近地警告系统(GPWS)和飞行安全

近地警告系统（GPWS）和飞行安全摘要：近地警告系统通过语音和灯光信号向飞行员提供警告，在预防可控飞行撞地（CFIT）事故方面起着重要的作用。

GPWS正是针对CFIT研制和发展的电子设备系统。

它利用飞机上各种已有的传感器所提供的信号，监控飞机的状态和相对地形的位置，在出现危及飞行安全的情况时向飞行员发出警告。

但是近地警告系统也存在着缺陷，使CFIT仍时有发生。

针对近地警告系统存在的缺陷，发展了增强型近地警告系统EGPWS。

本文将对GPWS以及EGPWS 与飞行安全这一问题进行阐述。

关键词：GPWS 近地警告系统EGPWS 增强型警告系统CFIT 可控飞行撞地可控飞行撞地CFIT已经成为商用喷气飞机机毁人亡的主要原因，当飞机无意中撞地或坠海时就发生了一次可控飞行撞地（CFIT）事故。

例如：一架BeC99飞机机组被允许进行白天的航向道的进近。

目的地天气是700英尺散云，400英尺多云，3英里能见度，有雾和雨，天气听起来不算太好，但对于近进来说是足够了。

开始进近时，不知道什么原因飞机飞错了方向，飞到航向道边界外而不是对准机场，机组没有注意到增加的距离，进近到一半的时候，机长意识到发生错误了，从舱音记录器听到“让我们复飞”，副驾驶回答到“下降到1100英尺”，然后就没有对话了。

两分钟后，飞机撞地，撞地点高度1800英尺，距机场7英里，机上6人有3人死于事故中。

如果飞机上装有GPWS，它会发出“PULL UP”的警告语音，这次事故就可能会避免。

1988年1月19日，一架SA227在科罗拉多，向Durango机场进近中坠毁。

飞机上9人遇难，8人生还。

NTSB认为“如果飞机上有GPWS，就可以警告飞行员飞机正在接近地面，从而避免事故。

警告系统可以提前大约20秒发出警告。

”1990年1月15日，一架SA227在向内华达Elko机场进近中坠毁。

机上13人遇难。

NTSB 指出，如果飞机上安装了GPWS将提供大约25秒的警告。

1975年以前，世界范围内的商用喷气机群平均每年发生八次可控飞行撞地事故。

近地警告系统（GPWS）在70年代中期首次出现，它有效地减少了可控飞行撞地（CFIT）事故发生。

如图1所示下面我们就来简单的介绍一下GPWS。

工作原理如图2所示，近地警告系统的核心部件是近地警告计算机（GPWS），该计算机中存储了各种警告方式的极限数据。

计算机将其他系统输送来的飞机实际状态的数据，（来自无线电高度表收发机的无线电高度；来自大气数据计算机ADC的气压高度和气压高度变化率；来自惯性导航系统的惯性垂直速度；来自ILS的下滑道偏离信号及选择的航向、跑道方位；襟翼位置，起落架位置；设定的报告高度；迎角、姿态角、俯仰角速率等信号。

）在存储的极限数据相比较：若实际状态超越了某一种警告方式的极限，就输出相应的音响和目视控制信号，加给驾驶舱中的警告喇叭，使之发出与方式相关的语音，并加给相应的信号灯，使相应的灯亮，有的还在发动机指示和机组报警系统（EICAS）的显示器上显示有关信息。

