飞行员助手项目综述

当前人工智能技术于航空领域的应用存在研究分散、总体设计思想落后的问题,导致无法将各种技术融合以形成一个完整的智能辅助系统来提升飞行员的决策能力。本文首先总结了飞行员的能力限制及座舱功能存在的问题,分析了座舱智能辅助系统的设计需求,在此基础上,重点综述了飞行员助手项目的总体结构及其设计,给出了各分系统的实现方式。最后,梳理了相关内容,指出项目中尚可完善之处,为今后的研究指明方向。     

飞机智能座舱发展研究

针对未来飞行器面临的战场环境复杂性增加、飞行员操纵负荷增加、常规操纵方式无法适应危险环 境态势等问题，提出飞行器智能座舱设想，围绕基于态势感知的虚拟座舱系统、基于人工智能的飞行员辅助系 统、覆盖门到门的机组自动化系统等方向，通过虚拟现实技术、柔性显示技术、人工智能技术、信息处理技术 改进座舱设计，以增强飞行员态势感知能力、优化飞行员操纵方式、减轻飞行员决策负担、提高飞机的生存率、 实现降低飞行成本和危险环境下自主飞行。     

基于增强现实的航空飞行辅助系统

采用基于增强现实的立体显示技术及与之对应的人机交互方式，可实现3D 立体虚拟场景和真实环 境融合的视觉显示效果，向飞行员提供全景战场态势沉浸感知能力和多维度显示信息虚拟再现能力，从而有效 支撑未来座舱智能感知和敏捷交互目标的实现。     

飞机智慧座舱发展技术研究

未来飞机座舱智慧化转型是必然趋势,研究飞机智慧座舱发展技术能够为未来飞机智慧座舱的设计提供参考支撑。本文探讨了智能与智慧的区别,提出了飞机智慧座舱的概念与设计内涵,总结出深度感知与沉浸式交互、类人的认知及开放性与个性化定制服务的智慧座舱功能设计要素;梳理了发展飞机智慧座舱亟需解决的五项关键技术：多维度深度信息感知与融合技术、先进信息显示技术、沉浸式自然交互技术、智能态势认知技术、多智能体自主适应技术。通过关键技术的分析对未来飞机智慧座舱的发展提出了新的思考。     

战斗机智能座舱人机交互方式发展及应用

基于战机座舱这一对象,以加强人机交互、保证飞行员安全、提升战斗机性能为目的,从航电系统设计的角度,通过对比分析一至四代机座舱人机交互方式的发展,指出了传统飞机座舱发展演变过程中人机交互方式存在的缺陷,明确了智能座舱人机交互方式的发展趋势,梳理了亟需重点研究的新型交互手段及其应用方式,对未来战斗机智能座舱的发展提出了新的思考。     

虚拟座舱显示系统关键技术研究

根据实际飞行仿真系统中的任务需求,以国内外先进战机座舱显示系统开发经验为基础,结合虚拟现实技术,应用专业的图形开发平台,设计完成了一套“一平三下”的座舱显示系统。文中介绍了该虚拟座舱显示系统的组成结构,深入研究了下视显示子系统中无人机控制台的设计和雷达图像动态显示以及平视显示子系统开发中目标定位和与视景叠加等关键技术问题和解决方法。开发完成的虚拟座舱显示系统具有逼真程度高,实时性好,信息显示标准化、告警分类化,系统模块化、扩展性好等优点,尤其是下视显示系统中无人机控制站和雷达图像显示的开发,增强了飞行员态势感知能力,使该系统在国内同类系统开发中处于领先地位,并在实际仿真系统中得到了应用。     

飞行员辅助决策系统中数据库模块化技术研究

阐述了飞行员辅助决策系统中数据库模块化的要求,介绍了实现模块化的技术手段。并对数据库中动态数据、静态数据和任务数据的存储结构分别进行了讨论。     

基于知识的导弹试验指挥辅助决策支持系统

针对现有导弹试验指挥决策机制的不足,将知识库、推理机和导弹试验决策机制有机结合,采用基于知识的智能决策技术,设计了基于知识的导弹试验指挥辅助决策系统,以帮助导弹试验指挥员科学决策。     

