[發(fā)明專利]一種近地告警系統(tǒng)的閾值和包線設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210574540.1
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103903481B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發(fā)明（設計）人: 徐捷;吳秀芝
• 申請（專利權）人: 上海航空電器有限公司
• 主分類號: G08G5/04
• 分類號: G08G5/04
• 代理公司: 上海世貿(mào)專利代理有限責任公司31128
• 代理人: 葉克英

1.一種近地告警系統(tǒng)的閾值和包線設計方法，其特征在于該方法包括以下步驟：A、飛行航跡建模：利用飛機當前的位置和速度信息，對飛行員的響應延遲時間和飛機拉起過程進行建模，計算報警后飛機逃逸飛行的航跡信息；B、地形的統(tǒng)計特性建模：利用馬爾可夫模型與實際地形數(shù)據(jù)的自相關函數(shù)特征匹配方法，直接采用馬爾可夫模型對不同地形類型進行建模；C、地形的馬爾可夫狀態(tài)轉(zhuǎn)移建模：將一定區(qū)域范圍的地形高度劃分為n個狀態(tài)[y₀，y₁，…，y_n]，利用地形高度的馬爾可夫性可以計算t時刻高度狀態(tài)y_t轉(zhuǎn)移到t+1時刻高度狀態(tài)y_t+1的概率，建立地形高度的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣其中，p_ij＝P(y_t+1＝y(tǒng)_j|y_t＝y(tǒng)_i)，i，j∈1…n，y_i為n時刻的高度狀態(tài)，y_j為n+1時刻的高度狀態(tài)，計算經(jīng)過n時刻的狀態(tài)轉(zhuǎn)移后地形高度的狀態(tài)概率向量；D、在飛行過程中，根據(jù)計算獲取t時刻飛機的高度，找到該時刻地形高度高于飛機高度的狀態(tài)，對些高度狀態(tài)的概率進行求和，即獲得碰撞態(tài)的概率；對于無告警的情況，對飛機正常航跡進行仿真，可以獲得無告警情況下飛機發(fā)生碰撞的概率，從而可以計算近地告警系統(tǒng)的誤警率；對于有告警的情況，對飛機逃逸航跡進行仿真，可以獲得有告警情況下飛機發(fā)生碰撞的概率，從而可以計算近地告警系統(tǒng)的成功告警率；根據(jù)上述仿真計算，可以獲得誤警率和成功告警率與不同初始條件的關系曲線，即近地告警系統(tǒng)的性能曲線；E、根據(jù)誤警率和成功告警率與不同初始條件的關系曲線，尋找近地告警系統(tǒng)性能的最佳收益，即誤警率低、成功告警率高，獲得一定下降速率時最優(yōu)的報警高度；根據(jù)不同下降速率的最優(yōu)報警高度，獲得系統(tǒng)的一系列告警閾值點，實現(xiàn)告警包線設計；

在步驟B和C中，飛行航跡剖面內(nèi)對一維地形高度進行建模如下：y_n+1＝e^-βy_n+ξ_n，其均值為0、方差為σ²，ξ_n服從的正態(tài)分布；從而得到地形高度各個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移概率可以用狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的形式表達：

其中，轉(zhuǎn)移概率p_ij(n)表示n時刻由i狀態(tài)轉(zhuǎn)移到j狀態(tài)的概率，其中，h_n為轉(zhuǎn)移初始高度狀態(tài)，h_n+1為轉(zhuǎn)移目標高度狀態(tài)，Δh為一個地形狀態(tài)的高度區(qū)間，給定地形高度的初始狀態(tài)概率向量y₀，經(jīng)過n時刻的狀態(tài)轉(zhuǎn)移后，地形高度的狀態(tài)概率向量如下：y_n＝T_n-1T_n-2…T₀y₀，獲取n時刻地形高度的狀態(tài)概率向量后，即可計算飛機碰撞發(fā)生的概率。

2.根據(jù)權利要求1所述的設計方法，其特征在于步驟D中，采用成功告警率P(SA)與誤警率P(UA)對近地告警系統(tǒng)進行定量的性能評估，給定初始時刻飛機處于各個高度狀態(tài)的概率，根據(jù)飛機的正常飛行航跡以及系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型，可以獲得在無告警情況下，t時刻飛機處于非碰撞態(tài)的概率，即在初始時刻飛機無需告警，該概率即為誤警率；給定初始時刻飛機處于各個高度狀態(tài)的概率，根據(jù)飛機的逃逸飛行航跡以及系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型，可以獲得在有告警情況下，t時刻飛機處于非碰撞態(tài)的概率，即系統(tǒng)成功告警的概率。

3.根據(jù)權利要求1所述的設計方法，其特征在于步驟E中，對于某初始飛行高度與速度，其最佳告警閾值對應于成功告警率與誤警率的差值最大的最佳收益點，改變初始條件設置，獲得一系列最佳告警閾值，這一組告警閾值點可構(gòu)成了告警系統(tǒng)的最佳告警包絡線。