六问·地形提示和警告系统
地形提示和警告系统
地形提示和警告系统，简称TAWS（Terrain Awareness andWarning System），用一个词概括，即：地形防撞；用一句话概括，即：利用目视和音响告警形式的地形提示来防止受控撞地。
那么，何为受控撞地？专业解释：指这样一种事故或事件，即，因飞机机组缺乏充分和/或及时的提示来进行预防，使得飞机在飞行机组的控制下无意撞入地形、障碍物或水中的情况。
TAWS依据什么给出地形提示？主要分两个技术发展阶段：早期的近地警告系统（GPWS:Ground Proximity Warning System），通过对各种传感器数据的评估，判断飞机是否存在撞地危险，既然叫近地警告，所以低空无线电高度是最重要的一项参数，其他还有高度变化率、姿态、下滑道偏差、起落架和襟缝翼状态等；之后随着地形数据库和显示技术的发展，促使了前视地形回避（FLTA:Forward Looking Terrain Avoidance）的出现，通过对飞行轨迹的预测来判断飞机是否存在撞地危险，由于与地形数据库的结合，所以最重要的参数是经纬度和海拔高度。
TAWS主要分为Class A、Class B和Class C三个等级，其中Class A的设备拥有完整的TAWS告警功能，适用于9座以上，起飞重量大于5700kg的运输飞机。Class B和Class C的设备只具有部分TAWS告警功能，一般用于小型飞机。这里着重于Class A级TAWS，以下所有的TAWS均指Class A级TAWS。
根据上述两个发展阶段，TAWS的功能也主要分为两个部分：
1) GPWS功能（大部分介绍GPWS功能的材料都会将它分为6个模式，这里笔者按照飞行阶段划分，希望更利于读者记忆）：
(a)起飞阶段：起飞后掉高度；
(b)进近阶段：不正确的着陆构型、过大下降速率、过大偏离下滑道、高度呼叫；
(c)其他近地情况：过大接近速率、过大倾角。
2)FLTA功能：包括地形显示，以及根据预测的撞地时间提供戒备级和警告级的目视和音响告警。
3) PDA（过早下降功能，Premature DescentAlert）功能：使用飞机当前位置和飞行轨迹信息，判断飞机是否低于正常的进近航迹（一般为3°下滑）并发出相应的告警。
这些功能，大多数都可以望名生义，除了“过大下降速率”和“过大接近速率”的概念容易混淆。前者利用的是气压高度变化率，判断飞机接近地面过快的危险；后者利用的是无线电高度变化率，判断飞机接近地形过快的危险。这两个GPWS的功能，技术解决方案上的虚警率比较高，当与FLTA同时工作时会被抑制。
对TAWS比较熟悉的读者可能已经发现，前面一直没有介绍反应型风切变告警（RWS，Reactive Wind Shear），在有些地方，它被称作GPWS的模式7。RWS通过对比飞机惯性参数与空气动力学数据来判断飞机正处于风切变中，并给出响应的告警。当RWS给出告警时，飞行员要做的就是在不失速的前提下尽可能爬升。
关于RWS，不同飞机有不同做法，可以被综合在TAWS中，也可以综合在机载告警系统里。RWS最重要的输入参数是机体加速度，其他参数和GPWS基本一致，所以综合在TAWS里是很自然的一种结果。RWS根据机体加速度特征判断飞机是否处于风切变环境中，因为加速度是飞机最实时的响应，也是最直接能测量到的。可以看出RWS和TAWS其他功能很重要的一个差别在于，其他功能实际上还是预估的风险，而RWS评估的是实时的风险，所以另一种方式就是直接综合在告警系统中以降低传输的延时。因此，RWS的两种归纳方式均有其支撑点。
在FLTA功能中，只要飞机的计算显示预测的飞行航迹与内部存储的地形数据库中相关地形的高度相交，就会产生告警。使用这样的地形数据库而不触发虚警是有难度的，所以广大的航空公司、TAWS和数据库供应商们各显所能，尽量准确的修正数据库确保正常的起飞和进近。
和导航数据库不一样，地形数据库通常变化不会太快，一般按季度更新就足够，除非增加新机场。当然在国内日新月异的基础建设背景下，会存在一些特殊情况，比如我们在数据库中选择了一座小山，打算做地形显示试飞，结果去实地考察时，只看到一片工地。因此与地形数据库相关的试飞，地形的实地勘探必不可少。
TAWS试飞可能是航电系统试飞中风险最高也是最有趣的科目之一。
2000英尺离地高度，50度倾角试飞，有做试飞的同仁评价是脸贴着地了。过大下降速率试飞，在2000英尺离地高度，2000~3000英尺每分钟的下降率接近地面，就像开车急速朝悬崖冲过去接着一个急停的感觉。过大接近速率和FLTA试飞，更是直接冲着某个山顶飞过去，脑补一下那种视觉冲击力……
RWS试飞，当然不是在真实风切变环境试飞，那是模拟器上做的试验。在实际飞行中主要评估在各种机动、起飞和进近飞行中，机体加速度的变化，不会被TAWS误判为RWS，即不产生RWS的虚警。我们知道风切变主要出现在低空，那么各种接近过山车感觉的酸爽机动，也要低空完成？为了降低风险，一般是通过技术手段给TAWS一个假的无线电高度输入，在高空完成该试验。
国内几个著名的RNP AR程序，林芝机场和九寨机场等，飞机需要在山谷中进近，离地形这么近，那会不会触发TAWS告警呢？
一般不会。规划RNP AR程序的时候，通常会确保不触发TAWS告警，如果无法规避，只允许出现戒备级告警。目前业界的技术发展方向，是把根据RNPAR程序预测的飞行轨迹提供给TAWS，按照轨迹飞行时，即使触发了TAWS告警包线，也不再发出告警。
林芝机场RNP AR进近
本文转载自：飞机设计与试验
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