专利名称：为接近地面的飞机提供警报或报警信息的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及为飞机提供警报或报警信息的方法和装置，该飞机是在已知的起伏地形上面、尤其是在靠近降落跑道飞行的，报警是当飞机的飞行轨迹可能与所述地形起伏相交时才提供。
早已证实，有必要为飞行中的飞机设计一个警报系统，该系统可以在规定的时间内探测到或显示出飞机要接近起伏地形，这种接近起伏地形是很危险的，(一般说来都是接近地面的起伏地形)。当前，广为流行的这种系统是GPWS即“Ground Proximity Warning System”。GPWS利用无线电测高计测量飞机相对于与其瞬间位置相垂直地面的高度。把这些无线电测高数据及其它方面的垂直速度参数(风速气压垂直速度和无线电测高计测量的接近地面的速率)与不同的预定阈值进行比较就可以起动不同类型的视觉和音响警报。该警报可提醒驾驶员处于一种危险状态，如果对操纵不采取任何纠正措施就会造成很快要与地面相撞的危险，校正操纵之后就可以使飞机很快就恢复到足以保证其安全的高度。这种系统的主要缺点是它常发出大量的虚警。
大家都知道还有另外一种此类系统，但该系统所依据的原理与GPWS所利用的原理不同，它是用来估算地面对飞机所出现的危险程度。在这种情况下，按规定测量飞机的水平位置和垂直位置是用来计算出预计飞机在各个相继测量的瞬间各种可能的轨迹变化，而且该系统还把这些轨迹的包迹线(envelope)和按照与地面相关的数据库所描述的安全高度进行比较，这些安全高度具体地是由预计轨迹所经过的各种不同的地表高度所计算的。
测定出在轨迹包迹线与由地面相关数据库所确定的安全量之间的交叉点就可以预计飞机在预先确定的时间间隔内有离开安全高度范围的危险。那时就可发出警报或报警，以便提醒驾驶员所处的危险状态，好让飞机尽可能相当快地重新处在令人满意的安全高度。
在这种系统中，与地面(地形)有关的数据库是由安全高度的记录组成的，这些安全高度对应于描述地形状况图的表格中的每个格区。表格可指出整个地形表面一部分的特征，这些部分比如可以按地理坐标标注。在那种情况下表格就是由一个相互邻接的格区网构成的。在每个格区都有一个安全高度，此高度可保证在这一高度的最低限飞经此格区都不会发生与该格区中所描绘的地形相撞。这种系统的主要不足之处就在于要求机组人员必须很快对可能引起一定数量虚警的某些起伏地形的快速变化参数进行再处理(所说的一定数量可能较大)。
产生警报是以探测飞机飞行轨迹与单元(格区)地形起伏之间的“冲突”相交为基础的，该地形起伏是指与地面或地形有关的数据库形式的地形起伏。
飞机的位置(根据坐标OX，OY和OZ的)是对于1分钟左右或更少一些(例如30秒或60秒)的最大额定预测时间，按照地面-速度矢量(相对地面的速度)方向，用外推法计算出来的。
这种时限是额定式地加以选择的以便包括下面一些反应时间-传感器的反应时间；-报警算法计算时间；-机组人员的反应时间，这个时间与飞行阶段有关，因为在飞行过程中警惕性是变化的；-在驾驶员的操纵与导向装置起动之间的反应时间；-适于飞机最低性能的时间，这与外形设计有关(起落架、襟翼、尤其是发动机故障)；-与地形以外因素有关的时间。
飞机飞行轨迹的预测是由计算三维轨迹预计段所得到的。这主要在于沿着飞机的地面-速度矢量进行线性外推法，也就是说正切于轨迹的外推。由此，人们可确定出飞机在外推时间内可飞越的地形起伏单元。对于每个飞经的格区来说，可计算出飞机进入和离开该格区的预计高度，计算时要利用飞机的垂直速度Vz。当飞机的外推轨迹段与地形图(表格)格区相交时，与此同时预计高度低于有关地形区的高度，就发出报警。
