正確應用增強型近地警告系統
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作者: 王海斌
摘要： 本文通過EGPWS與GPWS的比較，在講解GPWS原有功能的基礎上著重講解了EGPWS的新增功能：地形顯示和前視報警功能。對比EGPWS與GPWS在同等飛行條件下，EGPWS對于保障飛機在起飛、進近、著陸時的安全性高，安全裕度大。文末展望了今后EGPWS可能的發展方向，即將它和TCAS合裝在一個平臺上，這樣它的擁有成本將會降低，應用會更廣泛。
關鍵詞： 近地警告系統 增強型近地警告系統 可控飛行撞地
在1975年以前，世界民航平均每年發生8起可控飛行撞地。為此有關部門研制了近地警告系統（GPWS），其功能就是為飛行員提供飛機以不安全形態危險接近地面的警告信號，提高機組的處境意識。當近地警告系統被用于民航后，可控飛行撞地事件幾率大大降低。1974年美國聯邦航空局（FAA）要求在頒發飛機執照時安裝GPWS，1979年國際民航組織（ICAO）推薦使用安裝。近期還利用終端雷達探測進近飛機，如發現它低于最低安全高度就給予警告。這些措施都有效地降低了可控飛行撞地，但這種事故仍時有發生。原因之一是由于GPWS依賴于無線電高度工作，但無線電高度不能反映飛機前方的地形情況，沒有前視功能，當飛機進入陡峭的上升地形不能提供警告；第二個原因是當襟翼和起落架均在著陸形態，飛機以正常下降率進近時，GPWS不能提供地形警告。為了克服GPWS的不足，聯信公司設計出了增強型近地警告系統EGPWS（Enhanced Ground Proximity Warning System）。另外，FAA要求在2005年1月1日以后終止使用GPWS，而安裝EGPWS。目前部分航空公司已經開始改裝EGPWS。
一、EGPWS的特點
以美國聯信公司為代表的航空電子生產廠家，在GPWS的基礎上推出了增強型近地警告系統――EGPWS。EGPWS在保留原系統安全特性基礎上，增加了前視地形告警和地形顯示兩大功能。要做到這兩點，系統必須隨時掌握飛機當前相對地球表面所處的具體位置。于是，需要系統中加入覆蓋絕大部分陸地特征的地形數據庫。聯信公司的EGPWS的地形數據庫涵蓋88%的地球陸地地形數據，它由全球15000個機場周圍的高分辨率地形數據和機場之間的低分辨率地形數據組成。通過數據壓縮方式存儲在GPWS計算機20兆字節的快閃存儲器中，且每6―12個月對數據進行更新。地形數據庫是近地警告計算的依據。利用飛機現在位置的三維數據（一般利用慣性導航算出位置或利用GPS衛星導航定位數據結合大氣數據中的高度）和從地形數據庫中提取出來的航線前方地形資料進行對照，算出飛機和前方某些最高地形點的接近速率和飛越點上的高度差，和既定告警判據相比較，凡有超越者則認定為地形威脅而觸發告警。此外，也可選裝地圖顯示器，以便駕駛員監視前方地形。
EGPWS的主要的特點是在飛行過程中把實時的飛機經緯度位置和數據庫中的數據進行比較，如果探測出飛機與周圍地形有沖突時，飛機在進入危險區之前系統就會向機組發出警告。所以說EGPWS和普通型GPWS的最大區別是增加了前視地形警告和地形顯示的功能。
1.前視地形警告。EGPWS的前視地形警告LOOK-AHEAD CAUTION ALERT（前視地形注意）和LOOK-AHEAD WARNINGALERT（前視地形警告）兩種等級向飛行員提供航路前方潛在的地形威脅警告。CAUTION ALERT級報警出現在飛機距地形沖突約117秒之前，而WARNING ALERT警告級報警則出現在地形沖突83秒之前，這樣就為飛行員正確操縱飛機安全避讓地形威脅提供了充裕的時間保證，也可使飛行員平緩操縱飛機避讓地形威脅。
地形威脅的警告包線是根據飛機距前方威脅地形的距離、距飛機下面威脅地形的間隔及距飛機兩側威脅地形側向距離而設定。飛機距前方威脅地形的警告距離主要隨地速變化，當地速增加時，警告距離也會增加，并在不同速度下給出大致相同的警告時間。
2.地形顯示功能。為增加機組對周圍地形的視覺感知，EGPWS在需要的時候顯示告警。在裝有EFIS的駕駛艙內將在導航顯示器上給出，而未裝EFIS的駕駛艙則在氣象雷達顯示器上提供這種顯示。地形顯示分別以紅、黃和綠色的點模式標出相對于飛機現有高度的地形告警。紅色表明前方具有潛在威脅的地形（高于飛機現有高度610米以上）；黃色表示從飛機現有高度以下152米到飛機以上610米的地形；綠色表明地形距離飛機152米以下，但也要引起機組警覺。為減少顯示的混亂現象，飛機以下610米的地形是不加以顯示的，始終以黑色背景表示。但隨著飛機的爬升或下降，相對于飛機高度的地形顏色也不斷變換。同樣在預計碰撞83秒以前發出“地形、地形、拉起”（TERRAIN， TERRAIN，PULL UP）的語音警告，提醒駕駛員及時拉起飛機，當威脅狀態解除后警告取消。同樣在預計碰撞83秒以前發出“地形、地形、拉起”（TERRAIN，TERRAIN，PULL UP）的語音警告，提醒駕駛員及時拉起飛機，當威脅狀態解除后警告取消。
二、EGPWS的應用
專家通過對傳統GPWS和EGPWS的仿真分析后認為，如果以前發生的某些CFIT事故的飛機上安裝有EGPWS，則災難可以避免。
