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基于地形匹配的直升机低空飞行前视告警方法

张硕俨 陆洋

张硕俨, 陆洋. 基于地形匹配的直升机低空飞行前视告警方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(2): 340-346. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0224
引用本文: 张硕俨, 陆洋. 基于地形匹配的直升机低空飞行前视告警方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(2): 340-346. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0224
ZHANG Shuoyan, LU Yang. Helicopter forward looking alert method for low-altitude flight based on terrain matching[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(2): 340-346. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0224(in Chinese)
Citation: ZHANG Shuoyan, LU Yang. Helicopter forward looking alert method for low-altitude flight based on terrain matching[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(2): 340-346. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0224(in Chinese)

基于地形匹配的直升机低空飞行前视告警方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0224
基金项目: 

国家自然科学基金 51375229

详细信息
    作者简介:

    张硕俨  男, 硕士研究生。主要研究方向:直升机飞行安全

    陆洋  男, 博士, 副教授, 硕士生导师。主要研究方向:直升机飞行动力学与控制

    通讯作者:

    陆洋, E-mail: luyang@nuaa.edu.cn

  • 中图分类号: V249.3

Helicopter forward looking alert method for low-altitude flight based on terrain matching

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 51375229

More Information
  • 摘要:

    为解决直升机低空飞行时的防撞告警问题,提出一种利用地形匹配来修正直升机与地形之间相对位置误差的前视告警方法。首先,利用直升机飞行动力学模型预测逃逸轨迹,在此基础上生成告警边界。然后,将机载地形数据库与雷达探测的高程数据从空域变换到频域,通过基于互功率谱算法的地形匹配方法计算得到直升机与地形的相对位置误差,以获取二者之间的准确相对位置。由于地形匹配效果受地形起伏程度影响,采用地形熵选择匹配区域方法在进行地形匹配前筛除地形起伏较小的匹配区域,以此提高匹配准确度。最后,基于UH-60直升机飞行动力学模型设置了1 000组对照算例进行告警方法仿真测试。仿真结果表明:采用所提告警方法的测试组相比于常规告警方法,虚警率降低约16%,告警成功率提高近30%。说明所提的前视告警方法能够有效实现直升机低空飞行防撞告警。

     

  • 图 1  直升机逃逸轨迹各部分组成示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of each part of helicopter escape trajectory

    图 2  UH-60直升机逃逸轨迹及告警边界示意图

    Figure 2.  Schematic diagram of escape trajectory and alert envelope for UH-60 helicopter

    图 3  不同相对位置误差下的脉冲函数

    Figure 3.  Pulse functions with different relative position errors

    图 4  起伏较大的随机地形

    Figure 4.  Undulating random terrain

    图 5  匹配成功时的脉冲函数

    Figure 5.  Pulse function on successful matching

    图 6  起伏较小的随机地形

    Figure 6.  Small undulating random terrain

    图 7  匹配失败时的脉冲函数

    Figure 7.  Pulse function on failed matching

    图 8  对照测试A

    Figure 8.  Controlled trial A

    图 9  对照测试B

    Figure 9.  Controlled trial B

    表  1  前视告警方法性能指标判断标准

    Table  1.   Judgement criteria for performance index of forward looking alert method

    告警边界与地形是否相交 正常轨迹与地形是否相交 逃逸轨迹与地形是否相交 告警情况
    告警成功
    告警失败
    虚警
    下载: 导出CSV

    表  2  告警方法仿真测试结果

    Table  2.   Simulation test results of alert method

    性能指标 匹配组 对照组
    告警成功率/% 95.47 65.93
    虚警率/% 3.77 19.34
    下载: 导出CSV
  • [1] 刘仪.防范可控飞行撞地事故的最新进展[J].国际航空, 2001(12):41-42. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gjhk200112013

    LIU Y.The new development of preventing CFIT[J]. International Aviation, 2001(12):41-42(in Chinese). http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gjhk200112013
    [2] 杨富民.直升机地形防撞告警理论与技术研究[D].郑州: 解放军信息工程大学, 2012: 1-3. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-90005-1013161203.htm

