一種適用于直升機(jī)的防撞告警方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于直升機(jī)的防撞告警方法，包括：直升機(jī)飛行過(guò)程中以一定頻率實(shí)時(shí)計(jì)算直升機(jī)的正常軌跡和逃逸軌跡；以直升機(jī)正常軌跡和逃逸軌跡為基礎(chǔ)確定直升機(jī)障礙物/高壓線(xiàn)告警邊界；將障礙物和高壓線(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化處理；將障礙物數(shù)據(jù)和高壓線(xiàn)數(shù)據(jù)疊加到地形數(shù)據(jù)庫(kù)中完成地形數(shù)據(jù)庫(kù)重構(gòu)；將障礙物/高壓線(xiàn)告警邊界與重構(gòu)后的地形數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較，從而進(jìn)行告警判斷；多功能顯示器獲得直升機(jī)周邊的障礙物/高壓線(xiàn)數(shù)據(jù)信息，并將以直升機(jī)所在位置為中心的周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)的障礙物/高壓線(xiàn)顯示在顯示器上。本發(fā)明的方法對(duì)直升機(jī)航線(xiàn)上的障礙物和高壓線(xiàn)提供防撞告警，提醒飛行員采取必要的機(jī)動(dòng)措施，以避免障礙物或高壓線(xiàn)碰撞事故發(fā)生。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種適用于直升機(jī)的防撞告警方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于直升機(jī)飛行的障礙物/高壓線(xiàn)防撞告警技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)雜氣象條件下適用于低空飛行直升機(jī)的障礙物/高壓線(xiàn)防撞告警方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在航空飛行中，由于缺乏對(duì)飛行器周?chē)匦巍⒄系K物和高壓線(xiàn)的感知而發(fā)生墜毀事故的情況被稱(chēng)為可控飛行撞地(controlled flight into terrain，CFIT)，可控飛行撞地一直以來(lái)都是現(xiàn)代商用航空飛行事故的主要原因之一。直升機(jī)常飛行于地理環(huán)境復(fù)雜的低空區(qū)域，CFIT也是重要的事故原因。直升機(jī)飛行過(guò)程中，不僅存在撞地危險(xiǎn)，還有可能撞擊到如電視塔、高層建筑、煙囪、輸電塔等障礙物和高壓線(xiàn)，從而引發(fā)CFIT事故。美國(guó)直升機(jī)飛行安全組織一份分析直升機(jī)飛行風(fēng)險(xiǎn)的報(bào)告顯示因電纜或障礙物引起的事故占所有直升機(jī)飛行事故的16%，而這些事故中，機(jī)毀人亡事故比例達(dá)到了60%。因此，開(kāi)發(fā)一種合理有效的障礙物/高壓線(xiàn)防撞告警方法對(duì)于直升機(jī)低空飛行安全具有非常重要的意義。
[0003]為了減少直升機(jī)CFIT事故的發(fā)生，以美國(guó)Honeywell公司為首的航電廠(chǎng)商研制了直升機(jī)地形感知與告警系統(tǒng)(helicopter terrain awareness warning system，HTAWS)。各航電廠(chǎng)商的HTAWS的算法資料多處于非公開(kāi)狀態(tài)，只有Honeywell公司公開(kāi)了其MKXXI和MKXXII型HTAWS的算法資料。Honeywell公司HTAWS前視告警的工作原理如下:基于直升機(jī)飛行狀態(tài)，在其前進(jìn)方向空間上生成一個(gè)虛擬的告警邊界，告警邊界由四個(gè)部分組成，即下視邊界、前視邊界、上視邊界和側(cè)邊界。