基于认知过程的飞行员脑力负荷动态预测

现代军用飞机座舱驾驶系统信息高度密集、任务复杂多变。为探讨信息加工类型与多任务协同对飞行员脑力负荷的影响，依据ACT-R认知模块与脑力负荷决定性因素的关联性，将飞行员的脑力负荷划分为感知负荷与认知负荷，并基于四维多资源干扰理论，考虑多任务协同作用时的资源干扰对脑力负荷的影响，提出了基于认知过程的飞行员脑力负荷动态预测模型。为校验所提模型，选取16名被试完成4种模拟飞行任务的脑力负荷评价实验，结果显示：不同飞行任务在飞行绩效、NASA-TLX主观评价、平均扫视时间与扫视频率下的主效应显著（P<0.05），总脑力负荷预测值与NASA-TLX主观评价、扫视频率和心率呈显著正相关，平均脑力负荷预测值与飞行绩效、瞳孔直径和平均扫视时间呈显著正相关。所提模型对飞行员脑力负荷的动态预测与评价具有应用价值。     

面向复杂飞行任务的脑力负荷多维综合评估模型

针对多显示界面多飞行任务状态下的脑力负荷评价问题，设计了飞行仪表监控、飞行数字计算及飞行雷达探测3种不同类型的飞行任务，综合采用多种不同测评方法在飞行试验平台上开展脑力负荷实验测量和综合评价模型研究。实验结果表明:随着飞行任务类型的增多，NASA任务负荷指数（NASA-TLX）的主观评价分值显著增高；飞行正确探测率逐渐下降，反应时间显著延长；事件相关电位（ERP）测量技术中的P3a的峰值（在Fz电极处）逐步降低，心电（ECG）测量技术中的SDNN指标的数值逐步降低，眼电（EOG）测量技术中的眨眼次数没有显著变化。在此基础上，基于贝叶斯判别分析方法，建立了面向复杂飞行任务的脑力负荷多维综合评估模型，并将该综合评估模型与基于单一指标、双指标、三指标、四指标的模型进行了比较，结果显示:所提多维综合评估模型对于多显示界面多飞行任务中的显示界面脑力任务设计的等级分类预测准确率最高，其平均分类预测准确率为82.22%。所提多维综合评估模型为大型复杂系统中显示界面脑力任务设计提供了有效的量化方法和科学依据，有助于歼击机和运输类飞机设计人员优化显示界面脑力任务设计，并为相关型号飞机显示系统的适航审定工作提供新的验证工具。      

基于时间-多资源占用的工作负荷评估模型

为了测量和评估航天员在轨维修的工作负荷,在时间线分析法和多资源占用理论的基础上,确定了用间接获取的资源需求占用率、直接测量的占用时间2个维度来进行工作负荷主客观综合评估,并提出基于动态时间窗口的时间-多资源占用的工作负荷评估模型。为了验证模型的有效性,搭建典型在轨维修任务——液体回路子系统的维修试验环境,招募被试,获取主观工作负荷数据,进行维修视频采集和动素时间测定。结果表明,本文模型的工作负荷值与主观工作负荷评估值显著相关且吻合较好,验证了其有效性。     

基于多资源负荷理论的情境意识模型与应用

结合多资源负荷理论及信息认知加工理论,在注意-情境意识(A-SA)模型和注意资源分配SA模型基础上,提出了一种新的SA量化模型。该模型中,多资源负荷作用于低层次的注意感知,初期认知资源衰减结合情境激活后内在的高层次规则可用性匹配,最终输出为个体的SA水平。为验证模型可用性,采用15名被试在不同情境下开展飞行任务模拟,并结合主观的十维度情境意识测评技术(10-D SART)和客观的飞行绩效、情境意识全面测量技术(SAGAT)以及生理测量(心电、皮电及呼吸)进行实验测评。实验分析表明,模型计算的理论值变化趋势与实验结果显著相关,提出的SA量化模型对于指导驾驶舱人机界面设计和优化飞行任务分配具有一定的参考价值。      