并列双座战斗机座舱方案研究

探索了我国未来并列双座战斗机座舱布局的设计技术。通过对国内外多种并列双座机型座舱资料收集与研究,开展了并列双座座舱的布局设计。采用详细数据对比分析、数字化三维建模、多方案优化和人机工效评估等方法,总结出并列双座座舱设计关于设计方法、设计准则、设计依据等的关键技术,实现飞行员更好地协同。提出的主要设计思想、关键要素、设计准则等研究结果,可以为以后的并列双座战斗机座舱方案设计提供参考和经验借鉴,具有较高的可实现性、参考价值。     

基于深度强化学习的空战机动决策试验

空战智能决策将极大改变未来战争的形态与模式。深度强化学习决策机可以挖掘飞行器潜力，是实现空战智能决策的重要技术范式，但其工程实现鲜有报道。针对基于深度强化学习的双机近距空战机动智能决策的工程实现问题，开发了适于应用的深度神经网络在线机动决策模型，发展了通过飞行控制律跟踪航迹导引决策指令的机动控制方案，并进一步开展了软硬件实现工作与人机对抗飞行试验，实现了智能空战从虚拟仿真到真实飞行的迁移。研究结果表明基于本文发展的近距空战机动决策及控制方法，智能无人机在与人类“飞行员”的对抗中能够迅速做出有利于己方的动作决策，通过机动快速占据态势优势。研究结果显示了深度神经网络智能决策技术在空战决策中的潜在应用价值。     

民机新一代驾驶舱显示技术

在研究最新大型民用客机驾驶舱显示技术及平视显示器、电子飞行包、视景增强、合成视景等一系列新兴在研技术基础上,提出新一代驾驶舱显示技术的构想。新一代驾驶舱显示技术将以形象化的信息表达能力为基础,显示更丰富的周围环境,以达到降低飞行员工作量及提高飞行员情景意识和态势感知能力的目的。     

民机驾驶舱场面引导功能分析与人机界面设计

未来空域密度日趋增大,需要先进的场面移动目标引导和控制系统技术来提高机场运行效率,降低事故率。文章瞄准航空系统组块升级机场场面运行下的民机驾驶舱场面引导功能,首先描述机场场面运行的总体概念,对场面引导的数据交互和机载功能架构进行分析;然后基于所梳理的显示控制功能清单,设计场面引导的人机界面,完成从顶至下的民机驾驶舱场面引导功能的初步设计过程;最后经过CSUQ、QUIS、界面综合评价量表3 份问卷的评估及焦点小组讨论,证明该界面设计合理,具备实用性。     

合成视景系统的机遇与挑战

基于三维地形显示的合成视景系统结合空中隧道等新技术,为飞行员提高情形认知、降低工作量,同时也给传统驾驶舱显示、飞行安全、航线运营等带来不同程度的影响,特别是对驾驶舱显示将是划时代变革。综述机遇与挑战并结合航空发展,预测合成视景系统在10～15年内必将广泛应用。     

Evaluation on novel architecture for harmonizing manual and automatic flight controls under atmospheric turbulence

Pilot uncertainty in aircraft response under automatic flight control has triggered aircraft accidents/incidents in the past. This uncertainty compels a pilot to disengage autopilot and switch to manual control. However, the decision to disengage autopilot and when to do it can be difficult: especially if there is not enough time to monitor the cockpit displays, for instance while countering atmospheric turbulence. Against this background, we proposed the “human as a control module” architecture for harmonizing pilot and autopilot controls. The architecture blends pilot maneuver with autopilot control instead of switching between them when simultaneous inputs are given to the aircraft. By automatically adjusting pilot and autopilot control inputs, the architecture avoids overlaps of both control authorities and helps to circumvent the effect of conflicting actions. This paper applies the architecture to the situations of past aircraft incidents which had been caused by the transfer from autopilot control to pilot maneuver after encountering atmospheric turbulence. The effectiveness of the architecture is evaluated via simulation study for the specific incident examples. Furthermore, this paper extends the architecture with an Extended Kalman Filter (EKF) based observer and evaluates its robustness under errors in wind estimation.     

