基于自動監視技術的直升機防相撞系統設計一、加裝直升機防撞系統的必要自從將車輛的防撞系統內置到車輛中以來，它已經成功地幫助了成千上萬的人避免了發生碰撞和事故的風險。許多直升機目前未安裝類似的系統。這是每年發生數十起直升機事故案件的主要原因。由于直升機的特性，直升機只能在人口稠密的地區短距離飛行，并且在人類居住區存在各種障礙。即使是細心的飛行員也可能會疏忽大意。眾所周知，稍有疏忽會導致機機毀人亡。任何系統都會使人們犯錯誤，直升機和飛行員也會犯錯誤，這是不可避免的。因此，直升機必須安裝防撞系統。當安裝了防撞系統時，當飛行員接近障礙物時，可以通過語音通知飛行員，同時直升機可以執行自動防撞控制，即，直升機可以自動向安全方向移動。我公司目前已開發出一種防撞系統，該系統已成功用于大型直升機并保護大型直升機的安全。小型車輛或直升機的防撞系統的安裝指日可待。由于直升機機艙空間有限，因此，這種防撞系統的屏幕相對較小，可以放置在常規直升機屏幕的側面，并且激光雷達用于檢測環境變化并相應地處理一些特殊情況。如果到障礙物的距離小于10米，則應立即發出聲音警報；在3米以內，必須從機組人員手中接管直升機并將直升機移出障礙物危險區域。二、直升機地面防相撞技術綜述動態監視、沖突預判和告警提示是直升機地面防相撞技術的三個基本組成部分。動態監視包括場面動態監視和進近監視。以前的研究主要集中在動態場景監視上，在這種情況下，直升機降落在地面上引起的沖突風險通常被忽略，并且存在安全漏洞。實現監視的最重要手段是現場監視雷達，空域監視雷達，多點監視系統等。同時，可以連接飛行計劃，車輛位置，停機坪位置信息等。沖突預測是接收信息與目的地融合的統一過程，并且使用適當的算法來預測沖突的風險。這是直升機地面碰撞技術領域的研究核心。預定區域包括直升機，車輛和滑行道上的其他物體，還可以監視物體是否通過預設的限制區域。通常，它應允許對場景條件進行24/7連續監控，并在雨，雪或冰雹中為用戶提供令人滿意的監控結果。關于特定算法，國內外科學家提出了一些重要的理論和方法，例如，隨機過程理論，混合系統理論，動態路徑分配算法，神經網絡預測方法，蒙特卡洛模擬，跑道入侵預防系統，輔助決策系統等,沖突風險模型是在戰略，戰術和運營層面上創建的，主要根據沖突概率和沖突數量這兩個指標來評估沖突風險。在運營層面，考慮到空中交通管制員在情況感知方面的工作量，以支持空中交通管制人員的決策。當請求警報時，在識別出沖突風險后，將提示控制器和其他關聯的員工立即采取對策，以避免發生碰撞事件。警告的真正目的是要求空中交通管制員和其他人員做出響應。目前，直升機防撞技術已經比較成熟，并在一些主要機場中得到了應用。但是，整個系統并不完美。三、ADS自動相關系統1.CNS/ATM新航行系統國際民航組織基于對未來業務增長和應用需求的預測，以解決未來航空中當前導航系統缺乏安全性，容量和效率的問題，1983年在以下三種環境中提出了這一建議：直升機，太空和地面設施。衛星和數字信息提供的通信（C），導航（N）和監視技術（S）。由于當時某些系統設備仍在開發中，并且無法提供所需的運行條件，因此國際民航組織將此提案稱為未來導航系統（FANS）解決方案。隨著各種可用的CNS技術的成熟，人們越來越關注新系統的好處，同時認識到空中交通管理（ATM）是協調一致地使用CNS來實現安全有效的全球空中交通的關鍵，ATM操作級別已成為高級CNS系統技術的重點。基于開發新導航系統的想法，國際民航組織將1993-94年FANS改名為CNS/ATM系統。