近地警告系统出现误报警的原理简析

近地警告系统出现误报警的原理简析
作者：南方航空新疆分公司飞机维修基地一车间郭辉昂
内容描述：
飞行部原文：有关B2853出现地形假信号的情况反映，我部张小军机组驾驶757-B2853号机执行CZ6996航班，在下降高度至13900英尺，距阜康约20海里时（减速板伸出，下降率大约2000-3000英尺/分，表速300），出现地形及拉升警告，大约持续3-4秒后消失。

由于此时完全能见地面，飞机处于正常航迹和下降剖面，机组综合判断认为为假信号，随即收起减速板，减小下降率，继续进近在乌落地。

请贵基地工程师予以讲解此故障原理为谢！
内容回复：
GPWS（Ground Proximity Warning System）
EGPWS（Enhanced Ground Proximity Warning System）
TAWS（Terrain Awareness Warning System）
CFIT（Controlled flight into terrain）
TCF（Terrain Clearance Floor）
近地警告系统（GPWS）的主要功用是避免飞机与地面相撞，当飞机与地面危险接近时给机组提供相应的警告提示，增加飞机安全性。

为此，大部分民航客机上都安装有近地警告系统，该系统主要由近地警告计算机、警告灯和控制板组成。

它的核心是近地警告计算机，计算机中存储了各种警告方式的极限数据，这些数据与其它系统输送来的飞机实际状态数据进行比较，如来自无线电高度表的高度信号；来自大气数据计算机的气压高度和变化率；来自惯导的惯性垂直速度等等，如果这些数据超出了某一种警告方式的极限值，近地警告计算机就输出相应的语音和灯光警告信号，警告飞行员目前飞机存在危险状态，直到采取了适当的措施而脱离了不安全状态后灯光和语音警告信号才被终止。

近地警告系统能有效的避免飞机撞地事故的发生，但是经过时间和实践论证，它也存在一些缺陷和不足，事故数据显示近地警告系统任有许多需要改进的地方。

缺陷一，由于它的高度参数主要依赖于无线电表，而无线电高度不能反映飞机前方的地形情况，
所以当飞机飞向上升坡度很大的地形时，如前方突然出现峭壁或陡峭的悬崖，近地警告系统则无法及时发出告警信号。

缺陷二，近地警告系统存在不报警的情况，当飞机起落架和襟翼均在着陆形态，并以正常速率下降时，此时GPWS认为飞机将降落在机场，为避免干扰，将抑制警告。

正是由于GPWS存在以上的缺陷，国际民航组织提出了安装地形提示和警告系统（TAWS）来弥补GPWS的不足。

这也就是我们目前使用的增强型近地警告系统（EGPWS）。

EGPWS系统在保持原有GPWS系统优点的同时，增加了前视地形警戒和地形显示等新功能，能使飞行机组更全面地了解飞机周边的地形态势，从而进一步降低事故的发生率。

注:南航进行了STC02780AT改装。

目前我公司的B757飞机都是增强型近地警告系统EGPWS，地形数据库版本为446。

EGPWS的警告方式与传统GPWS几乎一样，也包括了传统GPWS的相关功能，增强型近地警告系统装入了全球机场位置数据库和地形数据库，并利用飞机位置、气压高度和飞行轨迹信息来确定潜在的撞地危险。

所以至今，全世界已经安装EGPWS设备的飞机没有发生过一起可控撞地（CFIT）事故。

可见改进后的EGPWS的安全可靠性还是很高的。

地形数据库包括了全球几乎所有的地形情况，机场位置数据库装有全球所有长度超过1067米的2万多条跑道的资料，在数据库中，地球表面被分为无数的方格，每个方格中的地形最高点标明其方格的数值。

并且这些数据库资料会随着地球地表的变化或机场的新建进行不断的更新。

因地形数据库的存在，GPWS的缺陷一和缺陷二迎刃而解，飞机在飞行过程中，增强型近地警告计算机沿着飞机的预定航迹连续搜索数据库，这样可使系统具有虚拟的前视能力。

EGPWS将所探测到的周围环境的数据不断的与现存的数据进行对比，如果EGPWS认为飞机的航迹在某处与地形太近，它会提前发出音频和视频警告信号给飞行员，即使在雨雾等恶劣天气中，EGPWS也能有效控制撞地或撞山的事故的发生。

下面来具体分析一下B2853飞机的故障现象，参考波音维护手册AMM34-46－00。

B757飞机近地警告系统主要把危险状况分为7种方式警告：
方式1：过大下降率―――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。