不可避免的是，在飞机着陆阶段、轮子触到地面之前，飞机要在轨迹预计段与地面相交的瞬间达到预计轨迹。这种警报是一种所谓的令人讨厌的报警，因为它是在飞机正常飞行状态发生的，驾驶员正着手降落。
该信号对驾驶员来说是有妨碍的，因为驾驶员习惯于以某种方式快速地有所反应。然而，如果处理报警不是专门的并对要进行保护性措施的动作类型(在此情况下等于没有起作用)造成混乱，其动作的有效性会因为不太快捷而降低。
本发明的目的就是克服这种缺点。
为此，本发明方法是当飞机的飞行轨迹可能与所述地形起伏相交时，为在已知起伏地形上面、尤其是在靠近该飞机降落跑道飞行的飞机提供警报或报警信息，该方法在于-对所述的地形建立地理坐标网格，其中每个格区都有一个确定的地形起伏，-预示飞机在预定的时间间隔内的飞行轨迹，-判定在所述飞行轨迹与至少一个所谓格区的地形起伏之间可能的相关，并-根据所述的判定结果发出警报或报警，根据本发明，该方法的特征在于要在与所谓预计飞行轨迹交叉的表格格区与包含飞机降落跑道的格区之间进行比较，使得，如果由所述比较提供的信息为负则警报或报警可能被起动，而如果由所述比较提供的信息为正，另外，下面的一些条件如果同时都满足的话，则警报或报警就受到抑制(锁闭)。
-飞机相对地面的速度低于或等于预定的阈值，-飞机相对地面的高度低于或等于预定的阈值，-飞机至少基本上处在降落跑道的轴线(中心线)内，-飞机空气动力学的外形状况要适应于飞机的着陆阶段。
因此，人们确定出一些准则(判据)，这些准则可以探测到飞机接近地面是在降落跑道的着陆区进行的，而同时，一切正常的降落条件都满足了。另外，警报和报警的中止(抑制)要超前起作用，足够的超前时间要最多等于预示飞行轨迹所选定的时间间隔(例如30秒)。
有利的是，对于一种指定的地形来说，在包括在这一地形内的一条或多条降落跑道附近，可建立一种比其它别处有更细分格区的表格。
优选地是，作为与降落阶段有关的飞机空气动力学的外形状态的情况，可考虑如下准则拉出的缝翼和副翼、以及放下的起落架。
本发明还涉及采用上述方法为飞机提供警报或报警信息的装置，该飞机是在已知起伏地形上面、尤其是在所述飞机降落跑道附近飞行的，信息是当飞机的飞行轨迹可能与所述地形起伏相交时才提供该信息，该装置包括-对于所述地形可建立地理坐标表网格的设备，其网格中的每个格区都有一种确定的地形起伏，-可预示飞机在预定时间间隔内飞行轨迹的设备，-可测定在上述预示轨迹与至少一个所述格区起伏地形之间交叉的设备，以及-在上述测定设备的作用下能起动的警报或报警设备，该装置的特征在于在所述测定设备与所述警报或报警设备之间，它还包括一个比较设备(比较器)，比较是在由与所述预示轨迹相交的上述网格的格区与包括飞机降落跑道的格区之间进行的，比如，如果由所述比较设备所提供的信息为负，上述警报或报警设备就可能被起动，而如果由所述比较设备所提供的信息为正，另外如果下面的条件都同时满足了，则所述警报或报警设备就被抑制(锁定)了-飞机相对地面的速度低于或等于预定阈值，-飞机相对地面的高度低于或等于预定阈值，-飞机至少基本上处于降落跑道的轴线内，-飞机的空气动力学外形状态要适应于飞机的降落阶段。
有利的是，在所述的比较器与所述的警报或报警设备之间设计一个逻辑单元，比如有一个ET(“与”)门，其输入端接收由所述比较器提供的当其信息为正时的信息，还接收与飞机的状态和外形有关的条件，而其输出端与所述的警报或报警设备相连。
一些附图可使人们更好地理解本发明怎样才能够实施。
图1是本发明装置的总体示意图。
图2表示的是地理坐标网格图，其中某些确定地形起伏的格区被飞机的预示轨迹段所横穿。
图3和4，与图2的网格有关，分别以垂直投影的方式描述了所述的预计轨迹段与所述轨迹格区起伏地形相交和不相交的情况。