    YANG F M.Research on theory and technology of helicopter terrain collision warning[D]. Zhengzhou: Information Technology University of PLA, 2012: 1-3(in Chinese). http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-90005-1013161203.htm
    [3] GOLDEN J P.Terrain contour matching(TERCOM): A cruise missile guidance aid[C]//Proceedings of 24th SPIE Annual Technical Symposium.Bellingham: SPIE, 1980, 238: 10-18.
    [4] BAIRD C A.Terrain-aided altitude computations on the AFTI/F-16[C]//Proceedings of IEEE Position Location & Navigation Symposium.Piscataway, NJ: IEEE Press, 1990: 474-481.
    [5] 徐遵义, 黄东武, 赵洪銮.水下地形辅助导航新方法仿真[J].舰船科学技术, 2012, 34(6):53-56. doi: 10.3404/j.issn.1672-7649.2012.06.012

    XU Z Y, HUANG D W, ZHAO H L.A new method for underwater terrain-aided navigation[J]. Ship Science and Technology, 2012, 34(6):53-56(in Chinese). doi: 10.3404/j.issn.1672-7649.2012.06.012
    [6] 曹闻, 李弼程, 邓子建.一种基于小波变换的图像配准方法[J].测绘通报, 2004(2):16-19. doi: 10.3969/j.issn.0494-0911.2004.02.006

    CAO W, LI B C, DENG Z J.An image registration method based on wavelet transformation[J]. Bulletin of Surveying and Mapping, 2004(2):16-19(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.0494-0911.2004.02.006
    [7] ISHIHARA Y, CONNER K.Method and computer program product for helicopter ground proximity warning system: US6583733B2[P]. 2003-12-03.
    [8] 周成中.基于逃逸轨迹告警原理的直升机地形感知与告警算法研究[D].南京: 南京航空航天大学, 2015: 7-9.

    ZHOU C Z.Study on helicopter terrain awareness and alert algorithm based on escape trajectory alert[D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2015: 7-9(in Chinese).
    [9] ANDERSON T, JONES W, BEAMON K.Design and implementation of TAWS for rotary wing aircraft[C]//Proceedings of Aerospace Conference Aerospace Conference.Piscataway, NJ: IEEE Press, 2011: 1-7.
    [10] WILLIAMS S.Towards terrain-aided navigation for underwater robotics[J]. Advanced Robotics, 2001, 15(5):533-549. doi: 10.1163/156855301317033559
    [11] 郑志彬, 叶中付.基于相位相关的图像配准算法[J].数据采集与处理, 2006, 21(4):444-449. doi: 10.3969/j.issn.1004-9037.2006.04.014

    ZHENG Z B, YE Z F.Image registration algorithm based on phase-correlation[J]. Journal of Data Acquisition & Processing, 2006, 21(4):444-449(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1004-9037.2006.04.014
    [12] 朱佳媛.基于FFT相位相关的图像匹配算法与实现[J].科技风, 2013(14):11. doi: 10.3969/j.issn.1671-7341.2013.14.007

    ZHU J Y.Image matching algorithm and implementation based on phase correlation of FFT[J]. Technology Wind, 2013(14):11(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1671-7341.2013.14.007
    [13] 张继贤, 柳健, 李德仁.地形生成技术与方法的研究[J].中国图象图形学报, 1997, 2(9):638-645. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/xtfzxb200601068

    ZHANG J X, LIU J, LI D R.Technical approach to realistic terrain generation[J]. Journal of Image and Graphics, 1997, 2(9):638-645(in Chinese). http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/xtfzxb200601068
    [14] 王英钧.地形辅助导航综述[J].航空电子技术, 1997, 5(1):24-30. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Conference/57084

    WANG Y J.A review of terrain-assisted navigation[J]. Avionics Technology, 1997, 5(1):24-30(in Chinese). http://d.old.wanfangdata.com.cn/Conference/57084
    [15] 席雷平, 陈自力, 李小民.基于地形熵的地形适配区选择准则研究[J].弹箭与制导学报, 2010, 30(4):247-249. doi: 10.3969/j.issn.1673-9728.2010.04.071

    XI L P, CHEN Z L, LI X M.Discussion on the navigable terrain selection algorithm based on terrain entropy[J]. Journal of Projectiles Rockets Missiles and Guidance, 2010, 30(4):247-249(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1673-9728.2010.04.071
    [16] FITZGERALD T R, BRUNNER M T.Use of high-fidelity simulation in the development of an F/A-18 active ground collision avoidance system[J]. AIAA Journal, 1995, 33(6):68-78. doi: 10.2514/6.1992-4140
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-04-23
  • 录用日期:  2018-09-07
  • 刊出日期:  2019-02-20

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