同時(shí)獲取數(shù)據(jù)庫(kù)提供的地形數(shù)據(jù)信息，實(shí)時(shí)比較告警邊界與周邊地形的空間位置關(guān)系，當(dāng)告警邊界與地形觸碰時(shí)即觸發(fā)告警，告警觸發(fā)時(shí)HTAWS同時(shí)給出燈光告警和語(yǔ)音告警以提示飛行員進(jìn)行規(guī)避機(jī)動(dòng)。然而該算法僅提供地形防撞告警，并不具備障礙物和高壓線(xiàn)防撞告警功能，而障礙物和高壓線(xiàn)是造成直升機(jī)CFIT的重要原因之一。此外，該算法為了考慮通用性，其告警邊界設(shè)計(jì)較為保守，因此具有虛警率較高的缺點(diǎn)，對(duì)于機(jī)動(dòng)能力較強(qiáng)的軍用直升機(jī)尤其是武裝直升機(jī)，該算法的告警范圍過(guò)大，提前告警時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，因而會(huì)大大限制直升機(jī)性能的發(fā)揮。
[0004]直升機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)模型通過(guò)分析直升機(jī)各個(gè)氣動(dòng)面的作用，對(duì)直升機(jī)操縱性進(jìn)行分析，建立直升機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)方程組，可以求解直升機(jī)的操縱響應(yīng)。直升機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，目前已經(jīng)能夠建立較高精度的直升機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)模型。
[0005]地形數(shù)據(jù)庫(kù)是將地球表面劃分為無(wú)數(shù)的地形方格，以該方格內(nèi)的最高點(diǎn)作為該地形方格的高程值，這些高程數(shù)據(jù)融合構(gòu)成了地形數(shù)據(jù)庫(kù)。目前全世界的全球高程數(shù)據(jù)有很多種，主要有德國(guó)的DLR數(shù)據(jù)、美國(guó)ASTER⑶EM數(shù)據(jù)、美國(guó)的SRTM數(shù)據(jù)、美國(guó)的GMTED數(shù)據(jù)等。美國(guó)ASTER⑶EM數(shù)據(jù)的分辨率已經(jīng)可以達(dá)到30米，部分地區(qū)可以達(dá)到10米甚至3米。這些地形數(shù)據(jù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載得到，可以作為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。障礙物/高壓線(xiàn)數(shù)據(jù)可由測(cè)繪或供電部門(mén)提供，此外某些商業(yè)公司也可以提供障礙物/高壓線(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)。
[0006]電子綜合顯示儀于20世紀(jì)70年代開(kāi)始在飛機(jī)上使用，電子綜合顯示儀通過(guò)串口通信獲得其他機(jī)載設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)信息處理由字符圖形發(fā)生器產(chǎn)生符合要求的信息畫(huà)面。綜合顯示器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)機(jī)載計(jì)算機(jī)的終端數(shù)據(jù)圖形顯示設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于直升機(jī)的防撞告警方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法提供直升機(jī)的障礙物和高壓線(xiàn)防撞告警功能的問(wèn)題，極大地限制了直升機(jī)性能的發(fā)揮。本發(fā)明的方法對(duì)直升機(jī)航線(xiàn)上的障礙物和高壓線(xiàn)提供防撞告警，提醒飛行員采取必要的機(jī)動(dòng)措施，以避免障礙物或高壓線(xiàn)碰撞事故發(fā)生。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一種適用于直升機(jī)的防撞告警方法，包括步驟如下:
1)直升機(jī)飛行過(guò)程中以一定頻率實(shí)時(shí)計(jì)算直升機(jī)的正常軌跡和逃逸軌跡；
2)以直升機(jī)正常軌跡和逃逸軌跡為基礎(chǔ)確定直升機(jī)障礙物/高壓線(xiàn)告警邊界；
3)將障礙物和高壓線(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化處理；
4)將障礙物數(shù)據(jù)和高壓線(xiàn)數(shù)據(jù)疊加到地形數(shù)據(jù)庫(kù)中完成地形數(shù)據(jù)庫(kù)重構(gòu)；
5)將障礙物/高壓線(xiàn)告警邊界與重構(gòu)后的地形數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較，從而進(jìn)行告警判斷；
6)多功能顯示器獲得直升機(jī)周邊的障礙物/高壓線(xiàn)數(shù)據(jù)信息，并將以直升機(jī)所在位置為中心的周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)的障礙物/高壓線(xiàn)顯示在顯示器上。
[0009]優(yōu)選地，上述步驟I)中具體包括:正常軌跡為一條直線(xiàn)，從當(dāng)前位置開(kāi)始，沿著當(dāng)前速度方向向前延伸;逃逸軌跡由直升機(jī)當(dāng)前飛行參數(shù)代入高精度的直升機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)仿真程序計(jì)算得到。
[0010]優(yōu)選地，上述步驟2)中具體包括:直升機(jī)飛行過(guò)程中在其下方留出一段安全距離，即最小安全高度，直升機(jī)正常飛行不低于這一高度，障礙物/高壓線(xiàn)告警邊界首先需要確定最小安全高度，然后根據(jù)FAA航空標(biāo)準(zhǔn)文件TS0-194C對(duì)提前告警時(shí)間的要求確定障礙物/高壓線(xiàn)告警邊界的前視距離，直升機(jī)正常軌跡、逃逸軌跡、最小安全高度和前視距離共同決定了縱向告警邊界。
[0011 ]優(yōu)選地，上述步驟2)中具體還包括:在起始寬度的基礎(chǔ)上，以一定的偏斜角向前延伸即得到障礙物/高壓線(xiàn)告警的側(cè)邊界;縱向告警邊界與側(cè)邊界共同組成了障礙物/高壓線(xiàn)告警邊界。
[0012]優(yōu)選地，上述步驟2)中具體還包括:障礙物/高壓線(xiàn)告警邊界分為內(nèi)外兩層，分別對(duì)應(yīng)不同的緊急情況，內(nèi)層邊界和外層邊界設(shè)計(jì)流程完全一致，區(qū)別僅在于確定前視距離時(shí)所對(duì)應(yīng)的提前告警時(shí)間不一樣，內(nèi)層邊界對(duì)應(yīng)的提前告警時(shí)間較短，外層告警邊界對(duì)應(yīng)的提前告警時(shí)間較長(zhǎng)。
[0013]優(yōu)選地，上述步驟3)中具體包括:在處理障礙物時(shí)，根據(jù)障礙物的輪廓形狀將其簡(jiǎn)化成底面為正方形的長(zhǎng)方體立柱，以障礙物的中心位置為底面中心，障礙物的最大輪廓范圍為底面邊長(zhǎng)，障礙物的最大實(shí)際高度為長(zhǎng)方體立柱的高度，從而構(gòu)成簡(jiǎn)化的障礙物長(zhǎng)方體立柱模型。
[0014]優(yōu)選地，上述步驟3)中具體包括:在處理高壓線(xiàn)系統(tǒng)時(shí)，將其簡(jiǎn)化為障礙物圓柱模型，對(duì)于高壓輸電線(xiàn)，將其簡(jiǎn)化成兩個(gè)高壓輸電塔之間的連接平面，連接平面的高度由相鄰的兩座高壓輸電塔的高度確定。
