学文网摘要： 本文通过EGPWS与GPWS的比较，在讲解GPWS原有功能的基础上着重讲解了EGPWS的新增功能：地形显示和前视报警功能。对比EGPWS与GPWS在同等飞行条件下，EGPWS对于保障飞机在起飞、进近、着陆时的安全性高，安全裕度大。文末展望了今后EGPWS可能的发展方向，即将它和TCAS合装在一个平台上，这样它的拥有成本将会降低，应用会更广泛。
关键词： 近地警告系统 增强型近地警告系统 可控飞行撞地
在1975年以前，世界民航平均每年发生8起可控飞行撞地。为此有关部门研制了近地警告系统（GPWS），其功能就是为飞行员提供飞机以不安全形态危险接近地面的警告信号，提高机组的处境意识。当近地警告系统被用于民航后，可控飞行撞地事件几率大大降低。1974年美国联邦航空局（FAA）要求在颁发飞机执照时安装GPWS，1979年国际民航组织（ICAO）推荐使用安装。近期还利用终端雷达探测进近飞机，如发现它低于最低安全高度就给予警告。这些措施都有效地降低了可控飞行撞地，但这种事故仍时有发生。原因之一是由于GPWS依赖于无线电高度工作，但无线电高度不能反映飞机前方的地形情况，没有前视功能，当飞机进入陡峭的上升地形不能提供警告；第二个原因是当襟翼和起落架均在着陆形态，飞机以正常下降率进近时，GPWS不能提供地形警告。为了克服GPWS的不足，联信公司设计出了增强型近地警告系统EGPWS（Enhanced Ground Proximity Warning System）。另外，FAA要求在2005年1月1日以后终止使用GPWS，而安装EGPWS。目前部分航空公司已经开始改装EGPWS。
一、EGPWS的特点
以美国联信公司为代表的航空电子生产厂家，在GPWS的基础上推出了增强型近地警告系统――EGPWS。EGPWS在保留原系统安全特性基础上，增加了前视地形告警和地形显示两大功能。要做到这两点，系统必须随时掌握飞机当前相对地球表面所处的具置。于是，需要系统中加入覆盖绝大部分陆地特征的地形数据库。联信公司的EGPWS的地形数据库涵盖88%的地球陆地地形数据，它由全球15000个机场周围的高分辨率地形数据和机场之间的低分辨率地形数据组成。通过数据压缩方式存储在GPWS计算机20兆字节的快闪存储器中，且每6―12个月对数据进行更新。地形数据库是近地警告计算的依据。利用飞机现在位置的三维数据（一般利用惯性导航算出位置或利用GPS卫星导航定位数据结合大气数据中的高度）和从地形数据库中提取出来的航线前方地形资料进行对照，算出飞机和前方某些最高地形点的接近速率和飞越点上的高度差，和既定告警判据相比较，凡有超越者则认定为地形威胁而触发告警。此外，也可选装地***显示器，以便驾驶员监视前方地形。
EGPWS的主要的特点是在飞行过程中把实时的飞机经纬度位置和数据库中的数据进行比较，如果探测出飞机与周围地形有冲突时，飞机在进入危险区之前系统就会向机组发出警告。所以说EGPWS和普通型GPWS的最大区别是增加了前视地形警告和地形显示的功能。
1.前视地形警告。EGPWS的前视地形警告LOOK-AHEAD CAUTION ALERT（前视地形注意）和LOOK-AHEAD WARNINGALERT（前视地形警告）两种等级向飞行员提供航路前方潜在的地形威胁警告。CAUTION ALERT级报警出现在飞机距地形冲突约117秒之前，而WARNING ALERT警告级报警则出现在地形冲突83秒之前，这样就为飞行员正确操纵飞机安全避让地形威胁提供了充裕的时间保证，也可使飞行员平缓操纵飞机避让地形威胁。
地形威胁的警告包线是根据飞机距前方威胁地形的距离、距飞机下面威胁地形的间隔及距飞机两侧威胁地形侧向距离而设定。飞机距前方威胁地形的警告距离主要随地速变化，当地速增加时，警告距离也会增加，并在不同速度下给出大致相同的警告时间。
2.地形显示功能。为增加机组对周围地形的视觉感知，EGPWS在需要的时候显示告警。在装有EFIS的驾驶舱内将在导航显示器上给出，而未装EFIS的驾驶舱则在气象雷达显示器上提供这种显示。地形显示分别以红、黄和绿色的点模式标出相对机现有高度的地形告警。红色表明前方具有潜在威胁的地形（高机现有高度610米以上）；黄色表示从飞机现有高度以下152米到飞机以上610米的地形；绿色表明地形距离飞机152米以下，但也要引起机组警觉。为减少显示的混乱现象，飞机以下610米的地形是不加以显示的，始终以黑色背景表示。但随着飞机的爬升或下降，相对机高度的地形颜色也不断变换。同样在预计碰撞83秒以前发出“地形、地形、拉起”（TERRAIN， TERRAIN，PULL UP）的语音警告，提醒驾驶员及时拉起飞机，当威胁状态解除后警告取消。同样在预计碰撞83秒以前发出“地形、地形、拉起”（TERRAIN，TERRAIN，PULL UP）的语音警告，提醒驾驶员及时拉起飞机，当威胁状态解除后警告取消。
二、EGPWS的应用
专家通过对传统GPWS和EGPWS的仿真分析后认为，如果以前发生的某些CFIT事故的飞机上安装有EGPWS，则灾难可以避免。
