專利名稱：為接近地面的飛機提供警報或報警信息的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為飛機提供警報或報警信息的方法和裝置，該飛機是在已知的起伏地形上面、尤其是在靠近降落跑道飛行的，報警是當(dāng)飛機的飛行軌跡可能與所述地形起伏相交時才提供。
早已證實，有必要為飛行中的飛機設(shè)計一個警報系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在規(guī)定的時間內(nèi)探測到或顯示出飛機要接近起伏地形，這種接近起伏地形是很危險的，(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利用無線電測高計測量飛機相對于與其瞬間位置相垂直地面的高度。把這些無線電測高數(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高計測量的接近地面的速率)與不同的預(yù)定閾值進行比較就可以起動不同類型的視覺和音響警報。該警報可提醒駕駛員處于一種危險狀態(tài)，如果對操縱不采取任何糾正措施就會造成很快要與地面相撞的危險，校正操縱之后就可以使飛機很快就恢復(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飛機所出現(xiàn)的危險程度。在這種情況下，按規(guī)定測量飛機的水平位置和垂直位置是用來計算出預(yù)計飛機在各個相繼測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行比較，這些安全高度具體地是由預(yù)計軌跡所經(jīng)過的各種不同的地表高度所計算的。
測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就可以預(yù)計飛機在預(yù)先確定的時間間隔內(nèi)有離開安全高度范圍的危險。那時就可發(fā)出警報或報警，以便提醒駕駛員所處的危險狀態(tài)，好讓飛機盡可能相當(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，這些安全高度對應(yīng)于描述地形狀況圖的表格中的每個格區(qū)。表格可指出整個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相互鄰接的格區(qū)網(wǎng)構(gòu)成的。在每個格區(qū)都有一個安全高度，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組人員必須很快對可能引起一定數(shù)量虛警的某些起伏地形的快速變化參數(shù)進行再處理(所說的一定數(shù)量可能較大)。
產(chǎn)生警報是以探測飛機飛行軌跡與單元(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。
飛機的位置(根據(jù)坐標(biāo)OX，OY和OZ的)是對于1分鐘左右或更少一些(例如30秒或60秒)的最大額定預(yù)測時間，按照地面-速度矢量(相對地面的速度)方向，用外推法計算出來的。
這種時限是額定式地加以選擇的以便包括下面一些反應(yīng)時間-傳感器的反應(yīng)時間；-報警算法計算時間；-機組人員的反應(yīng)時間，這個時間與飛行階段有關(guān)，因為在飛行過程中警惕性是變化的；-在駕駛員的操縱與導(dǎo)向裝置起動之間的反應(yīng)時間；-適于飛機最低性能的時間，這與外形設(shè)計有關(guān)(起落架、襟翼、尤其是發(fā)動機故障)；-與地形以外因素有關(guān)的時間。
飛機飛行軌跡的預(yù)測是由計算三維軌跡預(yù)計段所得到的。這主要在于沿著飛機的地面-速度矢量進行線性外推法，也就是說正切于軌跡的外推。由此，人們可確定出飛機在外推時間內(nèi)可飛越的地形起伏單元。對于每個飛經(jīng)的格區(qū)來說，可計算出飛機進入和離開該格區(qū)的預(yù)計高度，計算時要利用飛機的垂直速度Vz。當(dāng)飛機的外推軌跡段與地形圖(表格)格區(qū)相交時，與此同時預(yù)計高度低于有關(guān)地形區(qū)的高度，就發(fā)出報警。
不可避免的是，在飛機著陸階段、輪子觸到地面之前，飛機要在軌跡預(yù)計段與地面相交的瞬間達(dá)到預(yù)計軌跡。這種警報是一種所謂的令人討厭的報警，因為它是在飛機正常飛行狀態(tài)發(fā)生的，駕駛員正著手降落。
該信號對駕駛員來說是有妨礙的，因為駕駛員習(xí)慣于以某種方式快速地有所反應(yīng)。然而，如果處理報警不是專門的并對要進行保護性措施的動作類型(在此情況下等于沒有起作用)造成混亂，其動作的有效性會因為不太快捷而降低。
本發(fā)明的目的就是克服這種缺點。
為此，本發(fā)明方法是當(dāng)飛機的飛行軌跡可能與所述地形起伏相交時，為在已知起伏地形上面、尤其是在靠近該飛機降落跑道飛行的飛機提供警報或報警信息，該方法在于-對所述的地形建立地理坐標(biāo)網(wǎng)格，其中每個格區(qū)都有一個確定的地形起伏，-預(yù)示飛機在預(yù)定的時間間隔內(nèi)的飛行軌跡，-判定在所述飛行軌跡與至少一個所謂格區(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)出警報或報警，根據(jù)本發(fā)明，該方法的特征在于要在與所謂預(yù)計飛行軌跡交叉的表格格區(qū)與包含飛機降落跑道的格區(qū)之間進行比較，使得，如果由所述比較提供的信息為負(fù)則警報或報警可能被起動，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都滿足的話，則警報或報警就受到抑制(鎖閉)。
