專利名稱：一種直升機(jī)地形感知與告警系統(tǒng)告警包線生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于閾值選取技術(shù)領(lǐng)域的方法，特別涉及一種基于系統(tǒng)性能曲線的直升機(jī)地形感知與告警系統(tǒng)的包線生成方法。
背景技術(shù)：
可控飛行撞地(Controlled Flight into Terrain, CFIT)事件是造成機(jī)體損毀和人員死亡事故的主要原因之一。民用直升機(jī)地形感知與告警系統(tǒng)(Helicopter TerrainAwareness and Warning System,HTAWS)可以根據(jù)飛機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)以及前方地形提前給出報(bào)警，有效的避免可控飛行撞地，確保飛行安全。該系統(tǒng)主要包括六種傳統(tǒng)告警模式和前視告警模式，能夠根據(jù)過(guò)快的下降速度、地形接近率、起飛或復(fù)飛程序后過(guò)度地降低飛行高度、凈空高度不足、降落時(shí)下滑道偏低和過(guò)度的傾斜角等情況為飛行員提供告警。HTAWS的設(shè)計(jì)方法一般基于適應(yīng)性告警原理，即在設(shè)計(jì)告警系統(tǒng)時(shí)預(yù)先定義好一個(gè)合適的安全操作區(qū)域，通過(guò)檢測(cè)飛行狀態(tài)是否超出了安全區(qū)域來(lái)確定是否給出告警。在六種傳統(tǒng)模式中，安全操作區(qū)域包線對(duì)應(yīng)的門限值即為告警閾值，其設(shè)置方法是告警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題。對(duì)基于適應(yīng)性告警原理設(shè)計(jì)的告警系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，通常會(huì)產(chǎn)生以下兩種錯(cuò)誤的告警一種是系統(tǒng)發(fā)出了告警，但此次告警對(duì)于規(guī)避“事故”來(lái)說(shuō)是不必要的，稱為虛警；另一種是在本該發(fā)出告警的情況下，系統(tǒng)未告警或者未及時(shí)告警，稱為漏警。虛警和漏警均會(huì)影響告警系統(tǒng)性能。告警閾值設(shè)置的較大雖然可以為操作人員提供足夠的時(shí)間采取補(bǔ)救措施，有效減少漏警的發(fā)生，但是預(yù)測(cè)軌跡存在的不確定性過(guò)多，產(chǎn)生虛警產(chǎn)生的可能性也相應(yīng)增大；反之，若是告警閾值設(shè)置較小，預(yù)測(cè)軌跡相對(duì)精確，可以減少虛警發(fā)生的，同時(shí)也使得因?yàn)楦婢患皶r(shí)而發(fā)生事故的概率增大。近幾年，國(guó)外生產(chǎn)的直升機(jī)地形感知與告警系統(tǒng)產(chǎn)品陸續(xù)推向市場(chǎng)，但在告警性能方面，各個(gè)產(chǎn)品都還有很大的提升空間。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種直升機(jī)地形感知與告警系統(tǒng)的包線生成方法，其目的在于綜合考慮虛警和漏警對(duì)告警系統(tǒng)的影響，提供一種基于系統(tǒng)性能(System OperatingCharacteristic, SOC)曲線的HTAWS模式I和模式2告警包線生成方法，其最終生成的告警閾值包線更加合理，可有效減小虛警和漏警情況的發(fā)生。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
直升機(jī)地形感知與告警系統(tǒng)告警包線生成方法，包括SI :建立飛機(jī)無(wú)告警情況下的正常軌跡模型，并結(jié)合飛行員規(guī)避操作建立飛機(jī)告警后規(guī)避軌跡模型，將兩個(gè)軌跡模型分別與一階Markov隨機(jī)地形數(shù)據(jù)作比較，判斷此次飛行方針是否告警成功；S2 :進(jìn)行大量飛行仿真，統(tǒng)計(jì)作為告警系統(tǒng)性能指標(biāo)的虛警率和告警成功率，生成SOC曲線，權(quán)衡兩個(gè)指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)的影響選取最佳告警閾值點(diǎn)；S3 :生成整個(gè)告警閾值包線。
