可使人們更好地理解本發(fā)明怎樣才能夠?qū)嵤?br>

圖1是本發(fā)明裝置的總體示意圖。
圖2表示的是地理坐標(biāo)網(wǎng)格圖，其中某些確定地形起伏的格區(qū)被飛機(jī)的預(yù)示軌跡段所橫穿。
圖3和4，與圖2的網(wǎng)格有關(guān)，分別以垂直投影的方式描述了所述的預(yù)計(jì)軌跡段與所述軌跡格區(qū)起伏地形相交和不相交的情況。
圖5表示的是在飛機(jī)降落跑道附近與圖2相類似的一種網(wǎng)格圖。
圖6是圖5的正視直觀圖。
參見圖1，當(dāng)飛機(jī)飛行軌跡可能與所述起伏地形相交時(shí)為飛行在已知起伏地形上面，尤其是在接近該飛機(jī)降落跑道的飛機(jī)提供報(bào)警或警報(bào)信息的裝置，它包括
-對(duì)所述地形建立地理坐標(biāo)網(wǎng)格的設(shè)備2，其中每個(gè)格區(qū)都有一種確定的地形起伏，-在預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)預(yù)示飛機(jī)飛行軌跡的預(yù)示設(shè)備3，-判定在所述預(yù)定軌跡與至少一個(gè)所謂格區(qū)地形起伏之間有可能出現(xiàn)交叉的測(cè)定設(shè)備4，所述測(cè)定設(shè)備4分別通過連線5和6與建立網(wǎng)格圖的設(shè)備2及軌跡預(yù)示設(shè)備3相連接。
-警報(bào)或報(bào)警設(shè)備7，它可在所述測(cè)定設(shè)備4的作用下被起動(dòng)，是由連線8與測(cè)定設(shè)備4相連的。
更確切地說，通過將在初始時(shí)刻與飛機(jī)位置有關(guān)的信息緯度9，經(jīng)度10，高度11；在所考慮的時(shí)間間隔12，按飛機(jī)相對(duì)地面的速度13輸入進(jìn)預(yù)示設(shè)備3中，可以在預(yù)定的時(shí)間間隔預(yù)計(jì)飛機(jī)的飛行軌跡。
圖2表示的是地理坐標(biāo)LA、LO的網(wǎng)格圖G，其中某些是特定起伏地形R的格區(qū)M(如在圖3和4上所看到的那樣)被飛機(jī)A的從位置Po到位置Pt預(yù)示軌跡段T經(jīng)過。正如前面所指出的那樣，可利用單一的軌跡預(yù)計(jì)模式，它考慮的是飛機(jī)在預(yù)定的外推時(shí)間t內(nèi)(例如等于30秒)的地面-速度矢量的外推。
根據(jù)這樣預(yù)示的軌跡段及經(jīng)過的格區(qū)內(nèi)的起伏地形，人們可預(yù)測(cè)到是否存在危險(xiǎn)(圖4)，或不存在危險(xiǎn)(圖3)，存在危險(xiǎn)就是飛機(jī)A的預(yù)計(jì)軌跡T與一個(gè)格區(qū)的起伏地形相交，而且這可以借助于此時(shí)發(fā)出的警報(bào)或報(bào)警以足夠的提前時(shí)間及時(shí)地對(duì)之修正。
然而，正如圖5和6所表示的那樣，這種處理方式會(huì)不可避免地在降落跑道B附近出現(xiàn)飛機(jī)A的預(yù)計(jì)軌跡T將要“碰到”地面，與此同時(shí)就發(fā)出了不適時(shí)的警報(bào)或報(bào)警。
為了克服這種缺點(diǎn)，本發(fā)明裝置1包括(圖1)在測(cè)定設(shè)備4與警報(bào)或報(bào)警設(shè)備7之間按有比較設(shè)備14，它是在與預(yù)計(jì)軌跡T相交的網(wǎng)格G的格區(qū)與包含了飛機(jī)A降落跑道B的格區(qū)之間進(jìn)行比較的，使得，比如若由比較設(shè)備14所提供的信息(比較設(shè)備用連線15與網(wǎng)格制定設(shè)備2相連)為負(fù)(還沒有與跑道格區(qū)“交叉”)，則警報(bào)或報(bào)警設(shè)備就可能處于被激發(fā)的狀態(tài)，而，如果由比較設(shè)備14所提供的信息為正(存在與跑道格區(qū)的“交叉”)以及另外若還滿足下面一些條件，則警報(bào)或報(bào)警設(shè)備就受到禁止-飛機(jī)相對(duì)地面的速度低于或等于預(yù)定閾值(地面-速度低于或等于在著陸過程中所允許的最大速度)，-飛機(jī)相對(duì)地面的高度低于或等于預(yù)定閾值(低于或等于在著陸過程中決定的最大高度)，-飛機(jī)至少基本上處于降落跑道的軸線中(在軸線兩側(cè)有一定的范圍(寬度)以便可考慮在該軸線上任何類型的著陸)，-飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)外形結(jié)構(gòu)要適應(yīng)該飛機(jī)的降落階段的變化(展開的縫翼和襟翼、放下的起落架)。
