[发明专利]基于时序QAR参数曲线聚类的重着陆成因自动推理方法及系统

权利要求书

1.基于时序QAR参数曲线聚类的重着陆成因自动推理方法，其特征在于：该方法为：根据QAR参数中VRTG峰值的出现时刻对重着陆情况进行系统分类，根据VRTG峰值出现的时刻，可以将重着陆分为三种基本类型：VRTG峰值出现在首次接地瞬间、VRTG峰值出现在接地之后的几秒、VRTG峰值同时出现在接地瞬间和接地之后，将VRTG峰值出现在首次接地瞬间定义为第一类重着陆；

针对第一类重着陆，进一步根据IVV与无线电高度变化的不同将其细分为I-1、I-2和I-3三种子类型；其中I-1子类型的IVV显著高于平均水平；I-2子类型的IVV前半段显著低于平均水平，中途发生明显翻转，后半段高于平均水平；I-3子类型的IVV前半段接近平均水平，后半段高于平均水平；然后从IVV、PITCH、HEIGHT关键参数曲线中特征提取特征向量，并利用K-means聚类算法对特征向量进行聚类，最后与人工分类的结果进行比较，从而实现第一类重着陆的成因自动推理；

在特征向量提取阶段，首先获取航段IVV、PITCH、HEIGHT参数曲线，并计算这三种参数曲线与群体平均曲线之间的差值，得到差值曲线，然后对该差值曲线进行插值平滑操作，并从平滑后的曲线中提取特征向量；其中，IVV表示飞机下降率；PITCH表示飞机俯仰角度；HEIGHT表示无线电高度。

2.根据权利要求1所述的基于时序QAR参数曲线聚类的重着陆成因自动推理方法，其特征在于：所述对重着陆情况进行系统分类具体为：

根据重着陆的定义，当着陆阶段VRTG参数的峰值超过一定阈值时，认为发生一次重着陆事件；通过VRTG曲线研究发现，根据VRTG峰值出现的时刻，将重着陆分为三种基本类型：峰值出现在首次接地瞬间、峰值出现在接地之后的几秒、峰值同时出现在接地瞬间和接地之后；将接地瞬间定义为飞机的后起落架首次由AIR状态切换为GROUND状态的时刻，起落架状态参数的采样频率是4Hz，接地瞬间精确到0.25秒；同时，针对第一类重着陆，即峰值出现在首次接地瞬间，允许峰值出现的时刻与接地时刻之间存在一定的偏差，前后不超过1秒。

3.根据权利要求2所述的基于时序QAR参数曲线聚类的重着陆成因自动推理方法，其特征在于：所述第一类重着陆的航段发生原因与其IVV和无线电高度曲线的变化规律密切相关，且根据IVV和无线电高度变化不同进一步细分为三个子类别，将这三个子类别分别编号为：I-1、I-2、I-3，分析这三个子类别对应的典型航段的QAR参数个体与群体对比曲线；

首先分析第一种情况，即I-1型重着陆，观察其无线电高度曲线，看到在接地前，其无线电高度一直远高于群体曲线，且在50英尺至接地这段时间，其高度几乎是直线下降的；反映到IVV曲线上，就是其50英尺至接地期间的IVV值远高于群体平均值，导致50英尺至接地的时间很短，即75s，接地前瞬间的IVV很大，最后不得不靠地面提供的反向作用力来阻止飞机下降，在接地时刻IVV有一个明显的跳变，即从－450ft/min跳变到约0ft/min，地面提供的这种反向作用力也导致较大的VRTG载荷，即1.695g；再结合PITCH曲线的变化，分析出IVV出现这种情况的原因，在50英尺高度处，飞机的俯仰角是在减小的，且进入50英尺高度之后还持续减小，而飞机在50英尺高度时本身IVV已经比较大，即－700ft/min，在这种情况下，飞行员没有及时拉起机头，反而让其继续下沉，其直接后果就是IVV进一步增大，虽然飞行员后面提升俯仰角，但已经来不及，飞机迅速接地发生重着陆；观察飞机进入50英尺高度以前的PITCH曲线，看到飞机的俯仰姿态整体是偏大的，即俯仰角约3.5°，群体曲线的平均值约2.5°，若继续快速抬升机头可能导致接地时擦尾，同时说明，在进入50英尺高度前控制好飞机的姿态和下降率对安全着陆至关重要；接下来分析第二种情况，即I-2型重着陆，观察其无线电高度曲线，看到在50英尺高度至接地这段时间，其高度不是逐渐从50英尺降低到接地，而是在中途降低到一个局部最小高度之后，出现了“反弹”，高度抬升，然后再迅速下降接地；