所述步驟SI進(jìn)一步包括Sll :生成一階Markov隨機(jī)地形一階高斯Markov地形中，數(shù)據(jù)序列下一時(shí)刻的值yn+1的概率密度函數(shù)僅與最近的上一時(shí)刻的值yn有關(guān)，即f (yn+11 y0, Yi, y2, Y3*** yn-i. yn) =f (yn+i I yn)⑴對(duì)于離散的Markov過(guò)程，則yn+1與yn滿足以下關(guān)系yn+1 = e_0yn+ ξ n(2)同時(shí)，此過(guò)程也是高斯過(guò)程，則β = 1/%，其中Itl為數(shù)據(jù)的相關(guān)長(zhǎng)度；ξη是服從均值為0，方差為02(l-e_2e)正態(tài)分布的隨機(jī)變量，即
ξ二Ν(0，σ2(1-θ_20))(3)調(diào)節(jié)模型參數(shù)σ 2和Itl即得到各種不同的地形；S12 :建立飛機(jī)無(wú)告警情況下的正常軌跡模型；S13 :建立告警后規(guī)避軌跡模型；S14 :判斷此次告警是否成功。所述步驟S12進(jìn)一步包括假定直升機(jī)飛行至A點(diǎn)時(shí)得到告警，A點(diǎn)處海拔高度為Htl,飛行速度為N0,航跡角為Θ ^ ;自A點(diǎn)起進(jìn)行軌跡直線外推T秒，得到無(wú)告警情況下的正常軌跡；假設(shè)飛機(jī)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，速度變化率為B1，可得任意t時(shí)刻飛機(jī)速度V (t)和海拔高度H(t)分別為
權(quán)利要求
1.一種直升機(jī)地形感知與告警系統(tǒng)告警包線生成方法，其特征在于，包括 Si:建立飛機(jī)無(wú)告警情況下的正常軌跡模型，并結(jié)合飛行員規(guī)避操作建立飛機(jī)告警后規(guī)避軌跡模型，將兩個(gè)軌跡模型分別與ー階Markov隨機(jī)地形數(shù)據(jù)作比較，判斷此次飛行方針是否告警成功； 52:進(jìn)行大量飛行仿真，統(tǒng)計(jì)作為告警系統(tǒng)性能指標(biāo)的虛警率和告警成功率，生成SOC曲線，權(quán)衡兩個(gè)指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)的影響選取最佳告警閾值點(diǎn)； 53:生成整個(gè)告警閾值包線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直升機(jī)地形感知與告警系統(tǒng)告警包線生成方法，其特征在于，所述步驟SI進(jìn)ー步包括 511:生成一階Markov隨機(jī)地形 一階高斯Markov地形中，數(shù)據(jù)序列下ー時(shí)刻的值yn+1的概率密度函數(shù)僅與最近的上一時(shí)刻的值7 有夫，即f けη+ι 110, Yi, y2.1ぐ.yn-i，yn) =f (yn+i I yn)(!) 對(duì)于離散的Markov過(guò)程,則yn+1與yn滿足以下關(guān)系 yn+i = e_fiyn+ln(2) 同時(shí)，此過(guò)程也是高斯過(guò)程，則β = Izltl，其中Itl為數(shù)據(jù)的相關(guān)長(zhǎng)度；1 是服從均值為0，方差為o2(l-e-20)正態(tài)分布的隨機(jī)變量，即ξη Ν(0，σ2(1-θ-2@))(3) 調(diào)節(jié)模型參數(shù)σ 2和Ici即得到各種不同的地形； 512:建立飛機(jī)無(wú)告警情況下的正常軌跡模型； 513:建立告警后規(guī)避軌跡模型； 514:判斷此次告警是否成功。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直升機(jī)地形感知與告警系統(tǒng)告警包線生成方法，其特征在于，所述步驟S12進(jìn)ー步包括 假定直升機(jī)飛行至A點(diǎn)時(shí)得到告警，A點(diǎn)處海拔高度為Htl,飛行速度為Vtl,航跡角為β0;自A點(diǎn)起進(jìn)行軌跡直線外推T秒，得到無(wú)告警情況下的正常軌跡；假設(shè)飛機(jī)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，速度變化率為S1，可得任意t時(shí)刻飛機(jī)速度V(t)和海拔高度H(t)分別為 V(t) =Vc^t(I) H (/) ニ H0 -J V (I) sm OllCJl .