一种适用于直升机的防撞告警方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于直升机的防撞告警方法，包括：直升机飞行过程中以一定频率实时计算直升机的正常轨迹和逃逸轨迹；以直升机正常轨迹和逃逸轨迹为基础确定直升机障碍物/高压线告警边界；将障碍物和高压线系统进行简化处理；将障碍物数据和高压线数据叠加到地形数据库中完成地形数据库重构；将障碍物/高压线告警边界与重构后的地形数据库进行比较，从而进行告警判断；多功能显示器获得直升机周边的障碍物/高压线数据信息，并将以直升机所在位置为中心的周围一定范围内的障碍物/高压线显示在显示器上。本发明专利技术的方法对直升机航线上的障碍物和高压线提供防撞告警，提醒飞行员采取必要的机动措施，以避免障碍物或高压线碰撞事故发生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于直升机飞行的障碍物/高压线防撞告警
，尤其涉及一种复杂气象条件下适用于低空飞行直升机的障碍物/高压线防撞告警方法。
技术介绍
在航空飞行中，由于缺乏对飞行器周围地形、障碍物和高压线的感知而发生坠毁事故的情况被称为可控飞行撞地（controlled flight into terrain,CFIT），可控飞行撞地一直以来都是现代商用航空飞行事故的主要原因之一。直升机常飞行于地理环境复杂的低空区域，CFIT也是重要的事故原因。直升机飞行过程中，不仅存在撞地危险，还有可能撞击到如电视塔、高层建筑、烟囱、输电塔等障碍物和高压线，从而引发CFIT事故。美国直升机飞行安全组织一份分析直升机飞行风险的报告显示因电缆或障碍物引起的事故占所有直升机飞行事故的16%，而这些事故中，机毁人亡事故比例达到了60%。因此，开发一种合理有效的障碍物/高压线防撞告警方法对于直升机低空飞行安全具有非常重要的意义。为了减少直升机CFIT事故的发生，以美国Honeywell公司为首的航电厂商研制了直升机地形感知与告警系统（helicopter terrain awareness warning system,HTAWS）。各航电厂商的HTAWS的算法资料多处于非公开状态，只有Honeywell公司公开了其MKXXI和MKXXII型HTAWS的算法资料。Honeywell公司HTAWS前视告警的工作原理如下：基于直升机飞行状态，在其前进方向空间上生成一个虚拟的告警边界，告警边界由四个部分组成，即下视边界、前视边界、上视边界和侧边界。同时获取数据库提供的地形数据信息，实时比较告警边界与周边地形的空间位置关系，当告警边界与地形触碰时即触发告警，告警触发时HTAWS同时给出灯光告警和语音告警以提示飞行员进行规避机动。然而该算法仅提供地形防撞告警，并不具备障碍物和高压线防撞告警功能，而障碍物和高压线是造成直升机CFIT的重要原因之一。此外，该算法为了考虑通用性，其告警边界设计较为保守，因此具有虚警率较高的缺点，对于机动能力较强的军用直升机尤其是武装直升机，该算法的告警范围过大，提前告警时间过长，因而会大大限制直升机性能的发挥。直升机飞行动力学模型通过分析直升机各个气动面的作用，对直升机操纵性进行分析，建立直升机飞行动力学方程组，可以求解直升机的操纵响应。直升机飞行动力学经过多年发展，目前已经能够建立较高精度的直升机飞行动力学模型。地形数据库是将地球表面划分为无数的地形方格，以该方格内的最高点作为该地形方格的高程值，这些高程数据融合构成了地形数据库。目前全世界的全球高程数据有很多种，主要有德国的DLR数据、美国ASTER GDEM数据、美国的SRTM数据、美国的GMTED数据等。美国ASTER GDEM数据的分辨率已经可以达到30米，部分地区可以达到10米甚至3米。这些地形数据可以通过网络下载得到，可以作为本专利技术实现的基础。障碍物/高压线数据可由测绘或供电部门提供，此外某些商业公司也可以提供障碍物/高压线数据服务。电子综合显示仪于20世纪70年代开始在飞机上使用，电子综合显示仪通过串口通信获得其他机载设备的相关数据，经过信息处理由字符图形发生器产生符合要求的信息画面。综合显示器实质上是一个机载计算机的终端数据图形显示设备。
技术实现思路
针对于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种适用于直升机的防撞告警方法，以解决现有技术中无法提供直升机的障碍物和高压线防撞告警功能的问题，极大地限制了直升机性能的发挥。本专利技术的方法对直升机航线上的障碍物和高压线提供防撞告警，提醒飞行员采取必要的机动措施，以避免障碍物或高压线碰撞事故发生。为达到上述目的，本专利技术的一种适用于直升机的防撞告警方法，包括步骤如下：1）直升机飞行过程中以一定频率实时计算直升机的正常轨迹和逃逸轨迹；2）以直升机正常轨迹和逃逸轨迹为基础确定直升机障碍物/高压线告警边界；3）将障碍物和高压线系统进行简化处理；4）将障碍物数据和高压线数据叠加到地形数据库中完成地形数据库重构；5）将障碍物/高压线告警边界与重构后的地形数据库进行比较，从而进行告警判断；6）多功能显示器获得直升机周边的障碍物/高压线数据信息，并将以直升机所在位置为中心的周围一定范围内的障碍物/高压线显示在显示器上。优选地，上述步骤1）中具体包括：正常轨迹为一条直线，从当前位置开始，沿着当前速度方向向前延伸；逃逸轨迹由直升机当前飞行参数代入高精度的直升机飞行动力学仿真程序计算得到。