专利名称：一种直升机地形感知与告警系统告警包线生成方法
技术领域：
本发明涉及的是一种用于阈值选取技术领域的方法，特别涉及一种基于系统性能曲线的直升机地形感知与告警系统的包线生成方法。
背景技术：
可控飞行撞地(Controlled Flight into Terrain, CFIT)事件是造成机体损毁和人员死亡事故的主要原因之一。民用直升机地形感知与告警系统(Helicopter TerrainAwareness and Warning System,HTAWS)可以根据飞机的当前状态以及前方地形提前给出报警，有效的避免可控飞行撞地，确保飞行安全。该系统主要包括六种传统告警模式和前视告警模式，能够根据过快的下降速度、地形接近率、起飞或复飞程序后过度地降低飞行高度、净空高度不足、降落时下滑道偏低和过度的倾斜角等情况为飞行员提供告警。HTAWS的设计方法一般基于适应性告警原理，即在设计告警系统时预先定义好一个合适的安全操作区域，通过检测飞行状态是否超出了安全区域来确定是否给出告警。在六种传统模式中，安全操作区域包线对应的门限值即为告警阈值，其设置方法是告警系统设计的关键问题。对基于适应性告警原理设计的告警系统来说，通常会产生以下两种错误的告警一种是系统发出了告警，但此次告警对于规避“事故”来说是不必要的，称为虚警；另一种是在本该发出告警的情况下，系统未告警或者未及时告警，称为漏警。虚警和漏警均会影响告警系统性能。告警阈值设置的较大虽然可以为操作人员提供足够的时间采取补救措施，有效减少漏警的发生，但是预测轨迹存在的不确定性过多，产生虚警产生的可能性也相应增大；反之，若是告警阈值设置较小，预测轨迹相对精确，可以减少虚警发生的，同时也使得因为告警不及时而发生事故的概率增大。近几年，国外生产的直升机地形感知与告警系统产品陆续推向市场，但在告警性能方面，各个产品都还有很大的提升空间。
发明内容
本发明公开了一种直升机地形感知与告警系统的包线生成方法，其目的在于综合考虑虚警和漏警对告警系统的影响，提供一种基于系统性能(System OperatingCharacteristic, SOC)曲线的HTAWS模式I和模式2告警包线生成方法，其最终生成的告警阈值包线更加合理，可有效减小虚警和漏警情况的发生。本发明的技术方案如下
直升机地形感知与告警系统告警包线生成方法，包括SI :建立飞机无告警情况下的正常轨迹模型，并结合飞行员规避操作建立飞机告警后规避轨迹模型，将两个轨迹模型分别与一阶Markov随机地形数据作比较，判断此次飞行方针是否告警成功；S2 :进行大量飞行仿真，统计作为告警系统性能指标的虚警率和告警成功率，生成SOC曲线，权衡两个指标对系统的影响选取最佳告警阈值点；S3 :生成整个告警阈值包线。
所述步骤SI进一步包括Sll :生成一阶Markov随机地形一阶高斯Markov地形中，数据序列下一时刻的值yn+1的概率密度函数仅与最近的上一时刻的值yn有关，即f (yn+11 y0, Yi, y2, Y3*** yn-i. yn) =f (yn+i I yn)⑴对于离散的Markov过程，则yn+1与yn满足以下关系yn+1 = e_0yn+ ξ n(2)同时，此过程也是高斯过程，则β = 1/%，其中Itl为数据的相关长度；ξη是服从均值为0，方差为02(l-e_2e)正态分布的随机变量，即
ξ二Ν(0，σ2(1-θ_20))(3)调节模型参数σ 2和Itl即得到各种不同的地形；S12 :建立飞机无告警情况下的正常轨迹模型；S13 :建立告警后规避轨迹模型；S14 :判断此次告警是否成功。所述步骤S12进一步包括假定直升机飞行至A点时得到告警，A点处海拔高度为Htl,飞行速度为N0,航迹角为Θ ^ ;自A点起进行轨迹直线外推T秒，得到无告警情况下的正常轨迹；假设飞机做匀变速直线运动，速度变化率为B1，可得任意t时刻飞机速度V (t)和海拔高度H(t)分别为
权利要求
1.一种直升机地形感知与告警系统告警包线生成方法，其特征在于，包括 Si:建立飞机无告警情况下的正常轨迹模型，并结合飞行员规避操作建立飞机告警后规避轨迹模型，将两个轨迹模型分别与ー阶Markov随机地形数据作比较，判断此次飞行方针是否告警成功； 52:进行大量飞行仿真，统计作为告警系统性能指标的虚警率和告警成功率，生成SOC曲线，权衡两个指标对系统的影响选取最佳告警阈值点； 53:生成整个告警阈值包线。
