[發(fā)明專利]一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測逃逸軌跡的直升機(jī)近地告警方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210083861.5
• 申請日: 2022-01-19
• 公開（公告）號: CN114627687B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸洋;劉玉虎;陳廣永;吳旭峰;黃山笑;周成中;衛(wèi)瑞智;李鵬飛;王弟偉;沈超;劉健
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué);中國航空無線電電子研究所
• 主分類號: G08G5/04
• 分類號: G08G5/04;G06N3/08
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 徐曉鷺

本發(fā)明公開了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測逃逸軌跡的直升機(jī)近地告警方法，包括步驟1，將直升機(jī)當(dāng)前操縱量、飛行狀態(tài)參數(shù)和逃逸改出方式代入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)時(shí)預(yù)測直升機(jī)不同改出方向下的若干條逃逸軌跡；步驟2，基于實(shí)時(shí)預(yù)測的逃逸軌跡，結(jié)合地形高程數(shù)據(jù)庫對前視地形潛在的碰撞威脅進(jìn)行預(yù)測，生成地形包線；步驟3，通過比較若干條逃逸軌跡與其對應(yīng)的地形包線是否相交來對潛在的對地碰撞威脅進(jìn)行改出決策判斷；步驟4，基于改出決策結(jié)果進(jìn)行告警提示。本發(fā)明解決了HTAWS安裝于低空及超低空飛行的直升機(jī)在飛行過程中容易造成告警成功率較低、虛警率較高等問題；解決了逃逸軌跡難以實(shí)現(xiàn)在線精確預(yù)測及飛行動(dòng)力學(xué)模型搭建復(fù)雜等問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于直升機(jī)飛行安全技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測逃逸軌跡的直升機(jī)近地告警方法。

背景技術(shù)

在航空器飛行過程中，由于駕駛員未能及時(shí)感知與周圍地形或障礙物的危險(xiǎn)接近而發(fā)生的墜毀事故被稱為可控飛行撞地(Controlled?Flight?into?Terrain,CFIT)，CFIT一直以來都是現(xiàn)代航空器發(fā)生飛行事故的主要原因之一。

20世紀(jì)70年代，為防止CFIT事故的發(fā)生，工業(yè)界推出了適用于民航客機(jī)的近地告警系統(tǒng)(Ground?Proximity?Warning?System,GPWS)。20世紀(jì)80年代，民航客機(jī)被強(qiáng)制要求裝備GPWS后，CFIT事故發(fā)生的次數(shù)明顯減少，但仍是導(dǎo)致航空事故發(fā)生的主要原因。然而，GPWS在使用過程中暴露出一些問題，存在需要進(jìn)一步改進(jìn)的地方。為了消除GPWS的不足，工業(yè)界在1998年推出了地形感知與告警系統(tǒng)(Terrain?Awareness?Warning?System,TAWS)，也稱增強(qiáng)型近地告警系統(tǒng)(Enhanced?Ground?Proximity?Warning?System,EGPWS)。TAWS在保持GPWS原有優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，增加了前視地形警戒和地形顯示等新功能。自從推出TAWS以后，全球每年發(fā)生CFIT事故的數(shù)量進(jìn)一步減少，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示TAWS可以有效預(yù)防CFIT事故的發(fā)生。

直升機(jī)常飛行于地理環(huán)境復(fù)雜的低空及超低空區(qū)域，CFIT也是其發(fā)生飛行事故的重要原因。伴隨著TAWS在民航飛機(jī)上的成功應(yīng)用，人們開始考慮將這套系統(tǒng)移植到直升機(jī)上。然而，直升機(jī)與民航客機(jī)相比，在機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)動(dòng)方式、飛行性能等方面都存在很大的差異，若直接將適用于民航客機(jī)的TAWS安裝在直升機(jī)上，不但不能有效地提供地形防撞告警，反而會(huì)帶來虛警率過大等一系列問題。因此，需要根據(jù)直升機(jī)的飛行性能和飛行特點(diǎn)研究一種合理有效的告警方法。

在此背景下，以美國Honeywell為代表的歐美航電廠商推出了直升機(jī)地形感知與告警系統(tǒng)(Helicopter?Terrain?Awareness?Warning?System,HTAWS)。HTAWS前視告警原理與TAWS類似，根據(jù)直升機(jī)飛行性能在其前進(jìn)方向的空間上生成一個(gè)虛擬告警邊界，告警邊界由前視邊界、下視邊界、上視邊界和側(cè)邊界四部分組成。根據(jù)地形高程數(shù)據(jù)庫獲取直升機(jī)前方的地形數(shù)據(jù)信息，實(shí)時(shí)比較告警邊界與前方地形之間的空間位置關(guān)系，當(dāng)告警邊界與前方地形相交時(shí)觸發(fā)告警，與此同時(shí)系統(tǒng)給出告警提示。

HTAWS的推出大大降低了直升機(jī)發(fā)生CFIT事故的頻率，但目前的直升機(jī)前視告警算法為了考慮通用性，告警邊界設(shè)計(jì)較為保守，通常設(shè)置較高的安全閾值，往往會(huì)造成提前告警時(shí)間過長、告警成功率較低及虛警率較高等問題。直升機(jī)特別是軍用武裝直升機(jī)在執(zhí)行低空及超低空飛行任務(wù)時(shí)，保障自身飛行安全的同時(shí)，還需要保證飛行任務(wù)的順利執(zhí)行。因此，HTAWS對于機(jī)動(dòng)性能較強(qiáng)的直升機(jī)尤其是軍用武裝直升機(jī)來說并不適用，大大限制了直升機(jī)性能的發(fā)揮。所以，需要結(jié)合直升機(jī)的飛行性能和飛行要求對告警方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。