智能化航空飛行控制技術(shù)的發(fā)展

齊海東 何志國

摘 要：航空技術(shù)經(jīng)歷了百年的發(fā)展，其控制系統(tǒng)由最初簡單的機(jī)械式連桿操縱，發(fā)展到基于電信號的電傳飛行控制系統(tǒng)。為滿足對航空器功能、性能、可靠性等方面的需求，飛行控制系統(tǒng)日益復(fù)雜，與此同時(shí)也帶來了駕駛員工作負(fù)荷增加、航空安全壓力增大、無法適應(yīng)現(xiàn)代的戰(zhàn)場態(tài)勢環(huán)境或者飛行環(huán)境等新的問題。電傳飛行控制技術(shù)依賴于計(jì)算機(jī)，可以說人工智能與航空飛行控制有著諸多可以契合的地方。智能化航空飛行控制技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成為了各個(gè)航空發(fā)達(dá)國家的研究和發(fā)展重點(diǎn)，在未來航空飛行控制技術(shù)發(fā)展以及型號研制過程中，都將智能化作為一個(gè)非常關(guān)鍵的要素。

關(guān)鍵詞：智能化；航空飛行；控制技術(shù)；發(fā)展

1 前言

智能化技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以解決目前航空飛行控制技術(shù)所面臨的諸多問題，還能夠適應(yīng)將來更為復(fù)雜的飛行及戰(zhàn)場環(huán)境。本文將通過理論分析，結(jié)合現(xiàn)階段的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，對未來的智能化航空飛行控制技術(shù)發(fā)展趨勢進(jìn)行初步的探討，同時(shí)提出初步的發(fā)展思路，以期為該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展提供一定的參考。

2 飛行控制技術(shù)的智能化發(fā)展

人工智能在航空飛行控制技術(shù)的發(fā)展歷程中已經(jīng)在悄悄地發(fā)揮著作用，同時(shí)也有效促進(jìn)了現(xiàn)代航空飛行控制技術(shù)的發(fā)展。近年來，隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，以及航空飛行控制技術(shù)發(fā)展所面臨的各種問題的促進(jìn)，使得兩種技術(shù)的融合也更加快速和深入。具體實(shí)現(xiàn)上來說，在飛機(jī)上應(yīng)用專門的智能系統(tǒng)，一方面可以對駕駛員行為進(jìn)行研究和判別，對駕駛員操作做出改善和糾正；另一方面還能夠自行決策，輔助或替代駕駛員完成飛行器的控制。這種依賴于智能技術(shù)的系統(tǒng)，可稱為智能飛行系統(tǒng)。下面給出一些簡單的智能化飛行控制技術(shù)的研究范例。

2006年，波音公司開展了“不間斷自動駕駛系統(tǒng)”演示驗(yàn)證，驗(yàn)證了特殊情況下自動接管和操縱飛機(jī)的技術(shù)。2014年，由美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室、洛克希德·馬丁公司和NASA聯(lián)合研發(fā)的自動地面防撞系統(tǒng)（Auto-GCAS）正式服役于F-16機(jī)隊(duì)。該系統(tǒng)不間斷地將F-16戰(zhàn)機(jī)的飛行軌跡與從機(jī)載數(shù)字式地面海拔數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生的地形剖面進(jìn)行比較，如果探測到威脅，系統(tǒng)將發(fā)出一個(gè)回避指令。若駕駛員沒有立即采取措施，系統(tǒng)臨時(shí)接管飛機(jī)的控制權(quán)，并執(zhí)行一個(gè)自動恢復(fù)程序來保護(hù)機(jī)組人員。該系統(tǒng)已成功避免了兩起F-16戰(zhàn)機(jī)撞地事故的發(fā)生，波音公司已開始考慮將該技術(shù)集成到民用飛機(jī)中。

法國在“神經(jīng)元”無人機(jī)系統(tǒng)的研制中已經(jīng)綜合了人工智能的概念，運(yùn)用了自動容錯(cuò)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了編隊(duì)控制、信息融合、信息交互、戰(zhàn)術(shù)決策和火力協(xié)同、自主編隊(duì)飛行，大大提高了任務(wù)完成的效能。從以上幾個(gè)典型的例子可以看到，智能化的航空飛行控制技術(shù)能夠有效緩解航空安全壓力、降低駕駛員操縱負(fù)荷、提高任務(wù)完成能力，將是當(dāng)前以及將來航空飛行控制技術(shù)的一個(gè)主流發(fā)展方向。

3 未來發(fā)展趨勢與研究思路

智能化的飛行控制系統(tǒng)將是非常重要的一個(gè)發(fā)展方向。從現(xiàn)階段的發(fā)展趨勢以及未來的需求來看，期望智能化飛行控制能夠?qū)崿F(xiàn)以下目標(biāo)：