[0015]優(yōu)選地，上述步驟4)中，地形數(shù)據(jù)庫(kù)是將地球表面劃分為無(wú)數(shù)的地形方格，以該方格內(nèi)的最高點(diǎn)作為該地形方格的高程值，這些高程數(shù)據(jù)融合構(gòu)成了地形數(shù)據(jù)庫(kù);對(duì)于障礙物數(shù)據(jù)，首先判斷障礙物所處的地形方格，對(duì)于包含了障礙物的地形方格，在原有地形高程值的基礎(chǔ)上加上障礙物高度作為該方格新的高程值;高壓線(xiàn)系統(tǒng)中，對(duì)于每一段高壓線(xiàn)，首先判斷其跨越了哪些地形方格，對(duì)于高壓線(xiàn)經(jīng)過(guò)的地形方格，以高壓線(xiàn)的海拔高度作為該方格新的高程值，地形數(shù)據(jù)庫(kù)重構(gòu)過(guò)程中同時(shí)建立一個(gè)標(biāo)志位矩陣，將障礙物和高壓線(xiàn)所在的位置標(biāo)志出來(lái)。
[0016]優(yōu)選地，上述步驟4)中，正常軌跡確定的告警邊界與逃逸軌跡確定的告警邊界同時(shí)與地形數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比較，正常軌跡和逃逸軌跡外層邊界同時(shí)與地形碰撞時(shí)，告警模塊給出警戒告警;正常軌跡和逃逸軌跡內(nèi)層邊界同時(shí)與地形碰撞時(shí)，告警模塊給出警告告警。
[0017]本發(fā)明的有益效果:
1.本發(fā)明以直升機(jī)逃逸軌跡作為障礙物/高壓線(xiàn)告警邊界的基礎(chǔ)，逃逸軌跡是直升機(jī)在遇到潛在的地形威脅時(shí)采取機(jī)動(dòng)措施后的運(yùn)動(dòng)軌跡，地形與直升機(jī)逃逸軌跡觸碰瞬間是直升機(jī)能否逃逸成功的時(shí)間臨界點(diǎn)，過(guò)早告警將引起虛警，過(guò)晚告警將導(dǎo)致告警失敗；因此以逃逸軌跡為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)前視告警邊界可以最小化虛警率并最大化告警成功率。
[0018]2.本發(fā)明提供了障礙物和高壓線(xiàn)告警功能，可以對(duì)直升機(jī)飛行航線(xiàn)上的障礙物和高壓線(xiàn)進(jìn)行預(yù)警，這是現(xiàn)有的地形防撞告警方法所不具備的。
[0019]3.本發(fā)明提供障礙物/高壓線(xiàn)顯示功能，將至直升機(jī)周邊的障礙物和高壓線(xiàn)以一定的方式顯示在顯示器上，使飛行員對(duì)周邊障礙物/高壓線(xiàn)等潛在的威脅有更直觀(guān)的了解。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明方法的原理示意圖。
[0021]圖2a為障礙物的示意圖。
[0022]圖2b為高壓線(xiàn)系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合實(shí)施例與附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，實(shí)施方式提及的內(nèi)容并非對(duì)本發(fā)明的限定。
[0024]參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明的一種適用于直升機(jī)的防撞告警方法，包括步驟如下:
步驟一:直升機(jī)飛行過(guò)程中以一定頻率實(shí)時(shí)計(jì)算直升機(jī)正常軌跡103和逃逸軌跡104;
其中，根據(jù)直升機(jī)飛行參數(shù)101實(shí)時(shí)計(jì)算正常軌跡和逃逸軌跡，正常軌跡103為一條直線(xiàn)，從當(dāng)前位置開(kāi)始，沿著當(dāng)前速度方向向前延伸即為正常軌跡;逃逸軌跡104由直升機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)仿真程序102計(jì)算得到，將直升機(jī)飛行參數(shù)101和機(jī)動(dòng)方式代入直升機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)仿真程序102，即可求得直升機(jī)逃逸軌跡104。
