智能化航空飞行控制技术的发展

齐海东 何志国

摘 要：航空技术经历了百年的发展，其控制系统由最初简单的机械式连杆操纵，发展到基于电信号的电传飞行控制系统。为满足对航空器功能、性能、可靠性等方面的需求，飞行控制系统日益复杂，与此同时也带来了驾驶员工作负荷增加、航空安全压力增大、无法适应现代的战场态势环境或者飞行环境等新的问题。电传飞行控制技术依赖于计算机，可以说人工智能与航空飞行控制有着诸多可以契合的地方。智能化航空飞行控制技术现在已经成为了各个航空发达国家的研究和发展重点，在未来航空飞行控制技术发展以及型号研制过程中，都将智能化作为一个非常关键的要素。

关键词：智能化；航空飞行；控制技术；发展

1 前言

智能化技术的应用，不仅可以解决目前航空飞行控制技术所面临的诸多问题，还能够适应将来更为复杂的飞行及战场环境。本文将通过理论分析，结合现阶段的技术发展现状，对未来的智能化航空飞行控制技术发展趋势进行初步的探讨，同时提出初步的发展思路，以期为该领域的技术发展提供一定的参考。

2 飞行控制技术的智能化发展

人工智能在航空飞行控制技术的发展历程中已经在悄悄地发挥着作用，同时也有效促进了现代航空飞行控制技术的发展。近年来，随着人工智能技术的快速发展，以及航空飞行控制技术发展所面临的各种问题的促进，使得两种技术的融合也更加快速和深入。具体实现上来说，在飞机上应用专门的智能系统，一方面可以对驾驶员行为进行研究和判别，对驾驶员操作做出改善和纠正；另一方面还能够自行决策，辅助或替代驾驶员完成飞行器的控制。这种依赖于智能技术的系统，可称为智能飞行系统。下面给出一些简单的智能化飞行控制技术的研究范例。

2006年，波音公司开展了“不间断自动驾驶系统”演示验证，验证了特殊情况下自动接管和操纵飞机的技术。2014年，由美国空军研究实验室、洛克希德·马丁公司和NASA联合研发的自动地面防撞系统（Auto-GCAS）正式服役于F-16机队。该系统不间断地将F-16战机的飞行轨迹与从机载数字式地面海拔数据库产生的地形剖面进行比较，如果探测到威胁，系统将发出一个回避指令。若驾驶员没有立即采取措施，系统临时接管飞机的控制权，并执行一个自动恢复程序来保护机组人员。该系统已成功避免了两起F-16战机撞地事故的发生，波音公司已开始考虑将该技术集成到民用飞机中。

法国在“神经元”無人机系统的研制中已经综合了人工智能的概念，运用了自动容错、神经网络、人工智能等先进技术，实现了编队控制、信息融合、信息交互、战术决策和火力协同、自主编队飞行，大大提高了任务完成的效能。从以上几个典型的例子可以看到，智能化的航空飞行控制技术能够有效缓解航空安全压力、降低驾驶员操纵负荷、提高任务完成能力，将是当前以及将来航空飞行控制技术的一个主流发展方向。

3 未来发展趋势与研究思路

智能化的飞行控制系统将是非常重要的一个发展方向。从现阶段的发展趋势以及未来的需求来看，期望智能化飞行控制能够实现以下目标：

（1）人工智能技术与航空飞行控制技术完美结合，解决目前所面临的各类飞行控制问题；

（2）在完成任务时，更少地依赖正确的人类驾驶员操纵行为，驾驶员更加关注于任务而不是飞行；

（3）任务完成能力不断得到增强；

（4）飞行控制系统能够从经验中学习，不断提升性能；

（5）大幅增加飞行的可靠性和安全性，并且具备较低的成本和飞机系统重量。

自增稳控制系统出现以来，人工智能已经开始逐步融入到航空飞行控制系统中。随着人类对于航空安全、性能等方面需求的不断增长，要求航空飞行控制系统的智能化水平越来越高，各个航空发达国家都更加关注智能化航空飞行控制技术领域，并已经开始投入大量的人力、物力着手进行这一方面的技术研究。目前各个国家在这一领域的研究还都处于起步阶段，没有获得十分突出的或者里程碑式的研究成果。近年来，我国的航空技术取得了长足的进步，自主创新能力不断提升，经过长期的积累，已经具备了开展智能化航空飞行控制技术研究的基础。为了适应当前各类飞行器技术发展的需求，缩小与国外高水平的差距，我国应当开始重视并投入相应的人力、物力从事这一领域的研究工作。就目前该领域的技术发展来说，从技术层面深入探索智能化飞行系统在航空器飞行控制方面的重要作用和意义，通过一系列的技术研究、仿真模拟试验及飞行验证突破关键技术，提升技术成熟度，对提升我国在这一领域的自主创新能力具有重要意义。

智能化航空飞行控制技术的发展任重而道远，同时也是非常前沿的技术领域，应当不拘泥于单纯的控制领域，还要从人工智能所涉及的各个学科开展深层次的基础理论研究，并充分借助各种试验验证手段完成从基础理论向工程应用的转化。建议从以下几个方面着手开展技术研究工作：

首先，鉴于目前在航空飞行控制领域，高度智能化的控制系统尚未成熟，现阶段针对智能飞行控制技术的研究可以将重点着眼于人机混合决策技术。人机混合决策可以通过人和机器的混合决策来补充智能化程度的不足，以保证在复杂的环境下的飞行安全和任务的完成；同时，在人机混合决策的过程中能够利用智能化系统的学习能力，使其智能化程度不断提升。

最后，在基础理论研究的基础上，充分借助试验台试验、地面模拟试验以及空中飞行模拟试验等手段，推动基础理论向工程化应用的转换。只有经过充分验证的技术才能够真正应用于各类型号飞机中。这些试验手段中，空中飞行模拟试验是基础理论向工程应用转化的一个关键环节，其试验条件就是真实的使用环境。因此，对于智能化航空飞行控制技术工程化应用来说，这一环节是非常必要的。

4 结语

智能化已经成为了航空飞行控制领域的一个主流发展方向，它能够应对航空飞行控制所面临的各类问题。它不仅能够提高系统的可靠性及任务完成的效率、应对航空安全方面的压力，还能够将驾驶员从繁重的飞机操纵负荷中解脱出来，将更多的精力放在任务的完成上，从而提高任务完成的质量，大大提高无人机的智能化程度，使其在更多的领域更好地完成各类任务。

参考文献

[1]周雅凡.人工智能的哲学反思[D].武汉：武汉理工大学，2008.

[2]江昕.哲学视域中人工智能发展的问题研究[D].合肥：合肥工业大学，2010.