近地警告不同的方式发出不同的语音，归纳起来有11种语音。

如果同时出现多种近地警告报警方式，只能有一种最优先的信号发生音响。

其优先排列顺序如下：（1）WINDSHEAR（注意风切变）方式7（2）WHOOP WHOOP PULL UP（喂！喂！拉起来）方式1和2（3）TERRAIN（注意地形）方式2（4）TOO LOW TERRAIN（飞机太低，注意地形）方式4（5）TOO LOW GEAR（太低，起落架未放下）方式4A和4B（6）TOO LOW FLAPS（太低，襟翼未放下）方式4B（7）MINMUMS MINMUMS（飞机已下降至决断高度）方式6（8）SINK RATE（下降率过大）方式1（9）DON‘T SINK（不要下降）方式3（10）GLIDE SLOPE（飞机低于滑道）方式5ONE HUNDRED（100英尺）（11）FIFTY （50英尺）方式6THIRTY （30英尺）近地警告系统的警告方式及其设计缺陷近地警告系统的警告方式共有七种，每一种都以灯光和语音信号向机组提供警告，其具体警告方式如下：方式1—过大的下降率：在一定的无线电高度以下，飞机的下降率超过了允许的极限值时就发出SINK RATE 的警戒语音，近地灯燃亮。

如果下降率进一步增大，将发出PULL UP 的警告语音，红色PULL UP灯燃亮。

例如：1989年12月26日，英国航空的一架喷气流3101在向华盛顿帕斯哥机场的五边进近中坠地。

事故的原因是飞机进入五边的高度太高，飞机在以陡峭的梯度下降中撞地。

机上6人无人生还。

NTSB指出在低高度上大下降率会触发GPWS，就会有SINK RATE和PULL UP的语音警告出现，如果飞机上安装GPWS将可以避免这次事故。

方式2—过大的接近地形率：当飞机在上升地形的上空飞行时，如果飞机接近地面的速率过大，就发出TERRAIN TERRAIN的警戒语音，近地灯燃亮，如果在1.6秒钟内未离开警戒区域，将发出PULL UP的警告语音，红色PULL UP灯燃亮。

例如：1989年10月28日，一架 DHC-6在夏威夷坠毁，机上20人全部遇难。

NTSB在其1990年9月25日公布的事故调查报告中强调“一套GPWS即可以提供TERRAIN 和PULL UP 警告，让飞行员拉起飞机并且越过地形，从而避免这次事故。

”方式3—起飞或复飞掉高度太多：在起飞或复飞过程中，由于飞机掉高度影响到安全时，发出TOO LOW TERRAIN的警告语音，近地灯燃亮。

方式4—不在着陆形态时的不安全越障高度：当飞机不在着陆形态，由于下降或地形变化，飞机的越障高度不安全时，发出报警信号。

速度较大时，警告语音为TOO LOW TERRAIN，如果是襟翼未处于着陆位，低速时的语音警告为TOO LOW FLAPS,如果是起落架未处于着陆位，低速时的语音警告为TOO LOW GEAR,目视警告都是近地灯燃亮。

可用襟翼超控电门和起落架超控电门抑制或取消有关警告。

方式5—低于下滑道太多：在正航道进近时，飞机在下滑道下方偏离较大时发出GLIDE SLOPE的语音警告，近地灯燃亮。

可用下滑道抑制电门抑制或取消该方式的警告。

方式6—无线电高度和决断高度（DH）的报告：在着陆过程中，代替人来报告无线电高度和决断高度。

方式7—风切变：是近地警告系统的选装特性，在起飞或最后进近低于1500英尺无线电高度，飞机进入风切变警告范围时，就发出风切变警告。

分析近地警告系统的报警方式可知，近地警告系统在防止可控飞行撞地事故方面存在着以下的问题：第一近地警告系统的功能是基于无线电高度的，所以当飞机飞向垂直陡峭的地形或建筑物以及慢慢下降到未经平整过的地面时，近地警告系统不能提供警告。

第二近地警告系统在襟翼和起落架都处于着陆形态时不提供警告，其中包括由于某些原因机组将警告抑制后忘了将其恢复。

第三近地警告系统不能够在反航道进近或下滑道信号失效时提供警告。

例如洛阳机场只有26号跑道有盲降设备，如果一架飞机在进近时得到的进场许可是26号跑道落地，当他飞到归航台时塔台通知它由于风向原因改为使用08号跑道，这时飞行员所做的只须过归航台左转飞航向291°然后飞航向170°去切反航道，机长只需按自动驾驶仪的B/C按钮，在08号跑道进近时，方式5将不会提供警告，飞行员全凭着高距比来控制下滑道，这样很容易下滑道低，造成CFIT。