[0025]步驟二:以直升機(jī)正常軌跡和逃逸軌跡為基礎(chǔ)確定障礙物/高壓線(xiàn)告警邊界105;其中，直升機(jī)飛行過(guò)程中應(yīng)該在其下方留出一段安全距離，即最小安全高度，直升機(jī)正常飛行應(yīng)不低于這一高度，障礙物/高壓線(xiàn)告警邊界應(yīng)首先確定最小安全高度，最小安全高度設(shè)為50米。根據(jù)TS0-194C的要求，警告告警至少提前20秒，警戒告警至少提前30秒。根據(jù)這一規(guī)定警告前視距離為直升機(jī)以當(dāng)前狀態(tài)飛行20秒通過(guò)的距離，警戒前視距離為直升機(jī)以當(dāng)前狀態(tài)飛行30秒通過(guò)的距離。正常軌跡和逃逸軌跡均向前延伸到前視距離處終止;直升機(jī)正常軌跡、逃逸軌跡、最小安全高度和前視距離共同確定了障礙物/高壓線(xiàn)告警的縱向告警邊界。
[0026]直升機(jī)飛行過(guò)程中所處的位置具有一定的橫向不確定性，因此告警邊界應(yīng)具有一定寬度。前方越遠(yuǎn)處直升機(jī)位置不確定性越大，因此前方越遠(yuǎn)處告警邊界的寬度也應(yīng)該越大;在起始寬度的基礎(chǔ)上，兩側(cè)以一定的偏斜角向前延伸即得到障礙物/高壓線(xiàn)告警的側(cè)邊界。起始寬度設(shè)為60米，偏斜角設(shè)為I度(于其他實(shí)施例中也可為其他數(shù)值)?？v向告警邊界，側(cè)邊界共同組成了障礙物/高壓線(xiàn)告警邊界;障礙物/高壓線(xiàn)告警邊界分為內(nèi)外兩層，分別對(duì)應(yīng)警告告警和警戒告警，內(nèi)層邊界和外層邊界設(shè)計(jì)流程完全一致，區(qū)別僅在于確定前視距離時(shí)所對(duì)應(yīng)的提前告警時(shí)間不一樣，內(nèi)層邊界對(duì)應(yīng)的提前告警時(shí)間較短，外層告警邊界對(duì)應(yīng)的提前告警時(shí)間較長(zhǎng)。
[0027]步驟三:將障礙物和高壓線(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化處理；其中，比較典型的障礙物有電視塔、通訊基站、大型煙囪、高層建筑等。這些障礙物的共同特點(diǎn)是平面幾何尺寸相對(duì)較小但是高度較高，在處理時(shí)可以根據(jù)這些障礙物的輪廓形狀將其簡(jiǎn)化成底面為正方形的長(zhǎng)方體立柱(因?yàn)殚L(zhǎng)方體所需幾何參數(shù)較少)，以障礙物的中心位置為底面中心，障礙物的最大輪廓范圍為底面邊長(zhǎng)，障礙物的最大實(shí)際高度為長(zhǎng)方體立柱的高度，從而構(gòu)成簡(jiǎn)化的障礙物長(zhǎng)方體立柱模型。
[0028]對(duì)于高壓線(xiàn)系統(tǒng)，一般由高壓輸電塔和高壓輸電線(xiàn)兩部分組成。對(duì)于高壓輸電塔參照前述障礙物處理辦法，將其簡(jiǎn)化為障礙物圓柱模型;對(duì)于高壓輸電線(xiàn)，則將其簡(jiǎn)化成兩個(gè)高壓輸電塔之間的連接平面，連接平面的高度由相鄰的兩座高壓輸電塔的高度確定。
[0029]步驟四:將障礙物數(shù)據(jù)和高壓線(xiàn)數(shù)據(jù)疊加到地形數(shù)據(jù)庫(kù)中完成地形數(shù)據(jù)庫(kù)重構(gòu)109，地形數(shù)據(jù)庫(kù)106是將地球表面劃分為無(wú)數(shù)的地形方格，以該方格內(nèi)的最高點(diǎn)作為該地形方格的高程值，這些高程數(shù)據(jù)融合構(gòu)成了地形數(shù)據(jù)庫(kù)106。為方便起見(jiàn)，障礙物可以簡(jiǎn)化為底面為正方形的長(zhǎng)方體立柱，對(duì)于障礙物數(shù)據(jù)107，主要的數(shù)據(jù)信息包括:底面中心經(jīng)瑋度、底面邊長(zhǎng)、立柱高度;在地形數(shù)據(jù)庫(kù)重構(gòu)時(shí)，首先判斷障礙物所處的地形方格，對(duì)于包含了障礙物的地形方格，在原有地形高程值的基礎(chǔ)上加上障礙物高度(即立柱高度)作為該方格新的高程值。