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。

方式3：起飞或复飞时掉高度太多―――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”。

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。

方式6：无线电高度和决断高度的报告―――在着陆过程中，EGPWS代替人来报告无线电高度和决断高度。

方式7：风切变―――在低于1500英尺无线电高度的起飞或进近过程中，如果飞机进入风切变警告范围时，就发出风切变警告。

EGPWS将根据不同的警告方式发出不同的语音，归纳起来有17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警告。

其优先排列顺序如下：
优先顺序语音警告信息触发方式
1 WINDSHEAR 方式7
2 PULL UP 方式1
3 PULL UP 方式2
4 TERRAIN, TERRAIN PULL UP 方式2
OBSTACLE AHEAD PULL UP
5 TERRAIN 方式2
6 MINIMUMS 方式6
7 TERRAIN，TERRAIN 方式2
OBSTACLE AHEAD．OBSTACLE AHEAD
8 TOO LOW TERRAIN 方式4
9 TCF TOO LOW TERRAIN
10 ALTITUDE CALLOUTS 方式6
11 TOO LOW GEAR 方式4A
12 TOO LOW FLAPS 方式4B
13 SINK RATE 方式1
14 DON’T SINK DON’T SINK 方式3
15 GLIDE SLOPE 方式5
16 BANK ANGLE，BANK ANGLE 方式6
17 WINDSHEAR PREALERT 方式7
故障分析：
根据B2853飞机EGPWS的警告语音“TERRAIN，TERRAIN，PULL UP，PULL UP”可判断EGPWS触发了方式2警告，方式2警告的触发表明飞机不在着陆构型且接近地面的速率过大，因而产生相应警告，让机组迅速脱离危险状态,将飞机拉起。

根据飞机当时情况，飞机高度13900英尺。

外部构型正常，并且机组能够完全看见地面，表明没有危险存在。

所以可以判断EGPWS产生的误报警。

产生误报警的原因有很多，但是大概可以分为以下5点。

1、外部干扰所致，飞机当时虽然在13900英尺，无线电高度表处于无数据状态，但是
由于飞机外部电磁干扰或无线电高度表本身故障，很可能发出错误的高度信号，认为飞机已经离地面很近，因而产生了误报警。

2、飞机外部构型传感器出现异常，如起落架、襟缝翼等位置出现错误，造成误报警。

3、给EGPWS的其它信号源出现了异常或错误，如来ADC的气压高度和气压高度变化率；
来自IRU的位置信号或惯性垂直速度；来自ILS的下滑道和航向信号等等。

4、EGPWS地型数据库出现了问题或异常，造成了误报警。

5、EGPWC计算机本身出现故障所至，计算机内部的电路或模块发生逻辑混乱或错误，触
发了误报警。

分析：
1、B2853飞机短停和航后两个航段均出现了误报警，因此可基本排除空域瞬间电磁干扰
所致；如果RA故障，机组可以很容易看到RA故障旗，或“NO LAND3”牌的翻出。

在当时的高度，如果RA给出错误的高度，“GEAR NOT DOWN”的A级警告也很容易产生。

因此RA故障和外部干扰可以基本排除。

但是由于RA高度是触发方式2警告直接因素，所以RA是否有问题还需要进一步观察。

2、飞机整个航段没有出现任何异常的构型信息，所以起落架、襟缝翼等位置出现错误
的因素也可以排除。

3、根据飞机当时的高度和语音警告“TERRAIN，TERRAIN，PULL UP，PULL UP”可以判
断EGPWS触发了方式2警告，如果给EGPWS的其它信号源出现了异常或错误，EGPWS 将会产生相应方式的警告，异常或错误的信号源本身也将会出现相应的故障，所以原因3也可以排除。

4、其它飞机用的都是相同版本的地型数据库，没有出现类似的误报警情况，因此地型
数据库本身的错误或异常也可以排除。

5、最后，最有可能造成此次误报警的原因就是近地警告计算机（EGPWC）内部模块出现
逻辑错误或混乱，因而产生了误报警。

故障处理：
根据故障分析，当日航后我车间就将近地警告计算机更换，并在新装的近地警告计算机上安装了地型数据库（446），按AMM34-46-01测试正常。

关于此故障，我们也一直在密切关注中，经过近两个月的观察，B2853飞机近地警告系统一直工作正常，其它相关的系统也未出现异常。

总结：
由于飞行员将飞机出现故障时候的高度、空速、飞机形态、下降率、持续时间以及飞机外部状况反映的十分清楚，这对我们判断故障、分析触发假信号的原因非常有帮助，这也是能让我们能快速排除故障的主要因素，这里也非常感谢飞行部的配合，希望今后我们再接再厉，共同保证航空安全。