还有另外一种情况方式5若在下滑道信号失效时，也不会提供警告。

由于这三个原因，引发的事故占38%。

如图3所示第四近地警告的功能是基于无线电高度的，所以它提供警告的时间较晚，飞行员作出正确反应受到限制。

这个原因引发的事故占32%。

如图3所示由于GPWS有着以上的不足，它严重威胁着飞行安全，所以联信公司设计了新一代的增强型近地警告系统（EGPWS）。

EGPWS不仅有现在GPWS的功能，而且还能提供更多情况下的地形警告。

例如：美利坚航空公司965航班于1995年12月坠毁在哥伦比亚的卡里，在撞地前11秒钟机上GPWS虽然发出了警告，但是飞机还是撞于机场北侧38海里的3600米高的山上，离山顶60米处。

此事故虽然包含了驾驶员在FMC上误选航路点和减速板在放出位置而延缓了改出机会，但认为如果机上装了EGPWS，则可以在显示器上发现危险地形，并将在57秒前提醒驾驶员“注意地形”，34秒前发出“地形，拉起来”的警告，则驾驶员就不会在转弯时撞山了。

1996年4月美国空军运输机CT—43A坠毁于克罗地亚的杜布罗芙尼克，包括美国商务部长布朗在内的35人遇难，事故处于和起落架都已经放下的正常进近中，已使GPWS解除了工作，如果装有EGPWS，则地形显示仍然有效，进近中地形净空边界上升后，威胁地形将由绿色变为黄色而提醒驾驶员，也可避免事故。

专家分析认为，以上两次CFIT事故，如果飞机上装有EGPWS，则完全可以避免。

下面将分三个部分介绍新一代EGPWS。

一、EGPWS的功能除了保留现行的GPWS的警戒功能外，EGPWS还能提供以下两个新的主要功能如图4所示。

（1）前视地形警戒（Look-ahead terrain alerting ）;（2）地形的显示（Terrain display）。

新的EGPWS前视地形警戒功能主要是针对现行的GPWS“警告迟缓或不适当的驾驶员反应导致的CFIT事故，同时也提供在着陆形态时“不警告”类型的警戒功能。

新的EGPWS功能使用自身的全球机场位置数据库和地形数据库，并且使用飞机位置、气压高度和飞行轨迹信息确定潜在的撞地危险。

机场位置数据库包括所有铺筑面为3500英尺（1067米）或更长的跑道。

目前的地形数据库包含全球95%的地形情况，针对每个机场周围的地面区域它可以提供高分辨率的地形数据，对于各机场它能提供低分辨率的地形数据。

只有5%的地形数据是不能用的，这5%不能使用地形数据的区域是在南美洲的亚马逊河流域的机场，北非和中非的部分地区以及北格蓝陵岛地区。

联信公司每隔6—12个月更新一次地形数据库，一旦地形数据库完成，联信公司预计每隔18个月到两年对地形进行增加和修改。

数据库使用光电存储卡（flash memory card）来更新，它不需要从飞机上卸下EGPWS的航线可更换组件（LRU）就可进行。

1.前视地形警戒功能（Look-ahead Terrain Alerting）新一代的EGPWS可以向机组提供警戒等级或警告等级信息，提醒机组存在潜在触地危险的时间要比现行GPWS要早得多。

警戒信息主要是根据飞机的位置和气压高度信息而得到的。

飞行管理系统（FMS）或全球定位系统（GPS）可以向EGPWS提供飞机位置的经纬度。

气压高度是基于平均海平面（QNH）由大气数据计算机（ADC）提供的，EGPWS使用附加的大气数据输入确定飞机的飞行轨迹和定位合适的警戒包线。