[0030]障礙物所處的位置有多種可能的情形，如附圖2a所示，當(dāng)障礙物完全處于同一地形方格內(nèi)時(shí)，如圖中A障礙物，將障礙物的高度與該地形方格原有的高程值相加作為該方格新的高程值；當(dāng)障礙物位于兩個(gè)地形方格的交界處，同時(shí)跨越了兩個(gè)地形方格時(shí)，如圖中B障礙物，將障礙物的高度與這兩個(gè)地形方格原有的高程值相加作為這兩個(gè)方格新的高程值;若如C障礙物所示跨越了四個(gè)地形方格，則將障礙物的高度與這四個(gè)地形方格原有的高程值相加作為這四個(gè)地形方格新的高程值。
[0031]對(duì)于高壓線(xiàn)數(shù)據(jù)108，一般由高壓輸電塔和高壓輸電線(xiàn)兩部分組成。如附圖2b所示，圖中D/E/F表示高壓輸電塔，輸電塔之間的連線(xiàn)表示高壓輸電線(xiàn)。高壓線(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息主要包括:起點(diǎn)輸電塔底面中心經(jīng)瑋度、起點(diǎn)輸電塔底面邊長(zhǎng)、起點(diǎn)輸電塔立柱高度、終點(diǎn)輸電塔底面中心經(jīng)瑋度、終點(diǎn)輸電塔底面邊長(zhǎng)、終點(diǎn)輸電塔立柱高度;對(duì)于輸電塔其數(shù)據(jù)庫(kù)重構(gòu)算法與障礙物相同，對(duì)于輸電塔所處的地形方格，在原有地形高程值的基礎(chǔ)上加上輸電塔高度(即立柱高度)作為該方格新的高程值;若輸電塔跨越了多個(gè)地形方格處理方法與障礙物相同，對(duì)于每一段高壓線(xiàn)，首先判斷其跨越了哪些地形方格，對(duì)于高壓線(xiàn)經(jīng)過(guò)的地形方格，以高壓線(xiàn)的海拔高度作為該方格新的高程值；當(dāng)起點(diǎn)輸電塔與終點(diǎn)輸電塔所在位置的地形高度不等時(shí)，高壓線(xiàn)將在空間傾斜并與水平面形成一定夾角，因此，高壓線(xiàn)不同位置處的海拔高度也不一樣，而高壓線(xiàn)與每個(gè)地形方格的邊界會(huì)有兩個(gè)交點(diǎn)，此時(shí)，可以分別計(jì)算這兩個(gè)交點(diǎn)處高壓線(xiàn)的高度，并選取這兩者中的較大值作為該地形方格新的高程值。地形數(shù)據(jù)庫(kù)重構(gòu)過(guò)程中同時(shí)建立一個(gè)標(biāo)志位矩陣110，將障礙物和高壓線(xiàn)所在的位置標(biāo)志出來(lái)，對(duì)于包含有障礙物的地形方格其標(biāo)志信息設(shè)為I，對(duì)于包含高壓輸電塔/線(xiàn)的地形方格其標(biāo)志信息設(shè)為2，對(duì)于既不包含障礙物也不包含高壓輸電塔/線(xiàn)的地形方格標(biāo)志信息設(shè)為O O
[0032]步驟五:威脅判斷模塊111基于障礙物/高壓線(xiàn)告警邊界和經(jīng)過(guò)重構(gòu)的地形數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行告警判斷;其中，正常軌跡確定的告警邊界與逃逸軌跡確定的告警邊界同時(shí)與地形數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比較，正常軌跡和逃逸軌跡外層邊界同時(shí)與地形碰撞時(shí)，告警模塊給出警戒告警，告警燈光112為黃色;正常軌跡和逃逸軌跡內(nèi)層邊界同時(shí)與地形碰撞時(shí)，告警模塊給出警告告警，告警燈光112為紅色。系統(tǒng)告警時(shí)，根據(jù)標(biāo)志位矩陣的標(biāo)志信息判斷威脅類(lèi)型，若障礙物觸發(fā)了告警，告警語(yǔ)音113為“注意障礙物”；若高壓線(xiàn)觸發(fā)了告警，告警語(yǔ)音113為“注意高壓線(xiàn)”；若障礙物和高壓線(xiàn)同時(shí)觸發(fā)了告警，則判斷何種威脅距離直升機(jī)較近，根據(jù)較近的威脅類(lèi)型進(jìn)行語(yǔ)音告警。
