[發(fā)明專利]一種航空器自動(dòng)近地防撞系統(tǒng)自適應(yīng)飛行軌跡預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711313139.1
• 申請(qǐng)日: 2017-12-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109901387B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫萍;尹超;劉爽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海航空電器有限公司
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 上海世圓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31320
• 代理人: 顧俊超

本發(fā)明公開(kāi)一種航空器自動(dòng)近地防撞系統(tǒng)自適應(yīng)飛行軌跡預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：步驟A：從飛行管理系統(tǒng)采集飛行狀態(tài)及位置信息數(shù)據(jù)，作為步驟B狀態(tài)輸入量；步驟B：根據(jù)規(guī)避機(jī)動(dòng)基礎(chǔ)控制律對(duì)狀態(tài)輸入量進(jìn)行解算得出基礎(chǔ)輸出；步驟C：利用基于泛函神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的干擾觀測(cè)器對(duì)航空器模型的未建模動(dòng)態(tài)不確定及外部干擾逼近得到補(bǔ)償輸出，采用魯棒增益自適應(yīng)調(diào)整的RC環(huán)節(jié)輔助控制得到補(bǔ)償輸出；步驟D：將步驟B和C輸出之和作為飛行模型輸入量，解算第i步長(zhǎng)的狀態(tài)和位置信息；本發(fā)明方法建立更完備的狀態(tài)方程，改善飛行軌跡預(yù)測(cè)精度，降低Auto?GCAS虛警率，提高Auto?GCAS有效性，與飛行管理系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)等航電系統(tǒng)相結(jié)合為航空器飛行安全提供了有力保障。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是航空中應(yīng)用的自動(dòng)近地防撞類系統(tǒng)中涉及的一種自適應(yīng)飛行軌跡預(yù)測(cè)技術(shù)，此類系統(tǒng)包括但不限于自動(dòng)近地防撞系統(tǒng)、近地告警系統(tǒng)、地形提示與警告系統(tǒng)等具體產(chǎn)品。

背景技術(shù)

自動(dòng)近地防撞系統(tǒng)(Auto Ground Collision Avoidance System,簡(jiǎn)稱 Auto-GCAS)提高飛機(jī)飛行安全性，減小可控飛行撞地事故(Controlled Flight Into Terrain，簡(jiǎn)稱CFIT)的航空電子系統(tǒng)。其核心是基于基于飛機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性，根據(jù)飛機(jī)當(dāng)前狀態(tài)信息，實(shí)時(shí)解算并預(yù)測(cè)飛機(jī)的飛行軌跡；利用機(jī)載數(shù)字地形數(shù)據(jù)，并根據(jù)飛機(jī)的飛行軌跡，通過(guò)地形掃描算法，實(shí)時(shí)解算出預(yù)計(jì)的撞地區(qū)域；通過(guò)撞地評(píng)估算法解算，將飛行軌跡與預(yù)計(jì)的撞地區(qū)域進(jìn)行比對(duì)；在滿足撞地評(píng)估閾值時(shí)，立即向飛控系統(tǒng)發(fā)出地面防撞的請(qǐng)求；在無(wú)駕駛員超控的情況下，觸發(fā)飛機(jī)改平、拉起的機(jī)動(dòng)，以確保飛行安全；同時(shí)，向駕駛艙顯控系統(tǒng)發(fā)出地面防撞的告警信息。能夠在飛行員高過(guò)載意識(shí)喪失或方位迷失等極端情況下，降低CFIT發(fā)生率，主要應(yīng)用于高速飛行、大機(jī)動(dòng)低空作戰(zhàn)任務(wù)的戰(zhàn)斗機(jī)。

Auto-GCAS在國(guó)內(nèi)尚屬于新技術(shù)，在國(guó)外已開(kāi)展多年研究，并應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)，對(duì)飛行安全起到了重要作用。美國(guó)Lockheed Martin航空公司是全球主要的自動(dòng)近地防撞系統(tǒng)設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)商。最新資料表明，2014年實(shí)現(xiàn)了美空軍F-16戰(zhàn)機(jī)的全面裝配。同時(shí)，據(jù)美國(guó)空軍飛行實(shí)驗(yàn)室(AFRL)2006年發(fā)布的題為“Fight/Attack Automatic CollisionAvoidance Systems Business Case”報(bào)告中指出，Auto-GCAS系統(tǒng)可以有效防止98％的CFIT發(fā)生，結(jié)合過(guò)去的戰(zhàn)斗機(jī) /攻擊機(jī)的事故發(fā)生率，僅F-16型戰(zhàn)機(jī)就可以降低$614,690,761的經(jīng)濟(jì)損失。發(fā)展Auto-GCAS系統(tǒng)具有重要的戰(zhàn)略和經(jīng)濟(jì)意義。

Auto-GCAS相較于GPWS、TWAS等產(chǎn)品，取消了如過(guò)大下降速率、過(guò)大近地速率、起飛后掉高度、過(guò)大下滑道偏差告警、高度呼叫等基于無(wú)線電高度的基本告警模式，而只根據(jù)飛行預(yù)測(cè)軌跡與地形掃描生成包線進(jìn)行算法評(píng)估，因而為了盡可能的減少虛警和漏警，對(duì)飛行預(yù)測(cè)軌跡的準(zhǔn)確性和精確性都具有極高的要求。

然而在飛行軌跡預(yù)測(cè)解算過(guò)程中，由于非線性方程解算的累積誤差、未建模動(dòng)態(tài)不確定性和外部干擾力矩、大氣環(huán)境(風(fēng)切變、紊流)等因素都是建立飛行模型時(shí)需要解決又無(wú)法完全解決的問(wèn)題，這將直接影響軌跡預(yù)測(cè)精度。因而發(fā)現(xiàn)一種可以改善數(shù)學(xué)模型，同時(shí)滿足在線實(shí)時(shí)計(jì)算性能的，提高軌跡預(yù)測(cè)精度的方法具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開(kāi)了一種航空器自動(dòng)近地防撞系統(tǒng)自適應(yīng)飛行軌跡預(yù)測(cè)方法，航空器自動(dòng)近地告警系統(tǒng)需要航空器在飛行過(guò)程中，在設(shè)定的時(shí)間周期內(nèi)(如 40毫秒)，基于航空器飛行管理系統(tǒng)提供的當(dāng)前狀態(tài)和位置信息，利用已建立的六自由度十二狀態(tài)非線性數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)其未來(lái)一段短時(shí)間內(nèi)(如5秒)執(zhí)行規(guī)定的規(guī)避機(jī)動(dòng)時(shí)的飛行軌跡，采用泛函神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)干擾觀測(cè)器逼近不確定和外部干擾，同時(shí)加入魯棒增益自適應(yīng)調(diào)整的RC環(huán)節(jié)改善飛行軌跡預(yù)測(cè)精度。

本發(fā)明提供了一種航空器自動(dòng)近地告警系統(tǒng)自適應(yīng)飛行軌跡預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：