正如在圖1上所看到的那樣，這些不同的信息都被傳輸?shù)健芭c”門16的輸入端，即-經(jīng)連線17的正比較，-經(jīng)連線18的飛機(jī)速度，-經(jīng)連線19的飛機(jī)高度，-經(jīng)連線20的飛機(jī)航向，-經(jīng)連線21的飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)外形結(jié)構(gòu)狀態(tài)，-經(jīng)連線22的起落架外形狀態(tài)。
所有這些條件都同時(shí)滿足了，警報(bào)或報(bào)警就被抑制(鎖閉)(在“與”門16輸出端及警報(bào)或報(bào)警設(shè)備7之間經(jīng)連接線23連接)。對(duì)于駕駛員來說，這就表現(xiàn)為沒有視覺和音響的報(bào)警信息。這樣，警報(bào)的閉鎖(抑制)要提前起作用，提前的時(shí)間最多可等于對(duì)飛行軌跡所選擇的外推時(shí)間，如前面所指出的那樣、比如是30秒。
應(yīng)另外指出的是在靠近降落跑道附近，確定起伏地形的地理坐標(biāo)圖(網(wǎng)格)應(yīng)該是基本的。換句話說，那時(shí)必需在直接靠近跑道的地方有足夠細(xì)分的網(wǎng)格，以便提高精確度以清晰地確定是否對(duì)準(zhǔn)跑道。
權(quán)利要求
1.為在已知起伏地形上面飛行的飛機(jī)，尤其是在該飛機(jī)降落跑道附近飛行的飛機(jī)提供警報(bào)或報(bào)警信息的方法，報(bào)警信息是當(dāng)該飛機(jī)的飛行軌跡可能與所述已知起伏地形相交時(shí)才提供，其中-對(duì)所述起伏地形建立地理坐標(biāo)網(wǎng)格圖，其中每個(gè)網(wǎng)格都具有一種確定的地形起伏，-預(yù)示飛機(jī)在預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)的飛行軌跡，-測(cè)定在所述飛行軌跡與至少一個(gè)所述網(wǎng)格地形起伏之間可能交叉，以及-根據(jù)上述測(cè)定的結(jié)果發(fā)出警報(bào)或報(bào)警，其特征在于在與所述預(yù)示軌跡相交的坐標(biāo)網(wǎng)格與包含飛行降落跑道的網(wǎng)格之間進(jìn)行比較，以使，如果由該比較所提供的信息為負(fù)，則警報(bào)或報(bào)警可能被起動(dòng)，而如果由上述比較所提供的信息為正，此外，如果以下一些條件都同時(shí)得到滿足，，則警報(bào)或報(bào)警就被鎖閉(抑制)-飛機(jī)相對(duì)地面的速度低于或等于預(yù)定閾值，-飛機(jī)相對(duì)地面的高度低于或等于預(yù)定閾值，-飛機(jī)至少基本處在降落跑道的軸線內(nèi)，而且-飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)外形結(jié)構(gòu)要適于該飛機(jī)的降落階段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)于一種指定的起伏地形來說，在包含在該地形中的一條或多條降落跑道附近，要制成一種比其它別處更細(xì)分的網(wǎng)格圖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于作為與降落階段有關(guān)的飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)外形結(jié)構(gòu)條件，可考慮以下標(biāo)準(zhǔn)(判據(jù))展開的縫翼和襟翼，以及放下的起落架。