制定計劃系統實施的指示，建議的標準和建議的措施，進一步加快了新導航系統的實施。1998年，國際民航組織大會再次修訂了全球CNS/ATM實施計劃，其中包括技術，運營，商業，金融，法律，組織和其他領域，并為在不同地區引入新的導航系統提供了更具體的指南。CNS/ATM系統在航空中的應用將極大地改變全球空中交通的安全性，有效性和靈活性。新的導航系統使民航進入了一個新的發展時代。2.ADS自動相關監視"ADS是一種監視技術，直升機通過數據連接自動發送由機載導航和定位系統導出的數據。該數據至少包括直升機識別碼，三維位置和所需的附加數據。一個重要組成部分是空中交通服務（ATS）的功能，即直升機通過數據連接自動發送機載導航系統的數據，這至少是直升機和三維的識別包括位置信息。還可以提供相應的附加數據，ICAO建議使用三種類型的數據連接，即衛星，VHF和輔助雷達S模式數據連接。四、國產增強型CTRS-B近地警告系統當前市場上的防撞系統沒有對警告功能的設計給予足夠的重視。由于直升機地面碰撞保護技術的三個基本組成部分，動態監視，沖突預測和警告消息沒有分為主要和次要部分，因此設計和研究的重點一直是動態監視和沖突預測的領域。對警報消息的關注不夠。但是，從理論和實踐的角度來看，警報消息是一個非常重要的環節，代表了整個系統的最關鍵部分，系統設計應盡可能地好。它們的作用和價值幾乎為零。完善系統應該首先彌補這一短板。基于以上幾點考慮，中交遙感載荷科技有限公司（簡稱：CTRS）根據用戶需求，設計出了國產增強型CTRS-B近地警告系統，具有地形顯示功能和前視地形警戒能力，它能將周圍地形像地圖一樣顯示給駕駛員:在距離地形大約一分鐘的飛行時間或在更遠的空域系統即可發出音頻告警。1.CTRS-B的基本原理CTRS-B的計算機內有一個全球機場位置數據庫和一個全球地形數據庫，地形數據庫包含95％的全球土地狀況。GPS或慣性導航系統RS將直升機的當前緯度和經度數據傳輸到CTRS-B計算機，而大氣數據系統將直升機的壓力和高度傳輸到CTRS-B計算機。CTRS-B計算機從地形數據庫中提取該數據，然后比較航線前的地形信息以計算直升機的進近速度和高度以及一些最高的地形點，然后與指定的警報標準進行比較。由于使用了地形數據庫，因此CTRS-B可以比其他避撞系統更早地發出預警信號。CTRS-B在可能發生碰撞前1分鐘發出聲音警報，而其他防撞系統只能提前10至15秒發出警報。使系統具有未來的虛擬生存能力。2.系統構成增強型CTRS-B低空飛行航空器防撞系統由四部分組成：北斗地面局域差分站、北斗局域差分接收機、便攜式防撞GIS顯示終端、應用系統軟件等CTRS-B的功能特點1.前視警戒功能CTRS-B根據潛在的地形威脅向機組提供警戒級和警告級兩種報警。一種具有警戒等級的警報包絡，另一種具有警告等級的警報包絡。根據直升機前方的預測距離，直升機下方的高度偏差以及直升機兩側的橫向距離來確定警報范圍。前視距離主要取決于地速，隨著行駛速度的增加，預測距離也會增加，從而確保所有速度下的警報時間大致相同。超前距離基于沿平面的軌跡（上升，下降或水平）。高度偏差在直升機下方700英尺處，并且與直升機地面軌跡的任何一側的橫向距離均為1/8海里（0.23公里）。在潛在的地形碰撞威脅前35~50秒，觸發前視警戒級報警，20~30秒觸發警告級報警。2.