-飛機相對地面的速度低于或等于預(yù)定的閾值，-飛機相對地面的高度低于或等于預(yù)定的閾值，-飛機至少基本上處在降落跑道的軸線(中心線)內(nèi)，-飛機空氣動力學(xué)的外形狀況要適應(yīng)于飛機的著陸階段。
因此，人們確定出一些準(zhǔn)則(判據(jù))，這些準(zhǔn)則可以探測到飛機接近地面是在降落跑道的著陸區(qū)進行的，而同時，一切正常的降落條件都滿足了。另外，警報和報警的中止(抑制)要超前起作用，足夠的超前時間要最多等于預(yù)示飛行軌跡所選定的時間間隔(例如30秒)。
有利的是，對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)的飛機空氣動力學(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提供警報或報警信息的裝置，該飛機是在已知起伏地形上面、尤其是在所述飛機降落跑道附近飛行的，信息是當(dāng)飛機的飛行軌跡可能與所述地形起伏相交時才提供該信息，該裝置包括-對于所述地形可建立地理坐標(biāo)表網(wǎng)格的設(shè)備，其網(wǎng)格中的每個格區(qū)都有一種確定的地形起伏，-可預(yù)示飛機在預(yù)定時間間隔內(nèi)飛行軌跡的設(shè)備，-可測定在上述預(yù)示軌跡與至少一個所述格區(qū)起伏地形之間交叉的設(shè)備，以及-在上述測定設(shè)備的作用下能起動的警報或報警設(shè)備，該裝置的特征在于在所述測定設(shè)備與所述警報或報警設(shè)備之間，它還包括一個比較設(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)與包括飛機降落跑道的格區(qū)之間進行的，比如，如果由所述比較設(shè)備所提供的信息為負(fù)，上述警報或報警設(shè)備就可能被起動，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滿足了，則所述警報或報警設(shè)備就被抑制(鎖定)了-飛機相對地面的速度低于或等于預(yù)定閾值，-飛機相對地面的高度低于或等于預(yù)定閾值，-飛機至少基本上處于降落跑道的軸線內(nèi)，-飛機的空氣動力學(xué)外形狀態(tài)要適應(yīng)于飛機的降落階段。
有利的是，在所述的比較器與所述的警報或報警設(shè)備之間設(shè)計一個邏輯單元，比如有一個ET(“與”)門，其輸入端接收由所述比較器提供的當(dāng)其信息為正時的信息，還接收與飛機的狀態(tài)和外形有關(guān)的條件，而其輸出端與所述的警報或報警設(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)飛機飛行軌跡可能與所述起伏地形相交時為飛行在已知起伏地形上面，尤其是在接近該飛機降落跑道的飛機提供報警或警報信息的裝置，它包括
-對所述地形建立地理坐標(biāo)網(wǎng)格的設(shè)備2，其中每個格區(qū)都有一種確定的地形起伏，-在預(yù)定的時間間隔內(nèi)預(yù)示飛機飛行軌跡的預(yù)示設(shè)備3，-判定在所述預(yù)定軌跡與至少一個所謂格區(qū)地形起伏之間有可能出現(xiàn)交叉的測定設(shè)備4，所述測定設(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。
-警報或報警設(shè)備7，它可在所述測定設(shè)備4的作用下被起動，是由連線8與測定設(shè)備4相連的。
更確切地說，通過將在初始時刻與飛機位置有關(guān)的信息緯度9，經(jīng)度10，高度11；在所考慮的時間間隔12，按飛機相對地面的速度13輸入進預(yù)示設(shè)備3中，可以在預(yù)定的時間間隔預(yù)計飛機的飛行軌跡。
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)計模式，它考慮的是飛機在預(yù)定的外推時間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)測到是否存在危險(圖4)，或不存在危險(圖3)，存在危險就是飛機A的預(yù)計軌跡T與一個格區(qū)的起伏地形相交，而且這可以借助于此時發(fā)出的警報或報警以足夠的提前時間及時地對之修正。
然而，正如圖5和6所表示的那樣，這種處理方式會不可避免地在降落跑道B附近出現(xiàn)飛機A的預(yù)計軌跡T將要“碰到”地面，與此同時就發(fā)出了不適時的警報或報警。