分布式卫星嵌入式计算机系统结构设计方法

针对分布式卫星的运行环境和任务特点,综合考虑分布式卫星嵌入式计算机系统在可靠性、安全性和实时性方面的要求,提出了一种基于三级容错的主辅式双系统体系结构设计方法。论文分析了分布式卫星的特点和星上嵌入式计算机系统的设计要求,对三级容错设计、主辅式双系统安全设计以及基于可信平台模块(TPM)的辅系统设计进行了详细的阐述。该设计方法已成功应用于地面原理验证系统中,结果表明其可以很好地解决分布式卫星嵌入式计算机系统的可靠性、安全性和实时性问题。     

基于脑力负荷飞机座舱视觉显示界面优化设计

在飞机座舱视觉显示界面设计阶段,利用脑力负荷的综合评价,确定最佳设计方案.综合3种脑力负荷评价方法(主任务评价法、生理测量法、主观评价法),建立了飞机座舱视觉显示界面脑力负荷综合评价模型,对设计方案进行优化选择,并进行实验例证.在某型号歼击机视觉界面的不同设计方案中,利用这套评价模型,在降落任务下,得到了不同视觉界面的脑力负荷综合评价值,其中最佳脑力负荷值的设计方案也符合国军标中关于视觉界面的设计原则.在飞机座舱视觉界面脑力负荷的设计阶段,这套评价系统在设计阶段能够给出一个满意的评价结果,对于最终设计方案的确定很有帮助.      

基于注意资源分配的情境意识模型

为预测飞行员情境意识的变化情况,在前期建立的注意资源分配模型及情境意识模型基础上,考虑任务环境中信息成分重要度对情境意识水平的影响,并结合人的认知特性及贝叶斯条件概率理论,提出了一种新的情境意识量化模型和求解方法.为验证模型的效度,采用20名被试在不同任务条件下开展仪表监视实验,并采用情境意识全面测量技术（SAGAT,Situation Awareness Global Assessment Technique）、三维度情境意识评定技术（3-D SART,3-Dimensional Situational Awareness Rating Technique）、操作绩效和眼动测量4种方法,对不同任务条件下的情境意识水平进行测评.综合测评结果表明,根据预测模型计算所得的情境意识水平变化趋势与被试实际操作所获得的实验结果高度相关.提出的情境意识量化模型对指导驾驶舱人机显示界面设计和减少人为失误有一定的参考价值.     

飞机驾驶舱显示界面脑力负荷判别预测生理模型

针对飞机驾驶舱显示界面脑力负荷的客观判别预测问题,综合采用事件相关电位(ERP)、心电图(ECG)和眼电图(EOG)3类生理测量技术,结合主观测评法和绩效测评法,在同一飞行实验任务中开展脑力负荷的实验测量与数学建模研究。实验结果表明:随着脑力负荷的增加,ERP测量技术中的失匹配负波(MMN)成分的峰值幅度(在Fz电极处)显著增加,P3a成分的峰值(在Fz电极处)显著降低;ECG测量技术中的心率变异性指标全部窦性心搏RR间期(简称RR间期)的标准差(SDNN)的数值显著降低;EOG测量技术中的眨眼次数显著降低。在此基础上,基于Bayes判别方法构建了脑力负荷判别预测生理综合评估模型,并将生理综合评估模型判别结果与NASA任务负荷指数(NASA_TLX)量表判别结果进行了比较,生理综合评估模型判别结果略高于NASA_TLX判别结果。该模型为飞机驾驶舱显示界面脑力负荷状态的客观、实时判定和预测提供了一种新的方法,同时也为中国正在研发的新型战斗机和大型客机驾驶舱显示界面中的人为因素适航审定工作提供了新的符合性验证工具。      