2.根据权利要求I所述的直升机地形感知与告警系统告警包线生成方法，其特征在于，所述步骤SI进ー步包括 511:生成一阶Markov随机地形 一阶高斯Markov地形中，数据序列下ー时刻的值yn+1的概率密度函数仅与最近的上一时刻的值7 有夫，即f けη+ι 110, Yi, y2.1ぐ.yn-i，yn) =f (yn+i I yn)(!) 对于离散的Markov过程,则yn+1与yn满足以下关系 yn+i = e_fiyn+ln(2) 同时，此过程也是高斯过程，则β = Izltl，其中Itl为数据的相关长度；1 是服从均值为0，方差为o2(l-e-20)正态分布的随机变量，即ξη Ν(0，σ2(1-θ-2@))(3) 调节模型參数σ 2和Ici即得到各种不同的地形； 512:建立飞机无告警情况下的正常轨迹模型； 513:建立告警后规避轨迹模型； 514:判断此次告警是否成功。
3.根据权利要求2所述的直升机地形感知与告警系统告警包线生成方法，其特征在于，所述步骤S12进ー步包括 假定直升机飞行至A点时得到告警，A点处海拔高度为Htl,飞行速度为Vtl,航迹角为β0;自A点起进行轨迹直线外推T秒，得到无告警情况下的正常轨迹；假设飞机做匀变速直线运动，速度变化率为S1，可得任意t时刻飞机速度V(t)和海拔高度H(t)分别为 V(t) =Vc^t(I) H (/) ニ H0 -J V (I) sm OllCJl .ニ H0- + α, ) ηθ0 Ι (2j 若在规定的外推时间T内任一时刻飞机均未触地,贝U表明A点状态下直升机安全无告警；若系统发出了告警，则为一次误告警。
4.根据权利要求3所述的直升机地形感知与告警系统告警包线生成方法，其特征在于，所述步骤S13进ー步包括 系统产生告警后，飞行人员采取规避操作，根据模型外推T秒，考虑飞行员反应延迟，告警后规避轨迹的建模分为以下三个部分 S131:生成反应延迟阶段轨迹 此段轨迹与无告警时正常轨迹的外推方法完全一致，其任意t时刻飞机速度V (t和海拔高度H(t)为V(t) = Vo+aJ(3)
5.根据权利要求4所述的直升机地形感知与告警系统告警包线生成方法，其特征在于，所述步骤S14进ー步包括 在单次飞行仿真中，若正常轨迹发生触地，则判定为发生事故，无告警情况下事故发生次数加I ;若告警规避轨迹发生触地，说明告警失败，告警后事故发生次数加I ;反之，则认为告警成功。
6.根据权利要求5所述的直升机地形感知与告警系统告警包线生成方法，其特征在于，所述步骤S2进ー步包括 重复步骤Sll至S14，对近地飞行事件进行大量仿真，统计虚警率和告警成功率；进而得到虚警率P (FA)曲线以及告警成功率P (CD)曲线；以P(FA和P(CD)这两个性能指标分别为横纵坐标所作SOC曲线；P(CD))-P(FA)的值为系统报警收益，通过设置合理的告警收益可获得最理想的告警阈值点。
7.根据权利要求6所述的直升机地形感知与告警系统告警包线生成方法，其特征在于，所述步骤S3进ー步包括 更改飞机初始无线电高度值，重复步骤SI至S2，可得到不同状态下对应的最佳告警阈值点；将一组阈值点进行线性拟合，并利用飞行边界条件确定拟合斜线的上下限，得到告警阈 值曲线。
全文摘要
本发明公开了一种直升机地形感知与告警系统告警包线生成方法，包括S1建立飞机无告警情况下的正常轨迹模型，并结合飞行员规避操作建立飞机告警后规避轨迹模型，将两个轨迹模型分别与一阶Markov随机地形数据作比较，判断此次飞行方针是否告警成功；S2进行大量飞行仿真，统计作为告警系统性能指标的虚警率和告警成功率，生成SOC曲线，权衡两个指标对系统的影响选取最佳告警阈值点；S3生成整个告警阈值包线。本发明目的在于综合考虑虚警和漏警对告警系统的影响，提供一种基于系统性能(SystemOperatingCharacteristic，SOC)曲线的HTAWS模式1和模式2告警包线生成方法，其最终生成的告警阈值包线更加合理，可有效减小虚警和漏警情况的发生。
文档编号G08G5/04GK102737525SQ20121022056
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月28日 优先权日2012年6月28日
发明者庹红娅, 张浩淼, 秦彦源, 钱云燕 申请人:上海交通大学