1995年12月20日，美利堅航空公司的一架B757飛機墜毀于南美的卡里。雖然其誘發原因是由于飛行管理系統調用導航數據庫中的導航臺址造成駕駛員誤解錯用，而且在改出過程中減速板留在放下位置而喪失時機。但事故的過程表明在飛機撞地前11秒GPWS發出了地形警告，然后墜毀在機場北38海里的山上。按實地時空仿真分析認為，如果該機裝了EGPWS，則可以在顯示器上提早發現地形威脅，并將在57秒前發出警告“注意地形”，然后在34秒前發出警告“地形，拉起來”，駕駛員就不會左轉彎面向山坡了。
一般認為在某些相同地形威脅出現時，GPWS只能提前5―20秒告警；而EGPWS可在35―50秒前提醒和在20―30秒前告警，所以EGPWS比傳統的GPWS告警時間提前，這樣長的時間將給飛行員充足的回旋余地，使其能飛越更高的障礙
物，從而避免這樣的事故。
三、我國民航飛機安裝EGPWS的情況
按中國民航總局要求，從2005年1月1日起，我國所有最大審定起飛重量超過15000公斤或客座數超過30的渦輪發動機飛機都要安裝EGPWS系統，目前進展順利。
四、EGPWS的新發展
新型空中交通與地形防撞系統Traffic+Terrain Collision Auoidance System――T2CAS是將過去的空中交通防撞系統與地形防撞系統的功能綜合在一個平臺上，不僅減少了外場可更換部件的數目，還減輕了重量，降低了擁有成本。
T2CAS新提供的地形防撞系統即“地形感知告警系統”（TAWS），功能類似于EGPWS的前視告警功能，但它采用先進的地形預測和回避算法，并且有EGPWS產品中沒有的特點。TAWS的預測告警功能由具有地形、機場數據庫和飛機爬升能力模型的碰撞預測與報警模塊（GCAM）承擔。
新TAWS與常規的EGPWS顯示報警方法基本相同，但有一些新的改進。
（1）EGPWS前視報警主要針對飛機現時高度的前視預測包線（橙色線）。其告警預測假設，在飛行員不采取回避措施的情況下，飛機將繼續以目前的高度飛行。一旦告警開始，它將持續到飛機獲得足夠的高度使整個包線移到地形之上才會結束。在這段時間，飛行員必須把注意力集中于垂直改出機動，容易忽視對整個情況的了解。
TAWS則產生動態告警計算，假定告警后飛行員將采取行動來避開地形。TAWS預測包線（橙色線）包括當前航跡角（不論爬升還是下降）和飛機爬升能力，告警是依據CFIT可能在什么地方發生而發出的。一旦飛行員作改出機動，而且CFIT的可能性不再存在時，系統迅速解除報警。
?。?）EGPWS通常采用一個其形狀適合大多數飛機的通用CFIT預測包線。這種方法提供適當的感知“告警”系統能力，但不能始終提供“回避”CFIT情況所需的防護。在某些場合，要避免CFTI的“拉起”量已不夠；而在另一些場合，現有的飛機構型可能不允許飛機實現建在一般包線模型中的“固定”爬升假設。在這兩種情況下，雖然發出了警告，卻不能保證避免CFIT事故。
TAWS預測包線始終基于它所安裝飛機型別的爬升能力。GCAM中儲存有各種飛機的爬升模型，因而能預測飛機能否通過普通的“拉起”爬升改出機動來避免CFIT。在爬升改出已不夠時，GCAM提供獨特的“回避地形”警告，立即告訴飛行員正常的改出已經不行，使飛行員有時間對情況進行考慮，并做出正確的反應（向右或左爬升），以避免CFIT。
?。?）新TAWS的一個獨到之處是顯示有注意報警線。EGPWS情況顯示器顯示了相對于飛機當時高度的地形，但不顯示何處將產生報警。TAWS注意報警線為飛行員提供若他們繼續沿當前的航跡飛行，將在何處發生注意報警的指示。此報警涵蓋飛機航跡兩則30度以內和飛機前方4分鐘以內地形段。一旦碰撞預測與報警注意間距算法發出報警，則報警線被抑制，EFIS顯示器上與注意報警有關的地形段就以整塊的黃（注意）色醒目地表示。
注意區域可隨航跡的調整而產生變化。顯示器以地跡向上的方式顯示，可選的范圍以5海里為增量可達320海里，顯示圖像每2秒更新一次。
當GCAM警告算法得出可能的CFIT沖突時，它能確定飛機是有足夠的爬升能力以普通的垂直改出（拉起）機動來超越地形。如果碰撞預測與報警確定飛機能以直接的拉起機動超越地形，則發出拉起警告，而與拉起警告有關的地形段在EFIS顯示器上用醒目的整塊紅（警告）色表示。
當GCAM警告算法探測到飛機用普通的垂直改出機動沒有足夠的爬升能力超越地形時，它就產生一種獨特的可以識別的回避地形告警。此時EFIS顯示器回避地形顯示用在紅中打一些黑叉的樣式描繪不能超越的地形區域，供飛行員很快地識別。
五、結語
雖然GPWS有種種不足和先天缺陷，但在80年代，它對防止CFIT作出了巨大的貢獻。隨后而發展的EGPWS增加了新的功能，在提高飛行員處境意識，避免CFIT又有新作為。今后隨著新型避撞系統T2CAS的出現，人們對CFIT的預防又將上一個新臺階。
（指導教師：何曉薇）
參考文獻：
?。?］增強型近地警告系統（EGPWS）.航空維修與工程，2004.5.
?。?］何曉薇.航空電子設備.西南交通大學出版社.
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