基于飞行数据的无人机平飞动作质量评价模型

针对无人机（UAV）操纵质量高低多依赖专家主观评判、不同飞行动作缺乏针对性评判标准的问题,建立了根据飞行数据客观评价无人机平飞动作质量的模型。首先通过建立平飞判别规则识别无人机飞行数据中的平飞动作数据段,然后根据布林通道理论计算各平飞数据段内多个飞行参数的得分值,最后通过"熵权法"确定各参数的权重,进而得到反映不同无人机操控手平飞动作质量的指标数据。将一次四边平飞训练任务中4组不同无人机操控手操纵和1组无人机自主控制的飞行数据输入该模型,计算结果表明,模型可以较好地识别平飞动作并区分不同操控手平飞动作质量的高低,可以为无人机操控手的训练提供参考。      

飞机界面设计颜色匹配性

针对飞机显示界面设计中存在的问题,开发了一个用于工效学实验的飞行信息显示界面仿真模型.以该模型为背景开展实验,综合使用主观和客观测量方法对不同颜色匹配特性进行了研究.以反应时间作为绩效评价指标,并利用模糊数学的方法对主观数据进行处理.实验得到以下主要结果:确定了不同背景色和目标色匹配的辨识快慢顺序和喜好程度;不同颜色匹配的作业绩效和喜好程度不全相一致;白色/红色、棕色/黄色、暗灰/蓝色、黑色/淡绿、白色/蓝色较适宜作为背景/目标色组合,白色/黄色、黑色/蓝色则不适宜.     

单旋翼直升机气动布局对飞行性能的影响

为研究单旋翼直升机气动布局对直升机飞行性能的影响,以直升机飞行动力学模型为基础,在原始气动布局下分别对平飞、爬升与下滑和稳定协调转弯情况下的旋翼需用功率进行了配平,并计算了飞行性能指标,计算结果与参考数据吻合较好,证明模型可用.以UH-60A直升机为例,研究了不同气动布局参数下的直升机飞行性能,结果表明, 在变化范围内,旋翼位置参数对前飞和垂直飞行性能影响都很大,减小旋翼纵向距离有利于提高飞行性能,尾桨倾斜角在悬停和小速度情况下对飞行性能影响较大,平尾水平位置的后移有助于提升最大飞行速度.      

飞机座舱显示界面脑力负荷测量与评价

脑力负荷是影响飞行安全的重要因素之一,对飞行员脑力负荷进行客观测量,对于飞机座舱显示界面脑力任务的工效评价与优化设计具有重要意义.基于ERP（Eveat Related Potential）技术,选取失匹配负波（MMN,Mismatch Negativity）和P3a成分为指标,采用三刺激“oddball”模式,在飞行模拟任务条件下开展了三级脑力负荷的测量与评价研究.实验结果表明,MMN峰值和P3a峰值对脑力负荷变化敏感,随着脑力负荷的增加,MMN峰值显著增加,而P3a峰值显著降低,反应了被试者对异常信息的自动加工能力的提高以及朝向注意能力的减弱.与新异刺激相比,由偏差刺激所诱发的MMN与P3a成分对于与飞行任务相关的脑力负荷具有更好的敏感性,将可用于进一步的脑力负荷分级评价.      

电动直升机飞行性能计算和分析

在传统直升机飞行性能计算方法的基础上,结合电动系统的特性和直升机总体设计的特点,提出了电动直升机主要飞行性能的算法,并分析了电动系统特性参数和直升机气动布局、总体参数等变量对飞行性能的影响.以某小型无人直升机为例,计算和比较了该机电动化改装前后的主要飞行性能.算例结果和分析表明:相对于油动直升机,电动直升机受目前电动系统技术的限制,其续航时间和航程较短,但升限较高;微小型直升机的电动化比轻中型直升机更具有优势和潜力.该算法适用于电动直升机的总体设计和参数选择,也可为油动直升机的电动化改装提供一定的理论指导.     

机载风切变系统告警准则研究

根据风切变对飞机飞行影响的机理,以及FAA对CATⅠ类着陆最坏条件下的边界要求,推导了风切变的危险程度判据。通过计算,分析了垂直风切变与水平风切变对飞行性能的影响的异同,并通过对危险判据与性能恶化参数的相关性研究,提出了适用于机载风切变探测告警系统的告警准则。