1995年12月20日，美利坚航空公司的一架B757飞机坠毁于南美的卡里。虽然其诱发原因是由行管理系统调用导航数据库中的导航台址造成驾驶员误解错用，而且在改出过程中减速板留在放下位置而丧失时机。但事故的过程表明在飞机撞地前11秒GPWS发出了地形警告，然后坠毁在机场北38海里的山上。按实地时空仿真分析认为，如果该机装了EGPWS，则可以在显示器上提早发现地形威胁，并将在57秒前发出警告“注意地形”，然后在34秒前发出警告“地形，拉起来”，驾驶员就不会左转弯面向山坡了。
一般认为在某些相同地形威胁出现时，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比传统的GPWS告警时间提前，这样长的时间将给飞行员充足的回旋余地，使其能飞越更高的障碍
物，从而避免这样的事故。
三、我国民航飞机安装EGPWS的情况
按中国民航总局要求，从2005年1月1日起，我国所有最大审定起飞重量超过15000公斤或客座数超过30的涡轮发动机飞机都要安装EGPWS系统，目前进展顺利。
四、EGPWS的新发展
新型空中交通与地形防撞系统Traffic+Terrain Collision Auoidance System――T2CAS是将过去的空中交通防撞系统与地形防撞系统的功能综合在一个平台上，不仅减少了外场可更换部件的数目，还减轻了重量，降低了拥有成本。
T2CAS新提供的地形防撞系统即“地形感知告警系统”（TAWS），功能类似于EGPWS的前视告警功能，但它采用先进的地形预测和回避算法，并且有EGPWS产品中没有的特点。TAWS的预测告警功能由具有地形、机场数据库和飞机爬升能力模型的碰撞预测与报警模块（GCAM）承担。
新TAWS与常规的EGPWS显示报警方法基本相同，但有一些新的改进。
（1）EGPWS前视报警主要针对飞机现时高度的前视预测包线（橙色线）。其告警预测假设，在飞行员不采取回避措施的情况下，飞机将继续以目前的高度飞行。一旦告警开始，它将持续到飞机获得足够的高度使整个包线移到地形之上才会结束。在这段时间，飞行员必须把注意力集中于垂直改出机动，容易忽视对整个情况的了解。
TAWS则产生动态告警计算，假定告警后飞行员将采取行动来避开地形。TAWS预测包线（橙色线）包括当前航迹角（不论爬升还是下降）和飞机爬升能力，告警是依据CFIT可能在什么地方发生而发出的。一旦飞行员作改出机动，而且CFIT的可能性不再存在时，系统迅速解除报警。
（2）EGPWS通常采用一个其形状适合大多数飞机的通用CFIT预测包线。这种方法提供适当的感知“告警”系统能力，但不能始终提供“回避”CFIT情况所需的防护。在某些场合，要避免CFTI的“拉起”量已不够；而在另一些场合，现有的飞机构型可能不允许飞机实现建在一般包线模型中的“固定”爬升假设。在这两种情况下，虽然发出了警告，却不能保证避免CFIT事故。
TAWS预测包线始终基于它所安装飞机型别的爬升能力。GCAM中储存有各种飞机的爬升模型，因而能预测飞机能否通过普通的“拉起”爬升改出机动来避免CFIT。在爬升改出已不够时，GCAM提供独特的“回避地形”警告，立即告诉飞行员正常的改出已经不行，使飞行员有时间对情况进行考虑，并做出正确的反应（向右或左爬升），以避免CFIT。
（3）新TAWS的一个独到之处是显示有注意报警线。EGPWS情况显示器显示了相对机当时高度的地形，但不显示何处将产生报警。TAWS注意报警线为飞行员提供若他们继续沿当前的航迹飞行，将在何处发生注意报警的指示。此报警涵盖飞机航迹两则30度以内和飞机前方4分钟以内地形段。一旦碰撞预测与报警注意间距算法发出报警，则报警线被抑制，EFIS显示器上与注意报警有关的地形段就以整块的黄（注意）色醒目地表示。
注意区域可随航迹的调整而产生变化。显示器以地迹向上的方式显示，可选的范围以5海里为增量可达320海里，显示***像每2秒更新一次。
当GCAM警告算法得出可能的CFIT冲突时，它能确定飞机是有足够的爬升能力以普通的垂直改出（拉起）机动来超越地形。如果碰撞预测与报警确定飞机能以直接的拉起机动超越地形，则发出拉起警告，而与拉起警告有关的地形段在EFIS显示器上用醒目的整块红（警告）色表示。
当GCAM警告算法探测到飞机用普通的垂直改出机动没有足够的爬升能力超越地形时，它就产生一种独特的可以识别的回避地形告警。此时EFIS显示器回避地形显示用在红中打一些黑叉的样式描绘不能超越的地形区域，供飞行员很快地识别。
五、结语
虽然GPWS有种种不足和先天缺陷，但在80年代，它对防止CFIT作出了巨大的贡献。随后而发展的EGPWS增加了新的功能，在提高飞行员处境意识，避免CFIT又有新作为。今后随着新型避撞系统T2CAS的出现，人们对CFIT的预防又将上一个新台阶。
（指导教师：何晓薇）
参考文献：
［1］增强型近地警告系统（EGPWS）.航空维修与工程，2004.5.
［2］何晓薇.航空电子设备.西南交通大学出版社.
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