[發明專利]一種基于誤差理論的高精度航空器自動近地防撞系統地形掃描方法

有效

• 申請號: 201711313137.2
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN109903592B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 劉爽;曾慶兵;尹超
• 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: 上海世圓知識產權代理有限公司 31320
• 代理人: 顧俊超

本發明公開一種基于誤差理論的航空器自動近地防撞系統高精度地形掃描方法，包含有以下步驟，步驟S1，獲取導航數據（GPS/INS）、地形數據及其質量數據文件；步驟S2，預測航空器的飛行軌跡及精度；步驟S3，判別航空器的飛行模式；步驟S4，構建地形掃描區域；步驟S5，讀取地形掃描區域內的地形數據；步驟S6，構建地形包線；以及，步驟S7，地形碰撞監測與規避。本發明的優點在于：實現碰撞監測與自動規避。從而降低系統的虛警率和誤警率，提高自動近地防撞系統的可靠性，有效保障飛行安全。

技術領域

本發明涉及航空控制技術領域，尤其是飛行器中廣泛應用的基于數字地形數據庫的近地告警類設備所涉及的地形碰撞、地形規避技術，此類系統包括但不限于航空器近地告警設備、近地防撞系統、地形提示與警告系統以及綜合環境監測系統等航電設備的具體產品。

背景技術

近地告警系統(GPWS)、地形感知和告警系統(TAWS)等航空器綜合環境監測系統是航空器重要的機載系統設備，其工作原理如圖1所示，系統基于導航設備(GPS/INS)提供的當前飛行狀態參數，采用高精度的軌跡預測算法對飛行器的飛行狀態進行預測，并將預測軌跡疊加到飛行區域的高精度地形數據上，并采用地形掃描算法讀取機載數字高程模型(DEM)數據庫及障礙物數據，獲取航空器周邊區域的地形及障礙物，然后采用碰撞評估算法對判斷是否有地形及障礙物等入侵飛行軌跡。

當航空器接近地面、陡峭地形以及障礙物時，系統及時的發出語音或者燈光告警信息，避免航空器與地面或者障礙物碰撞，從而降低飛行器的可控飛行撞地事故(CFIT)，提高飛行員和航空器的安全。因此地形掃描算法是目前基于數字地形數據庫的重要組成部分。

地形掃描算法的可靠性直接影響系統的準確性及穩定性。地形掃描區域的范圍直接影響系統的虛警率及性能，過大的掃描寬度容易引起系統虛警，引起航空器不必須的規避機動，影響航空器任務執行，同時增加系統的計算時間；太小的掃描寬度則對航空器的保護不足，不能夠有效的防止可控飛行撞地事故(CFIT)，因此必須建立嚴格的地形掃描算法。由于目前的地形掃描算法大多基于經驗或者飛行數據建立的經驗參數，缺乏嚴格的理論模型，因此有必要建立一種嚴格的地形掃描區域算法。

發明內容

本發明公開了一種基于誤差理論的高精度航空器自動近地防撞系統地形掃描方法。在航空器飛行過程中首先基于航空器的導航控制數據(GPS/INS)、機載DEM地形數據及其質量數據文件，利用卡爾曼濾波模型，實現對航空器的飛行狀態參數進行估計和精度評估，并基于當前的飛行狀態參數完成對航空器的飛行模式進行識別；然后基于誤差理論利用導航數據、軌跡數據以及地形數據的質量數據參數，獲取地形掃描區域的寬度，獲取地形掃描區域，并利用雙線性插值算法實現地形掃描區域的地形數據及障礙物數據的讀取；最后基于地形數據及障礙物數據庫構建航空器軌跡方向的高精度2-D地形剖面，并基于誤差模型生成地形包線，并基于地形包線數據和預測軌跡數據判斷是否有地形或者障礙物入侵，實現碰撞監測與自動規避。從而降低系統的虛警率和誤警率，提高自動近地防撞系統的可靠性，有效保障飛行安全。

本發明提供了一種基于誤差理論的高精度航空器自動近地防撞系統地形掃描方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟A：導航數據(GPS/INS)、地形數據及其質量數據文件獲取；

步驟B：航空器的飛行軌跡預測及精度評估；

步驟C：航空器的飛行模式判別；

步驟D：地形掃描區域構建；

步驟E：掃描區域地形數據讀取；

步驟F：高精度地形包線構建；

步驟G:地形碰撞監測與規避。