图5表示的是在飞机降落跑道附近与图2相类似的一种网格图。
图6是图5的正视直观图。
参见图1，当飞机飞行轨迹可能与所述起伏地形相交时为飞行在已知起伏地形上面，尤其是在接近该飞机降落跑道的飞机提供报警或警报信息的装置，它包括
-对所述地形建立地理坐标网格的设备2，其中每个格区都有一种确定的地形起伏，-在预定的时间间隔内预示飞机飞行轨迹的预示设备3，-判定在所述预定轨迹与至少一个所谓格区地形起伏之间有可能出现交叉的测定设备4，所述测定设备4分别通过连线5和6与建立网格图的设备2及轨迹预示设备3相连接。
-警报或报警设备7，它可在所述测定设备4的作用下被起动，是由连线8与测定设备4相连的。
更确切地说，通过将在初始时刻与飞机位置有关的信息纬度9，经度10，高度11；在所考虑的时间间隔12，按飞机相对地面的速度13输入进预示设备3中，可以在预定的时间间隔预计飞机的飞行轨迹。
图2表示的是地理坐标LA、LO的网格图G，其中某些是特定起伏地形R的格区M(如在图3和4上所看到的那样)被飞机A的从位置Po到位置Pt预示轨迹段T经过。正如前面所指出的那样，可利用单一的轨迹预计模式，它考虑的是飞机在预定的外推时间t内(例如等于30秒)的地面-速度矢量的外推。
根据这样预示的轨迹段及经过的格区内的起伏地形，人们可预测到是否存在危险(图4)，或不存在危险(图3)，存在危险就是飞机A的预计轨迹T与一个格区的起伏地形相交，而且这可以借助于此时发出的警报或报警以足够的提前时间及时地对之修正。
然而，正如图5和6所表示的那样，这种处理方式会不可避免地在降落跑道B附近出现飞机A的预计轨迹T将要“碰到”地面，与此同时就发出了不适时的警报或报警。
为了克服这种缺点，本发明装置1包括(图1)在测定设备4与警报或报警设备7之间按有比较设备14，它是在与预计轨迹T相交的网格G的格区与包含了飞机A降落跑道B的格区之间进行比较的，使得，比如若由比较设备14所提供的信息(比较设备用连线15与网格制定设备2相连)为负(还没有与跑道格区“交叉”)，则警报或报警设备就可能处于被激发的状态，而，如果由比较设备14所提供的信息为正(存在与跑道格区的“交叉”)以及另外若还满足下面一些条件，则警报或报警设备就受到禁止-飞机相对地面的速度低于或等于预定阈值(地面-速度低于或等于在着陆过程中所允许的最大速度)，-飞机相对地面的高度低于或等于预定阈值(低于或等于在着陆过程中决定的最大高度)，-飞机至少基本上处于降落跑道的轴线中(在轴线两侧有一定的范围(宽度)以便可考虑在该轴线上任何类型的着陆)，-飞机的空气动力学外形结构要适应该飞机的降落阶段的变化(展开的缝翼和襟翼、放下的起落架)。
正如在图1上所看到的那样，这些不同的信息都被传输到“与”门16的输入端，即-经连线17的正比较，-经连线18的飞机速度，-经连线19的飞机高度，-经连线20的飞机航向，-经连线21的飞机空气动力学外形结构状态，-经连线22的起落架外形状态。
所有这些条件都同时满足了，警报或报警就被抑制(锁闭)(在“与”门16输出端及警报或报警设备7之间经连接线23连接)。对于驾驶员来说，这就表现为没有视觉和音响的报警信息。这样，警报的闭锁(抑制)要提前起作用，提前的时间最多可等于对飞行轨迹所选择的外推时间，如前面所指出的那样、比如是30秒。
应另外指出的是在靠近降落跑道附近，确定起伏地形的地理坐标图(网格)应该是基本的。换句话说，那时必需在直接靠近跑道的地方有足够细分的网格，以便提高精确度以清晰地确定是否对准跑道。
权利要求