[0033]步驟六:多功能顯示器通過(guò)串口通信獲得直升機(jī)周邊的障礙物/高壓線(xiàn)數(shù)據(jù)信息，并將以直升機(jī)為中心的周?chē)?0海里(此處為具體實(shí)例)范圍內(nèi)障礙物/高壓線(xiàn)顯示在顯示器114上。障礙物和高壓線(xiàn)用特殊的符號(hào)進(jìn)行表示，并在標(biāo)示在顯示器對(duì)應(yīng)位置處。高壓輸電塔的示意標(biāo)志與障礙物相同，高壓輸電線(xiàn)的示意標(biāo)志位相鄰兩個(gè)高壓輸電塔的連線(xiàn)，連線(xiàn)的寬度一般以飛行員肉眼可見(jiàn)為準(zhǔn)。若威脅判斷模塊111顯示某處障礙物或高壓線(xiàn)導(dǎo)致了系統(tǒng)告警，該處的障礙物或高壓線(xiàn)將以一定的頻率閃動(dòng)從而給予飛行員更直觀(guān)的提示。
[0034]本發(fā)明具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適用于直升機(jī)的防撞告警方法，其特征在于，包括步驟如下:1)直升機(jī)飛行過(guò)程中以一定頻率實(shí)時(shí)計(jì)算直升機(jī)的正常軌跡和逃逸軌跡；2 )以直升機(jī)正常軌跡和逃逸軌跡為基礎(chǔ)確定直升機(jī)障礙物/高壓線(xiàn)告警邊界；3)將障礙物和高壓線(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化處理；4)將障礙物數(shù)據(jù)和高壓線(xiàn)數(shù)據(jù)疊加到地形數(shù)據(jù)庫(kù)中完成地形數(shù)據(jù)庫(kù)重構(gòu)；5)將障礙物/高壓線(xiàn)告警邊界與重構(gòu)后的地形數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較，從而進(jìn)行告警判斷；6)多功能顯示器獲得直升機(jī)周邊的障礙物/高壓線(xiàn)數(shù)據(jù)信息，并將以直升機(jī)所在位置 為中心的周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)的障礙物/高壓線(xiàn)顯示在顯示器上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于直升機(jī)的防撞告警方法，其特征在于，上述步驟1)中具 體包括:正常軌跡為一條直線(xiàn)，從當(dāng)前位置開(kāi)始，沿著當(dāng)前速度方向向前延伸；逃逸軌跡由 直升機(jī)當(dāng)前飛行參數(shù)代入高精度的直升機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)仿真程序計(jì)算得到。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于直升機(jī)的防撞告警方法，其特征在于，上述步驟2)中具 體包括:直升機(jī)飛行過(guò)程中在其下方留出一段安全距離，即最小安全高度，直升機(jī)正常飛行 不低于這一高度，障礙物/高壓線(xiàn)告警邊界首先需要確定最小安全高度，然后根據(jù)FAA航空 標(biāo)準(zhǔn)文件TS0-194C對(duì)提前告警時(shí)間的要求確定障礙物/高壓線(xiàn)告警邊界的前視距離，直升 機(jī)正常軌跡、逃逸軌跡、最小安全高度和前視距離共同決定了縱向告警邊界。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于直升機(jī)的防撞告警方法，其特征在于，上述步驟2)中具 體還包括:在起始寬度的基礎(chǔ)上，以一定的偏斜角向前延伸即得到障礙物/高壓線(xiàn)告警的側(cè) 邊界;縱向告警邊界與側(cè)邊界共同組成了障礙物/高壓線(xiàn)告警邊界。