ニ H0- + α, ) ηθ0 Ι (2j 若在規(guī)定的外推時(shí)間T內(nèi)任一時(shí)刻飛機(jī)均未觸地,貝U表明A點(diǎn)狀態(tài)下直升機(jī)安全無(wú)告警；若系統(tǒng)發(fā)出了告警，則為一次誤告警。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直升機(jī)地形感知與告警系統(tǒng)告警包線生成方法，其特征在于，所述步驟S13進(jìn)ー步包括 系統(tǒng)產(chǎn)生告警后，飛行人員采取規(guī)避操作，根據(jù)模型外推T秒，考慮飛行員反應(yīng)延遲，告警后規(guī)避軌跡的建模分為以下三個(gè)部分 S131:生成反應(yīng)延遲階段軌跡 此段軌跡與無(wú)告警時(shí)正常軌跡的外推方法完全一致，其任意t時(shí)刻飛機(jī)速度V (t和海拔高度H(t)為V(t) = Vo+aJ(3)
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的直升機(jī)地形感知與告警系統(tǒng)告警包線生成方法，其特征在于，所述步驟S14進(jìn)ー步包括 在單次飛行仿真中，若正常軌跡發(fā)生觸地，則判定為發(fā)生事故，無(wú)告警情況下事故發(fā)生次數(shù)加I ;若告警規(guī)避軌跡發(fā)生觸地，說(shuō)明告警失敗，告警后事故發(fā)生次數(shù)加I ;反之，則認(rèn)為告警成功。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直升機(jī)地形感知與告警系統(tǒng)告警包線生成方法，其特征在于，所述步驟S2進(jìn)ー步包括 重復(fù)步驟Sll至S14，對(duì)近地飛行事件進(jìn)行大量仿真，統(tǒng)計(jì)虛警率和告警成功率；進(jìn)而得到虛警率P (FA)曲線以及告警成功率P (CD)曲線；以P(FA和P(CD)這兩個(gè)性能指標(biāo)分別為橫縱坐標(biāo)所作SOC曲線；P(CD))-P(FA)的值為系統(tǒng)報(bào)警收益，通過(guò)設(shè)置合理的告警收益可獲得最理想的告警閾值點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的直升機(jī)地形感知與告警系統(tǒng)告警包線生成方法，其特征在于，所述步驟S3進(jìn)ー步包括 更改飛機(jī)初始無(wú)線電高度值，重復(fù)步驟SI至S2，可得到不同狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的最佳告警閾值點(diǎn)；將一組閾值點(diǎn)進(jìn)行線性擬合，并利用飛行邊界條件確定擬合斜線的上下限，得到告警閾 值曲線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直升機(jī)地形感知與告警系統(tǒng)告警包線生成方法，包括S1建立飛機(jī)無(wú)告警情況下的正常軌跡模型，并結(jié)合飛行員規(guī)避操作建立飛機(jī)告警后規(guī)避軌跡模型，將兩個(gè)軌跡模型分別與一階Markov隨機(jī)地形數(shù)據(jù)作比較，判斷此次飛行方針是否告警成功；S2進(jìn)行大量飛行仿真，統(tǒng)計(jì)作為告警系統(tǒng)性能指標(biāo)的虛警率和告警成功率，生成SOC曲線，權(quán)衡兩個(gè)指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)的影響選取最佳告警閾值點(diǎn)；S3生成整個(gè)告警閾值包線。本發(fā)明目的在于綜合考慮虛警和漏警對(duì)告警系統(tǒng)的影響，提供一種基于系統(tǒng)性能(SystemOperatingCharacteristic，SOC)曲線的HTAWS模式1和模式2告警包線生成方法，其最終生成的告警閾值包線更加合理，可有效減小虛警和漏警情況的發(fā)生。
文檔編號(hào)G08G5/04GK102737525SQ20121022056
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者庹紅婭, 張浩淼, 秦彥源, 錢云燕 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)