1.为在已知起伏地形上面飞行的飞机，尤其是在该飞机降落跑道附近飞行的飞机提供警报或报警信息的方法，报警信息是当该飞机的飞行轨迹可能与所述已知起伏地形相交时才提供，其中-对所述起伏地形建立地理坐标网格图，其中每个网格都具有一种确定的地形起伏，-预示飞机在预定时间间隔内的飞行轨迹，-测定在所述飞行轨迹与至少一个所述网格地形起伏之间可能交叉，以及-根据上述测定的结果发出警报或报警，其特征在于在与所述预示轨迹相交的坐标网格与包含飞行降落跑道的网格之间进行比较，以使，如果由该比较所提供的信息为负，则警报或报警可能被起动，而如果由上述比较所提供的信息为正，此外，如果以下一些条件都同时得到满足，，则警报或报警就被锁闭(抑制)-飞机相对地面的速度低于或等于预定阈值，-飞机相对地面的高度低于或等于预定阈值，-飞机至少基本处在降落跑道的轴线内，而且-飞机的空气动力学外形结构要适于该飞机的降落阶段。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于一种指定的起伏地形来说，在包含在该地形中的一条或多条降落跑道附近，要制成一种比其它别处更细分的网格图。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于作为与降落阶段有关的飞机空气动力学外形结构条件，可考虑以下标准(判据)展开的缝翼和襟翼，以及放下的起落架。
4.采用根据权利要求1-3中任一项所述方法，为在已知起伏地形上面飞行，尤其是在靠近该飞机降落跑道飞行的飞机提供警报或报警信息的装置，报警信息是当飞机的飞行轨迹可能与所述起伏地形相交时才提供，该装置包括-对于所述起伏地形制定地理坐标网格图的设备，其中每个格区都有一种确定的起伏地形，-在预定的时间间隔内预示飞机飞行轨迹的设备，-测定在所述预示轨迹与至少一个所述格区的起伏地形之间可能出现交叉的设备，以及-在所述测定设备的作用下可能被起动的警报或报警设备。该装置的特征在于在所述测定设备(4)与所述警报或报警设备(7)之间还包括比较设备(比较器)(14)，主要是在与所述预示轨迹所截断的所谓地理坐标图的格区与包含飞机降落跑道的格区之间进行比较，从而，如果由所述比较设备(14)所提供的信息为负，则所述警报或报警设备(7)就可能处在被起动状态，而如果由比较设备(14)所提供的信息为正，另外，如果下面一些条件同时得到满足，则所述警报或报警设备(7)就被锁闭-飞机相对地面的速度低于或等于预定阈值，-飞机相对地面的高度低于或等于预定阈值，-飞机至少基本上处在降落跑道的轴线(中心线)范围内，而且-飞机的空气动力学外形结构状态要适应于该飞机的降落阶段。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于在所述的比较设备(14)与所述的警报或报警设备(7)之间该装置还设有一种逻辑单元，比如一个“与”门(16)，其输入端接收由比较设备(14)所提供的当其为正值时的信息，还接收与飞机状态及外形结构有关的一些条件信息，而“与”门(16)的输出端与警报或报警设备(7)相连接。
全文摘要
本发明涉及的是为接近地面的飞机提供警报或报警信息的方法和装置，该装置包括建立地理坐标网格的设备(2)(其每个格区都有一种确定的地形起伏)；在预定的时间间隔内预示飞机飞行轨迹的设备(3)；测定在所述预示轨迹与至少一个所述格区的起伏地形之间可能出现交叉的设备(4)，以及在所述测定设备的作用下能被起动的警报或报警设备(7)。根据本发明，当飞机处于着陆状态时，所述警报或报警设备(7)可受到抑制(闭锁)。
文档编号G05D1/00GK1140494SQ9519162
公开日1997年1月15日 申请日期1995年11月23日 优先权日1994年12月15日
发明者L·科昆 申请人:国家航空工业公司