[发明专利]用于执行紧急降落和着陆的系统和方法

说明书

本申请公开了一种用于执行紧急降落和着陆的系统和方法，提供了一种机组自动化系统，其向飞行员提供飞机的物理状态的高保真知识，并且基于预测模型通知飞行员期望状态中的任何偏差。该机组自动化可以被提供为非侵入式的飞机中的机组自动化系统，该机组自动化系统通过视觉技术感知飞行器的状态，得到飞行器状态矢量和其他飞行器信息，并且将与期望的飞行器状态的任何偏差传递给飞行员。该机组自动化还可以监测飞行员健康，并且当需要时作为机器人副飞行员来执行紧急下降和着陆操作。

技术领域

本公开涉及飞行控制系统、方法和装置的领域；更具体地，本公开涉及用于经由用作机器人副驾驶的机组自动化系统执行紧急降落和着陆操作的系统、方法和装置。

背景技术

驾驶舱自动化方面的最近经验已经表明，在飞行甲板上增加额外功能的先前方法增加了复杂性，导致过度依赖自动化，并且尤其是在危急情况期间未必会减少工作负荷。另外一个挑战是，航空电子设备制造商为了提供高可靠性和可验证性，已经制定了针对任何期望改进的严格的基于需求的设计和改变命令。因此，遗留飞机的转换通常成本高昂，并且在需求、验证和测试方面需要大量的资本投资。

弗吉尼亚州马纳萨斯的极光飞行科学公司(Aurora Flight SciencesCorporation)之前开发了一种能够在起飞、巡航和着陆期间操作钻石DA42双星(DiamondDA42Twin Star)的右座飞行员助理。右座飞行员助理称为Centaur，其可以在不影响原始型号证书的情况下安装到DA42中或从DA42中移除，从而保持飞机的原始认证。Centaur包括主要飞行控制设备和它自己的航空电子设备套件的机械致动，并且可以用于与飞行员一起担任监督角色，或者作为完全无人驾驶的飞行器。例如，Centaur可以由飞机后座的操作员飞行，在笔记本电脑上指导飞行计划。虽然Centaur提供了许多功能，但是它也有一些缺点。特别是：(1)Centaur的硬件无法移植到其他飞行器，也不能将软件即插即用扩展到其他功能；(2)Centaur系统的组件是侵入式的，并且需要以对飞行器非常特定的方式(即，DA42)切入现有航空电子线路；(3)Centaur不允许机载飞行员担任操作员并执行诸如指挥飞行计划的任务；以及(4)Centaur没有获得关于其正在操作的飞行器的知识。

因此，需要一种开放式架构系统，该系统能够快速引进新功能、提高安全性、增长功能性并减少飞行员的工作负荷而无需大量费用或重新认证。还需要向飞行员提供持续的飞行器状态监测和信息增加，其可以有效地充当自动化的飞行工程师。另外，需要一种系统和方法，例如在飞行员丧失能力的情况下，通过飞行器中的现有自动着陆能力的操作，执行紧急降落和着陆。事实上，意外飞行员丧失能力的悲剧发生要求健康飞行员(当两名飞行员可用时)进行单独降落和着陆。诸如本文所公开的机组自动化系统满足这些需求，并且能够快速引入新的功能以减轻跨机身移植(例如，通过临时安装)时的负担。如将要讨论的，机组自动化系统可以为各种终端用户带来显著的好处。一个示例应用包括疲劳和厌倦可以导致机组人员注意力的降低的飞行器的操作，在这种情况下，机组自动化系统通过警告飞行员并且在某些情况下呈现飞行器控制来降低飞行操作中的风险。其他示例应用存在于目前人为错误的可能性限制了飞行器的广泛使用(例如，低空作业)，同步作业、无人驾驶飞行、无人驾驶编队和载人飞行引导以及由于全面的数据记录而提高了汇报能力的情况下。

鉴于上述内容，本发明提供了一种用作机器人副驾驶的机组自动化系统，该机组自动化系统被配置为在飞行员丧失能力的情况下自动执行紧急降落和着陆，以及其他功能。这种系统可以被安装在包含现有自动着陆系统的飞行器上(诸如普通商用飞行器)，或者被安装在不具有现有自动着陆系统的飞行器上。

发明内容

本公开涉及飞行控制系统、方法和装置；更具体地，涉及一种机组自动化系统，该系统被配置为在飞行员丧失能力的情况下自动执行紧急降落和着陆，以及其他功能。