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的適用于直升機(jī)的防撞告警方法，其特征在于，上述步驟2)中具 體還包括:障礙物/高壓線(xiàn)告警邊界分為內(nèi)外兩層，分別對(duì)應(yīng)不同的緊急情況，內(nèi)層邊界和 外層邊界設(shè)計(jì)流程完全一致，區(qū)別僅在于確定前視距離時(shí)所對(duì)應(yīng)的提前告警時(shí)間不一樣， 內(nèi)層邊界對(duì)應(yīng)的提前告警時(shí)間較短，外層告警邊界對(duì)應(yīng)的提前告警時(shí)間較長(zhǎng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于直升機(jī)的防撞告警方法，其特征在于，上述步驟3)中具 體包括:在處理障礙物時(shí)，根據(jù)障礙物的輪廓形狀將其簡(jiǎn)化成底面為正方形的長(zhǎng)方體立柱， 以障礙物的中心位置為底面中心，障礙物的最大輪廓范圍為底面邊長(zhǎng)，障礙物的最大實(shí)際 高度為長(zhǎng)方體立柱的高度，從而構(gòu)成簡(jiǎn)化的障礙物長(zhǎng)方體立柱模型。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于直升機(jī)的防撞告警方法，其特征在于，上述步驟3)中具 體包括:在處理高壓線(xiàn)系統(tǒng)時(shí)，將其簡(jiǎn)化為障礙物圓柱模型，對(duì)于高壓輸電線(xiàn)，將其簡(jiǎn)化成 兩個(gè)高壓輸電塔之間的連接平面，連接平面的高度由相鄰的兩座高壓輸電塔的高度確定。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于直升機(jī)的防撞告警方法，其特征在于，高壓線(xiàn)系統(tǒng)由高 壓輸電塔和高壓輸電線(xiàn)兩部分組成。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于直升機(jī)的防撞告警方法，其特征在于，上述步驟4)中， 地形數(shù)據(jù)庫(kù)是將地球表面劃分為無(wú)數(shù)的地形方格，以該方格內(nèi)的最高點(diǎn)作為該地形方格的 高程值，這些高程數(shù)據(jù)融合構(gòu)成了地形數(shù)據(jù)庫(kù);對(duì)于障礙物數(shù)據(jù)，首先判斷障礙物所處的地 形方格，對(duì)于包含了障礙物的地形方格，在原有地形高程值的基礎(chǔ)上加上障礙物高度作為 該方格新的高程值;高壓線(xiàn)系統(tǒng)中，對(duì)于每一段高壓線(xiàn)，首先判斷其跨越了哪些地形方格， 對(duì)于高壓線(xiàn)經(jīng)過(guò)的地形方格，以高壓線(xiàn)的海拔高度作為該方格新的高程值，地形數(shù)據(jù)庫(kù)重 構(gòu)過(guò)程中同時(shí)建立一個(gè)標(biāo)志位矩陣，將障礙物和高壓線(xiàn)所在的位置標(biāo)志出來(lái)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的適用于直升機(jī)的防撞告警方法，其特征在于，上述步驟4)中， 正常軌跡確定的告警邊界與逃逸軌跡確定的告警邊界同時(shí)與地形數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比較，正常 軌跡和逃逸軌跡外層邊界同時(shí)與地形碰撞時(shí)，告警模塊給出警戒告警;正常軌跡和逃逸軌 跡內(nèi)層邊界同時(shí)與地形碰撞時(shí)，告警模塊給出警告告警。
【文檔編號(hào)】G08G5/04GK106056979SQ201610455677
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月21日
【發(fā)明人】陸洋, 周成中, 衛(wèi)瑞智, 劉以?shī)^, 許細(xì)策
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)