若取无线电高度曲线与平均曲线的交点为分割点，将50英尺至接地这段时间分为两段，则看到前半段飞机的无线电高度低于平均水平，后半段高于平均水平；无线电高度曲线出现这种变化特点与飞行员对IVV的控制方式密切相关，分析50英尺至接地这段时间的IVV曲线，看到在进入50英尺高度之后，IVV迅速下降，即明显小于平均值，然而由于IVV下降过快，导致IVV减小到接近0ft/min时飞机仍然还没有接地，出现无线电高度下降到局部最小再“反弹”的情况；若飞机长时间不能接地，则有冲出跑道的风险，为避免这种情况发生，飞行员迅速推杆提升IVV，IVV曲线又迅速增加，导致接地时IVV较大，发生重着陆；若以航段IVV曲线和平均曲线的交点为分割点，则50英尺至接地这段时间同样分为两段，前半段航段IVV曲线在平均曲线之上，后半段在平均曲线之下；再来看PITCH曲线，看到在进入50英尺高度之后，机头抬升速度明显超过了平均水平，PITCH最大值达到了将近7°，然后PITCH迅速减小到3.5°左右，接着又迅速抬升，并以5°左右的姿态接地，PITCH与IVV曲线的变化趋势比较一致，说明PITCH对IVV的控制关系；同时，I-2型重着陆通常伴随着较长的50英尺至接地时间，这是I-2型重着陆的典型特征；

最后分析第三种情况，即I-3型重着陆，看到在50英尺至接地这段时间，这种重着陆的曲线与I-1和I-2型相比最接近平均曲线；首先分析无线电高度曲线，在进入50英尺高度之后，曲线基本与平均曲线保持一致，直到接地前几秒曲线才偏离平均曲线；再分析IVV曲线，进入50英尺高度之后，IVV跟平均曲线比较吻合，但是在接地前几秒的时候，IVV没有保持已有的减小趋势，而是出现“反弹”，导致接地前IVV较大，发生重着陆；若以IVV开始出现“反弹”的时间作为分割点，则50英尺至接地这段时间分为两段，前半段航段IVV与平均曲线差异较小，后半段则航段IVV显著大于平均值；最后分析PITCH曲线，看到进入50英尺高度之后，机头抬升较为迅速，当俯仰角上升到约6°之后，开始出现下降，从而导致IVV中途出现“反弹”；俯仰角降到8°之后，又开始上升，最终以6°左右的姿态接地；若飞行员在飞机的俯仰角达到6°的时候能够保持这种姿态至接地，则很有可能不会导致重着陆事件的发生；I-3型的重着陆原因为飞行员中途“放弃”导致；此外，由于I-3型重着陆的QAR参数曲线与平均曲线最为接近，其50英尺至接地的时间也更接近平均时间，在6～8秒之间。

4.基于权利要求1～3中任一项所述方法的基于时序QAR参数曲线聚类的重着陆成因自动推理系统，其特征在于：该系统包括重着陆情况分类模块、特征提取模块、K-means聚类算法模块和处理模块；

所述重着陆情况分类模块、特征提取模块和K-means聚类算法模块分别与处理模块连接，首先根据QAR参数中VRTG峰值的出现时刻对重着陆情况进行系统分类，并提出一个二级分类目录树；针对VRTG峰值出现在接地瞬间的第一类重着陆，又根据重着陆的成因将其细分为I-1、I-2和I-3三种子类型，然后采用参数曲线插值平滑的方式从IVV、PITCH、HEIGHT关键参数曲线中特征提取，并利用K-means聚类算法对特征向量进行聚类。