地形顯示CTRS-B本身只作威脅來臨的告警計算，不帶顯示器，而是具有用于在顯示器上輸出活動地圖的界面，以便駕駛員可以監視前方地形，提高態勢感知并避免潛在的地形沖突。因此，可以在駕駛艙儀表板上安裝特殊的主動式地圖顯示器，也可以在EFIS導航顯示器ND（EHSI）或彩色天氣雷達顯示器上全面顯示。但是，地形和氣象雷達數據無法同時顯示在同一顯示器上。因此，如果一個顯示器上顯示了地形，則可以在另一顯示器上選擇天氣信息。當CTRS-B與監視器結合使用時，可以在屏幕上再現頂部和底部地形。顯示屏上以紅色，黃色和綠色的虛線點顯示直升機前方的區域。顏色是根據直升機的當前高度確定的。（1）綠色光點凡前方地形輪廓低于直升機500英尺或更大者顯示為綠色光點圖形。（2）黃色光點凡前方地形輪廓低于直升機500英尺以內者或高于直升機2000英尺以內者顯示為黃色光點圖形。（3）紅色光點凡前方地形輪廓高于直升機2000英尺以上者顯現為紅色光點圖形。為了減小顯示的混亂，任何低于直升機現行高度2000英尺的地形不顯示，只用黑色背景顯示。地形顯示可通過EFIS開關板上的地形顯示選擇按鈕人工選擇，但當前視警戒或警告報警被激活時，地形也將自動顯示。五、CTRS-B的警告及機組的應對措施警告的等級分成兩種，一為Warning，另一為Alert。其中Warning是比較嚴重的情況。1.Warning等級的情況有三種方式提醒飛行員(1)MasterWarning/CautionLight上的“WARNING”燈號會亮起。(2)PFD上，姿態儀的下方會出現警告文字("PULLUP”或“WINDSHEAR")(3)依所發生的狀況，駕駛艙內發出警告的語音。2.Alert等級的狀況以下列兩種方示提醒飛行員:(1)儀表板上的GroundProximityLight會亮起。(2)發生的狀況，駕駛艙內發出警告的語音。1.直升機在正常飛行或準備降落過程中，地形急劇升高。剛開始時是Alert等級，發出的警告語音是“TERRAINTERRAIN"。若直升機沒有爬升，接著就會進入Warning等級，PFD上顯示“PULLUP"，警告語音是“WHOOPWHOOPPULLUP"。2.直升機起飛后或者重飛(Go-around)時，高度不升反降，或者沒有爬高，仍與地面接近。3.直升機離地很低，卻沒有放下襟翼或起落架。屬于Alert等級，剛開始的警告語音是“T00LOWTERRAIN"，接著會視情況發出“T00LOWFLAPS"(沒放襟翼)，或“T00LOWGEAR"(沒放起落架)。4.在降落過程中，直升機通過某些高度時，GPWS會以語音報出高度。在通過DecisionHight時會報出''MINIMUMS"，這并不算是警告狀況。六、CTRS-B在預防相撞事故中的作用1.發生相撞事故的原因直從發動機啟動到直升機著陸后撞，都有撞到障礙物和地面的風險。這種情況最多發生在起飛和降落階段。進場和著陸時間僅占總飛行時間的4％，但地面碰撞事故占48.9％。作為巡航階段飛行時間的主要原因，撞山事故的發生率較低，主要是在下降，進近和著陸階段，直升機活動很多，離地面障礙物的高度較低，與地面交通管制聯絡頻繁，機組人員進行了許多操作，然后遇到惡劣的天氣，例如雷暴，大雨，強風，低云，低能見度，風切變和結冰，這是客觀因素。下面分析由于機組主觀原因造成相撞事故和事故的原因：(1)機組違反了基本的操作程序33。(2)缺少兩名駕駛員的交叉檢查26。(3)在非正常情況下缺乏正確的反映9。(4)駕駛員沒有正確地判定復飛6。(5)駕駛員在復飛時使用錯誤的操作程序