单一飞行员驾驶模式技术

飞机驾驶机组由20世纪50年代的5乘员驾驶模式减少到了目前的双乘员，然而为了降低航空公司运营成本以及减少双乘员认知不同、操作不一致所带来的安全性隐患，开展了单一飞行员驾驶（SPO）模式研究，SPO是新一代商用飞机发展方向核心技术之一。单一飞行员驾驶模式是描述面向商用飞机单一驾驶员、驾驶舱智能自动系统以及地面航空公司操作员协同实现的飞行驾驶模式。本文首先对单一飞行员驾驶模式系统组成及其系统架构进行了描述，并对比分析了单一飞行员驾驶模式下飞行员、空管系统、航空公司三方协同过程与现有模式的差异点；然后，针对商用飞机主要飞行过程，建立了单一飞行员驾驶模式下各飞行过程组织架构；最后，搭建了面向SPO的远程操控演示验证系统，经过飞行员操作评价，基本可以获取到机上操作所具备的驾驶感受，同时对于飞行计划更改、紧急情况处理等方面更为便利。通过上述内容研究，为中国商用飞机开展单一飞行员驾驶发展奠定了一定的技术基础。     

并列式座舱布局的直升机正驾驶位置分析研究

在直升机人机工效研究中,很重要的一个环节是确定直升机驾驶员的位置,合适的驾驶员位置对明确驾驶员之间的分工,在保证飞行安全的前提下高效执行所承担的任务使命至关重要。从历史上关于并列式驾驶舱直升机正驾驶位置的讨论入手,结合直升机驾驶舱布局以及直升机的飞行作业特点,对直升机正驾驶员位置进行剖析,提出分析意见建议。     

基于OpenGL的虚拟座舱显控系统快速设计与实现

以当前飞机座舱显控系统为背景,介绍座舱显控系统的组成和功能。以国内外通用的座舱显控系统为参考对象,使用VC++开发平台,应用OpenGL专业图形开发库,结合快速原型开发思想,设计并实现了一套完整的虚拟座舱显控系统。该虚拟座舱显控系统实现了数据显示、按键控制等功能。该系统能用来座舱显控系统的论证、开发和功能测试,还为飞行员的演示和培训提供了一种简单、快速、经济的选择。     

飞机座舱内饰视觉仿真方法研究

讨论了飞机座舱内饰视觉仿真的研究内容及方法,建立了飞机内饰视觉仿真方法框架模型。以CATIA为平台,依据GJB、HB等有关标准建立了飞机座舱模型,并根据视线追踪算法利用SPEOS CAA V5的LM模块对驾驶员的视线进行追踪仿真,在飞机设计阶段针对座舱眩光问题开展了虚拟分析并提出了解决方案。     

Tactical cockpits-the coming revolution

A cockpit revolution is in the making. Many of the much ballyhooed, much promised, but little delivered technologies of the 70's and 80's will finally come of age in the 90's just in time to complement the data explosion coming from sensor and processing advances. Technologies such as helmet systems, large flat panel displays, speech recognition, color graphics, decision aiding and stereopsis, are simultaneously reaching technology maturities that promise big payoffs for the third generation cockpit and beyond. The first generation cockpit used round dials to help the pilot keep the airplane flying right side up. The second generation cockpits used multifunction displays and the HUD to interface the pilot with sensors and weapons. What might the third generation cockpit look like? How might it integrate many of these technologies to simplify the pilot's life and most of all: what is the payoff? This paper examines tactical cockpit problems, the technologies needed to solve them and recommend three generations of solutions