机载近地警告仿真系统的设计与实现(2011年)pdf

机载近地警告仿真系统的设计与实现

麻士东杨国庆

中国民航科学技术研究院飞行标准室北京100028

中国民用航空局北京100710

摘要：近地警告系统是一种重要的机载导航设备，它为民航安全飞行提供了重要保障。近地警告仿真系统的实现，是对飞行程序进行有效性、完整性以及可飞性验证不可缺少的组成部分。本文通过对近地警告系统七种告警方式功能以及工作流程的分析和总结，完成了近地警告仿真系统的方案设计。并以告警方式四的实现为例，对其方案、工作流程进行设计，实现了系统的功能。近地警告仿真系统的设计与实现，满足了飞行程序仿真验证的需求。

关键词：近地警告系统；基于性能的导航；飞行程序；仿真验证

中图分类号：TP 391.9 文献标识码：

Design and Implementation of Airborne Ground Proximity

Warning Simulation System

Ma Shidong, He Yuncheng, Chang furong, Wang zhong

（China Academy of Civil Aviation Science and Technology，Beijing 100028）Abstract: Ground proximity warning system is important airborne navigation equipment, and it provides a safety flight for civil aviation. The implementation of ground proximity warning simulation system is an indispensable part in the simulation and validation of flight procedures for effectiveness, integrity, and flyablity. Based on the analysis and summary about functions and workflows of seven alarm modes, a scheme of ground proximity warning simulation system is designed. In this paper, take the alarm mode four for example, its scheme and workflow design is completed, and the alarm and warning functions are implemented. The design and implementation of ground proximity warning simulation system, meets the need of the simulation and validation of flight procedures.

Key words:ground proximity warning system; performance-based navigation; flight procedure; simulation validation

0. 引言

近地警告系统（GPWS）是目前各种运输机上普遍安装的一种电子告警设备。其接收飞机各系统的信息，如无线电高度表的高度信息、大气数据计算机的气压高度和变化率、导航系统的惯性垂直速度等，利用这些数据计算得到的某一状态参数，如下降率、接地速率、离地高度等，如果与其内部告警处理模块中的极限数据相比较超出了极限值，近地警告计算机就会输出语音和仪表显示信息提醒飞行员，直到采取了适当的措施脱离了不安全状态后告警信号才终止[1]。近地告警系统为保障飞行安全和防止可控飞行撞地起到了极大作用。

可控飞行撞地（CFIT）是在飞行中并不是由于飞机本身的故障以及发动机失效等原因发生的事故，而是由于机组在毫无觉察危险的情况下，操纵飞机撞山、撞地或飞入水中，造成的飞机坠毁或严重损坏和人员伤亡的事故[1]。近地警告系统设计的主要目的就是防止可控飞行撞地。

由于技术上的进步和导航系统的更新，导致了基于性能的导航（PBN）技术的出现[2]，

作者简介：麻士东，男，内蒙人，工程师，中国民航科学技术研究院博士后，研究方向为PBN飞行程序设计与验证，飞机性能，航电、导航系统仿真技术。

基金项目：中国博士后科学基金会资助项目（20100480366）。

它是未来民航运行技术的发展方向，目前我国已经明确了从当前到2025年实施PBN的政策和总体工作计划[3]。而近地警告仿真系统功能的实现，是PBN飞行程序仿真验证的重要组成部分，是飞行程序验证的基础。通过仿真中近地警告系统对PBN飞行程序的实时检验，来实现对飞行程序的有效性、完整性以及可飞性的验证。

本文通过对近地警告系统七种告警方式[4]功能以及工作流程的分析，设计了近地警告仿真系统的实现方案和工作流程，并予以工程实现。近地警告仿真系统的设计与实现，满足了飞行程序仿真验证的需求。

1. 近地警告系统的告警方式

传统的近地警告功能，共有七种告警方式，对它们进行总结，分别是：

1.方式一：下降率过大

方式一在接近地面时，按照无线电高度，提供下降率过大的提示和警告。这一告警方式利用无线电高度与内部许可的下降率包线边界比较，如果超出边界则告警，这一模式有内、外警告包络边界，据此提供提示和警告两种告警服务。

2.方式二：接地速率过大

方式二在接近地面时，以无线电高度和地面的接近速度，提供飞机接地速度过大的提示和警告两种告警服务。这一告警方式利用无线电高度与计算得到的接地速度与内部的包线边界比较，如果超出边界则告警。方式二的告警避免了飞机在快速上升的地形上空时撞击地面。它有两种方式：2A和2B。方式2A为襟翼不在着陆形态且飞机偏离下滑道，方式2B为襟翼在着陆形态或者下滑道未偏离。

3.方式三：起飞后高度损失

方式三在起落架和襟翼没有在着陆形态时，为起飞后出现高度损失，或者低高度复飞（小于245英尺）提供告警服务。利用无线电高度与计算的高度损失，与内部的包线边界比较，如果超出边界则告警。并且按照飞机爬升速率的不同，有不同的包线范围。

4.方式四：不安全的离地高度

方式四为飞机提供不在着陆形态时的不安全离地高度的告警服务。它按照飞行阶段、空速以及起落架和襟翼的形态提供告警。利用无线电高度与计算的空速、离地裕度等数据，与内部的包线边界比较，如果超出边界则告警。按照飞行阶段、配置和速度的不同，有4A、4B和4C三种方式，方式4A为起落架和襟翼没有在着陆形态时启动；方式4B为起落架在着陆形态，襟翼未在着陆形态时启动；方式4C为起落架或者襟翼没有在着陆形态时启动。

5.方式五：下滑道偏离过大

方式五为飞机提供偏离下滑道的告警。方式五在起落架放下，下滑道信号有效、信标以及下滑道信号捕获时开始启动。利用无线电高度与计算的下滑道偏离程度等数据，与内部的包线边界比较，如果超出边界则告警。按照无线电高度和偏离程度，可以将告警区域分为提示区域和警告区域。

6.方式六：语音报告服务

当飞机高度下降，起落架放下时，方式六为飞行员提供语音报告服务。提供的报告有：高度报告、决断高度报告（接近决断高度报告）以及倾斜角报告。高度报告是在一定的高度范围下降时，为飞行员提供高度信息提示；决断高度报告是在飞机穿越在仪表面板上设定的决断高度时，给出语音报告。倾斜角度报告是为飞行员提供飞机倾斜姿态的信息报告。

7.方式七：风切变告警

方式七为飞行员提供水平以及垂直风切变的提示和警告，它利用无线电高度以及探测和计算得到的垂直以及水平风向的改变量，与内部的包线边界比较，如果超出边界则告警，在所有告警模式中，方式七具有最高优先级。