為了克服這種缺點，本發(fā)明裝置1包括(圖1)在測定設(shè)備4與警報或報警設(shè)備7之間按有比較設(shè)備14，它是在與預(yù)計軌跡T相交的網(wǎng)格G的格區(qū)與包含了飛機A降落跑道B的格區(qū)之間進行比較的，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”)，則警報或報警設(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，則警報或報警設(shè)備就受到禁止-飛機相對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)，-飛機相對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)，-飛機的空氣動力學(xué)外形結(jié)構(gòu)要適應(yīng)該飛機的降落階段的變化(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的飛機速度，-經(jīng)連線19的飛機高度，-經(jīng)連線20的飛機航向，-經(jīng)連線21的飛機空氣動力學(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滿足了，警報或報警就被抑制(鎖閉)(在“與”門16輸出端及警報或報警設(shè)備7之間經(jīng)連接線23連接)。對于駕駛員來說，這就表現(xiàn)為沒有視覺和音響的報警信息。這樣，警報的閉鎖(抑制)要提前起作用，提前的時間最多可等于對飛行軌跡所選擇的外推時間，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，尤其是在該飛機降落跑道附近飛行的飛機提供警報或報警信息的方法，報警信息是當(dāng)該飛機的飛行軌跡可能與所述已知起伏地形相交時才提供，其中-對所述起伏地形建立地理坐標(biāo)網(wǎng)格圖，其中每個網(wǎng)格都具有一種確定的地形起伏，-預(yù)示飛機在預(yù)定時間間隔內(nèi)的飛行軌跡，-測定在所述飛行軌跡與至少一個所述網(wǎng)格地形起伏之間可能交叉，以及-根據(jù)上述測定的結(jié)果發(fā)出警報或報警，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)格之間進行比較，以使，如果由該比較所提供的信息為負(fù)，則警報或報警可能被起動，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得到滿足，，則警報或報警就被鎖閉(抑制)-飛機相對地面的速度低于或等于預(yù)定閾值，-飛機相對地面的高度低于或等于預(yù)定閾值，-飛機至少基本處在降落跑道的軸線內(nèi)，而且-飛機的空氣動力學(xué)外形結(jié)構(gòu)要適于該飛機的降落階段。
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)的飛機空氣動力學(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降落跑道飛行的飛機提供警報或報警信息的裝置，報警信息是當(dāng)飛機的飛行軌跡可能與所述起伏地形相交時才提供，該裝置包括-對于所述起伏地形制定地理坐標(biāo)網(wǎng)格圖的設(shè)備，其中每個格區(qū)都有一種確定的起伏地形，-在預(yù)定的時間間隔內(nèi)預(yù)示飛機飛行軌跡的設(shè)備，-測定在所述預(yù)示軌跡與至少一個所述格區(qū)的起伏地形之間可能出現(xiàn)交叉的設(shè)備，以及-在所述測定設(shè)備的作用下可能被起動的警報或報警設(shè)備。該裝置的特征在于在所述測定設(shè)備(4)與所述警報或報警設(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)示軌跡所截斷的所謂地理坐標(biāo)圖的格區(qū)與包含飛機降落跑道的格區(qū)之間進行比較，從而，如果由所述比較設(shè)備(14)所提供的信息為負(fù)，則所述警報或報警設(shè)備(7)就可能處在被起動狀態(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得到滿足，則所述警報或報警設(shè)備(7)就被鎖閉-飛機相對地面的速度低于或等于預(yù)定閾值，-飛機相對地面的高度低于或等于預(yù)定閾值，-飛機至少基本上處在降落跑道的軸線(中心線)范圍內(nèi)，而且-飛機的空氣動力學(xué)外形結(jié)構(gòu)狀態(tài)要適應(yīng)于該飛機的降落階段。
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)與所述的警報或報警設(shè)備(7)之間該裝置還設(shè)有一種邏輯單元，比如一個“與”門(16)，其輸入端接收由比較設(shè)備(14)所提供的當(dāng)其為正值時的信息，還接收與飛機狀態(tài)及外形結(jié)構(gòu)有關(guān)的一些條件信息，而“與”門(16)的輸出端與警報或報警設(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提供警報或報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)(其每個格區(qū)都有一種確定的地形起伏)；在預(yù)定的時間間隔內(nèi)預(yù)示飛機飛行軌跡的設(shè)備(3)；測定在所述預(yù)示軌跡與至少一個所述格區(qū)的起伏地形之間可能出現(xiàn)交叉的設(shè)備(4)，以及在所述測定設(shè)備的作用下能被起動的警報或報警設(shè)備(7)。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)飛機處于著陸狀態(tài)時，所述警報或報警設(shè)備(7)可受到抑制(閉鎖)。
文檔編號G05D1/00GK1140494SQ9519162
公開日1997年1月15日 申請日期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 申請人:國家航空工業(yè)公司