4.采用根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述方法，為在已知起伏地形上面飛行，尤其是在靠近該飛機(jī)降落跑道飛行的飛機(jī)提供警報(bào)或報(bào)警信息的裝置，報(bào)警信息是當(dāng)飛機(jī)的飛行軌跡可能與所述起伏地形相交時(shí)才提供，該裝置包括-對(duì)于所述起伏地形制定地理坐標(biāo)網(wǎng)格圖的設(shè)備，其中每個(gè)格區(qū)都有一種確定的起伏地形，-在預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)預(yù)示飛機(jī)飛行軌跡的設(shè)備，-測(cè)定在所述預(yù)示軌跡與至少一個(gè)所述格區(qū)的起伏地形之間可能出現(xiàn)交叉的設(shè)備，以及-在所述測(cè)定設(shè)備的作用下可能被起動(dòng)的警報(bào)或報(bào)警設(shè)備。該裝置的特征在于在所述測(cè)定設(shè)備(4)與所述警報(bào)或報(bào)警設(shè)備(7)之間還包括比較設(shè)備(比較器)(14)，主要是在與所述預(yù)示軌跡所截?cái)嗟乃^地理坐標(biāo)圖的格區(qū)與包含飛機(jī)降落跑道的格區(qū)之間進(jìn)行比較，從而，如果由所述比較設(shè)備(14)所提供的信息為負(fù)，則所述警報(bào)或報(bào)警設(shè)備(7)就可能處在被起動(dòng)狀態(tài)，而如果由比較設(shè)備(14)所提供的信息為正，另外，如果下面一些條件同時(shí)得到滿足，則所述警報(bào)或報(bào)警設(shè)備(7)就被鎖閉-飛機(jī)相對(duì)地面的速度低于或等于預(yù)定閾值，-飛機(jī)相對(duì)地面的高度低于或等于預(yù)定閾值，-飛機(jī)至少基本上處在降落跑道的軸線(中心線)范圍內(nèi)，而且-飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)外形結(jié)構(gòu)狀態(tài)要適應(yīng)于該飛機(jī)的降落階段。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于在所述的比較設(shè)備(14)與所述的警報(bào)或報(bào)警設(shè)備(7)之間該裝置還設(shè)有一種邏輯單元，比如一個(gè)“與”門(16)，其輸入端接收由比較設(shè)備(14)所提供的當(dāng)其為正值時(shí)的信息，還接收與飛機(jī)狀態(tài)及外形結(jié)構(gòu)有關(guān)的一些條件信息，而“與”門(16)的輸出端與警報(bào)或報(bào)警設(shè)備(7)相連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是為接近地面的飛機(jī)提供警報(bào)或報(bào)警信息的方法和裝置，該裝置包括建立地理坐標(biāo)網(wǎng)格的設(shè)備(2)(其每個(gè)格區(qū)都有一種確定的地形起伏)；在預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)預(yù)示飛機(jī)飛行軌跡的設(shè)備(3)；測(cè)定在所述預(yù)示軌跡與至少一個(gè)所述格區(qū)的起伏地形之間可能出現(xiàn)交叉的設(shè)備(4)，以及在所述測(cè)定設(shè)備的作用下能被起動(dòng)的警報(bào)或報(bào)警設(shè)備(7)。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)飛機(jī)處于著陸狀態(tài)時(shí)，所述警報(bào)或報(bào)警設(shè)備(7)可受到抑制(閉鎖)。
文檔編號(hào)G05D1/00GK1140494SQ9519162
公開日1997年1月15日 申請(qǐng)日期1995年11月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月15日
發(fā)明者L·科昆 申請(qǐng)人:國家航空工業(yè)公司