优选地，上述步骤2）中具体包括：直升机飞行过程中在其下方留出一段安全距离，即最小安全高度，直升机正常飞行不低于这一高度，障碍物/高压线告警边界首先需要确定最小安全高度，然后根据FAA航空标准文件TSO-194C对提前告警时间的要求确定障碍物/高压线告警边界的前视距离，直升机正常轨迹、逃逸轨迹、最小安全高度和前视距离共同决定了纵向告警边界。优选地，上述步骤2）中具体还包括：在起始宽度的基础上，以一定的偏斜角向前延伸即得到障碍物/高压线告警的侧边界；纵向告警边界与侧边界共同组成了障碍物/高压线告警边界。优选地，上述步骤2）中具体还包括：障碍物/高压线告警边界分为内外两层，分别对应不同的紧急情况，内层边界和外层边界设计流程完全一致，区别仅在于确定前视距离时所对应的提前告警时间不一样，内层边界对应的提前告警时间较短，外层告警边界对应的提前告警时间较长。优选地，上述步骤3）中具体包括：在处理障碍物时，根据障碍物的轮廓形状将其简化成底面为正方形的长方体立柱，以障碍物的中心位置为底面中心，障碍物的最大轮廓范围为底面边长，障碍物的最大实际高度为长方体立柱的高度，从而构成简化的障碍物长方体立柱模型。优选地，上述步骤3）中具体包括：在处理高压线系统时，将其简化为障碍物圆柱模型，对于高压输电线，将其简化成两个高压输电塔之间的连接平面，连接平面的高度由相邻的两座高压输电塔的高度确定。优选地，上述步骤4）中，地形数据库是将地球表面划分为无数的地形方格，以该方格内的最高点作为该地形方格的高程值，这些高程数据融合构成了地形数据库；对于障碍物数据，首先判断障碍物所处的地形方格，对于包含了障碍物的地形方格，在原有地形高程值的基础上加上障碍物高度作为该方格新的高程值；高压线系统中，对于每一段高压线，首先判断其跨越了哪些地形方格，对于高压线经过的地形方格，以高压线的海拔高度作为该方格新的高程值，地形数据库重构过程中同时建立一个标志位矩阵，将障碍物和高压线所在的位置标志出来。优选地，上述步骤4）中，正常轨迹确定的告警边界与逃逸轨迹确定的告警边界同时与地形数据信息进行比较，正常轨迹和逃逸轨迹外层边界同时与地形碰撞时，告警模块给出警戒告警；正常轨迹和逃逸轨迹内层边界同时与地形碰撞时，告警模块给出警告告警。本专利技术的有益效果：1.本专利技术以直升机逃逸轨迹作为障碍物/高压线告警边界的基础，逃逸轨迹是直升机在遇到潜在的地形威胁时采取机动措施后的运动轨迹，地形与直升机逃逸轨迹触碰瞬间是直升机能否逃逸成功的时间临界点，过早告警将引起虚警，过晚告警将导致告警失败；因此以逃逸轨迹为基础设计前视告警边界可以最小化虚警率并最大化告警成功率。2.本专利技术提供了障碍物和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于直升机的防撞告警方法，其特征在于，包括步骤如下：1）直升机飞行过程中以一定频率实时计算直升机的正常轨迹和逃逸轨迹；2）以直升机正常轨迹和逃逸轨迹为基础确定直升机障碍物/高压线告警边界；3）将障碍物和高压线系统进行简化处理；4）将障碍物数据和高压线数据叠加到地形数据库中完成地形数据库重构；5）将障碍物/高压线告警边界与重构后的地形数据库进行比较，从而进行告警判断；6）多功能显示器获得直升机周边的障碍物/高压线数据信息，并将以直升机所在位置为中心的周围一定范围内的障碍物/高压线显示在显示器上。

【技术特征摘要】
2016.03.24 CN 201610172778X1.一种适用于直升机的防撞告警方法，其特征在于，包括步骤如下：1）直升机飞行过程中以一定频率实时计算直升机的正常轨迹和逃逸轨迹；2）以直升机正常轨迹和逃逸轨迹为基础确定直升机障碍物/高压线告警边界；3）将障碍物和高压线系统进行简化处理；4）将障碍物数据和高压线数据叠加到地形数据库中完成地形数据库重构；5）将障碍物/高压线告警边界与重构后的地形数据库进行比较，从而进行告警判断；6）多功能显示器获得直升机周边的障碍物/高压线数据信息，并将以直升机所在位置为中心的周围一定范围内的障碍物/高压线显示在显示器上。2.根据权利要求1所述的适用于直升机的防撞告警方法，其特征在于，上述步骤1）中具体包括：正常轨迹为一条直线，从当前位置开始，沿着当前速度方向向前延伸；逃逸轨迹由直升机当前飞行参数代入高精度的直升机飞行动力学仿真程序计算得到。3.根据权利要求1所述的适用于直升机的防撞告警方法，其特征在于，上述步骤2）中具体包括：直升机飞行过程中在其下方留出一段安全距离，即最小安全高度，直升机正常飞行不低于这一高度，障碍物/高压线告警边界首先需要确定最小安全高度，然后根据FAA航空标准文件TSO-194C对提前告警时间的要求确定障碍物/高压线告警边界的前视距离，直升机正常轨迹、逃逸轨迹、最小安全高度和前视距离共同决定了纵向告警边界。4.根据权利要求3所述的适用于直升机的防撞告警方法，其特征在于，上述步骤2）中具体还包括：在起始宽度的基础上，以一定的偏斜角向前延伸即得到障碍物/高压线告警的侧边界；纵向告警边界与侧边界共同组成了障碍物/高压线告警边界。5.根据权利要求4所述的适用于直升机的防撞告警方法，其特征在于，上述步骤2）中具体还包括：障碍物/高压线告警边界分为内外两层，分别对应不同的紧急情况，内层...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆洋，周成中，卫瑞智，刘以奋，许细策，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32