（1）人工智能技術(shù)與航空飛行控制技術(shù)完美結(jié)合，解決目前所面臨的各類飛行控制問題；

（2）在完成任務(wù)時(shí)，更少地依賴正確的人類駕駛員操縱行為，駕駛員更加關(guān)注于任務(wù)而不是飛行；

（3）任務(wù)完成能力不斷得到增強(qiáng)；

（4）飛行控制系統(tǒng)能夠從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)，不斷提升性能；

（5）大幅增加飛行的可靠性和安全性，并且具備較低的成本和飛機(jī)系統(tǒng)重量。

自增穩(wěn)控制系統(tǒng)出現(xiàn)以來，人工智能已經(jīng)開始逐步融入到航空飛行控制系統(tǒng)中。隨著人類對于航空安全、性能等方面需求的不斷增長，要求航空飛行控制系統(tǒng)的智能化水平越來越高，各個(gè)航空發(fā)達(dá)國家都更加關(guān)注智能化航空飛行控制技術(shù)領(lǐng)域，并已經(jīng)開始投入大量的人力、物力著手進(jìn)行這一方面的技術(shù)研究。目前各個(gè)國家在這一領(lǐng)域的研究還都處于起步階段，沒有獲得十分突出的或者里程碑式的研究成果。近年來，我國的航空技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，自主創(chuàng)新能力不斷提升，經(jīng)過長期的積累，已經(jīng)具備了開展智能化航空飛行控制技術(shù)研究的基礎(chǔ)。為了適應(yīng)當(dāng)前各類飛行器技術(shù)發(fā)展的需求，縮小與國外高水平的差距，我國應(yīng)當(dāng)開始重視并投入相應(yīng)的人力、物力從事這一領(lǐng)域的研究工作。就目前該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展來說，從技術(shù)層面深入探索智能化飛行系統(tǒng)在航空器飛行控制方面的重要作用和意義，通過一系列的技術(shù)研究、仿真模擬試驗(yàn)及飛行驗(yàn)證突破關(guān)鍵技術(shù)，提升技術(shù)成熟度，對提升我國在這一領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力具有重要意義。

智能化航空飛行控制技術(shù)的發(fā)展任重而道遠(yuǎn)，同時(shí)也是非常前沿的技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)當(dāng)不拘泥于單純的控制領(lǐng)域，還要從人工智能所涉及的各個(gè)學(xué)科開展深層次的基礎(chǔ)理論研究，并充分借助各種試驗(yàn)驗(yàn)證手段完成從基礎(chǔ)理論向工程應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。建議從以下幾個(gè)方面著手開展技術(shù)研究工作：

首先，鑒于目前在航空飛行控制領(lǐng)域，高度智能化的控制系統(tǒng)尚未成熟，現(xiàn)階段針對智能飛行控制技術(shù)的研究可以將重點(diǎn)著眼于人機(jī)混合決策技術(shù)。人機(jī)混合決策可以通過人和機(jī)器的混合決策來補(bǔ)充智能化程度的不足，以保證在復(fù)雜的環(huán)境下的飛行安全和任務(wù)的完成；同時(shí)，在人機(jī)混合決策的過程中能夠利用智能化系統(tǒng)的學(xué)習(xí)能力，使其智能化程度不斷提升。

最后，在基礎(chǔ)理論研究的基礎(chǔ)上，充分借助試驗(yàn)臺試驗(yàn)、地面模擬試驗(yàn)以及空中飛行模擬試驗(yàn)等手段，推動基礎(chǔ)理論向工程化應(yīng)用的轉(zhuǎn)換。只有經(jīng)過充分驗(yàn)證的技術(shù)才能夠真正應(yīng)用于各類型號飛機(jī)中。這些試驗(yàn)手段中，空中飛行模擬試驗(yàn)是基礎(chǔ)理論向工程應(yīng)用轉(zhuǎn)化的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其試驗(yàn)條件就是真實(shí)的使用環(huán)境。因此，對于智能化航空飛行控制技術(shù)工程化應(yīng)用來說，這一環(huán)節(jié)是非常必要的。

4 結(jié)語

智能化已經(jīng)成為了航空飛行控制領(lǐng)域的一個(gè)主流發(fā)展方向，它能夠應(yīng)對航空飛行控制所面臨的各類問題。它不僅能夠提高系統(tǒng)的可靠性及任務(wù)完成的效率、應(yīng)對航空安全方面的壓力，還能夠?qū)Ⅰ{駛員從繁重的飛機(jī)操縱負(fù)荷中解脫出來，將更多的精力放在任務(wù)的完成上，從而提高任務(wù)完成的質(zhì)量，大大提高無人機(jī)的智能化程度，使其在更多的領(lǐng)域更好地完成各類任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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