CN109131908A

CN109131908A - 用于执行紧急降落和着陆的系统和方法

Info

Publication number: CN109131908A
Application number: CN201810460271.3A
Authority: CN
Inventors: W·博斯沃思; D·R·延森; M·里根
Original assignee: Aurora Flight Sciences Corp
Current assignee: Aurora Flight Sciences Corp
Priority date: 2017-06-15
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2019-01-04
Anticipated expiration: 2038-05-15
Also published as: US20180364707A1; EP3415416A1; US10816970B2; EP3415416B1; CN109131908B

Abstract

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。

Description

用于执行紧急降落和着陆的系统和方法

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。

根据一个方面，用于飞行器中的机组自动化系统包括以下部分：核心平台；人机界面，其与核心平台可操作地耦连以提供机组成员与机组自动化系统之间的相互作用；机组健康监测系统，其与核心平台可操作地耦连以监测机组成员的一个或多个健康参数；飞行器状态监测系统，其与核心平台耦连以确定飞行状况数据；以及致动系统，其与核心平台可操作地耦连以基于响应于核心平台的命令致动飞行器的一个或多个飞行控件。

在某些方面，人机界面可以被配置为显示机组成员的一个或多个健康参数。

在某些方面，机组健康监测系统可以被配置为监测多个机组成员的一个或多个健康参数，其中人机界面可以被配置为显示多个机组成员中的每个机组成员的一个或多个健康参数。

在某些方面，一个或多个健康参数可以包括机组成员的生理状态和行为状态。

在某些方面，机组自动化系统可以被配置为与具有自动着陆基础设施的飞行器耦连以控制飞行器的主要飞行控件。

在某些方面，机组自动化系统可以被配置为执行自动着陆过程以使飞行器着陆。

在某些方面，致动系统可以被配置为在自动着陆过程期间控制飞行器的辅助飞行控件。

在某些方面，自动着陆过程可以在机组成员丧失能力时启动。

在某些方面，至少部分基于一个或多个健康参数可以确定机组成员的丧失能力。

在某些方面，机组健康监测系统使用与机组成员相关联的一个或多个生命传感器收集机组成员的一个或多个健康参数。

在某些方面，一个或多个生命传感器是可穿戴传感器。

在某些方面，机组健康监测系统与一个或多个生命传感器中的每个传感器无线通信。

在某些方面，飞行器状态监测系统可以包括用于视觉监测机组成员的感知系统，其中机组健康监测系统使用感知系统确定机组成员的行为状态。

在某些方面，机组健康监测系统可以被配置为至少部分基于机组成员的行为状态来确定机组成员是否丧失能力。

在某些方面，感知系统可以被配置为使用眼睛跟踪技术来计算机组成员的凝视点，其中机组健康监测系统可以被配置为至少部分基于机组成员的凝视点而确定机组成员是否丧失能力。

在某些方面，机组自动化系统可以被配置为当确定机组成员丧失能力时执行自动着陆过程以使飞行器着陆。

在某些方面，致动系统可以包括限定Y轴和X轴的XY绘图仪、用于接合至少一个飞行器辅助飞行控件的工具、以及用于沿Y轴和X轴移动工具的控制系统。

在某些方面，人机界面可以被配置为在自动着陆过程期间以任务列表的形式经由触摸屏显示器显示多个任务，其中多个任务中的每个任务在自动着陆过程期间至少部分基于经由触摸屏显示器的飞行员输入或者机组自动化系统的操作可以被标记为完成或未完成。

在某些方面，飞行器状态监测系统可以是用于视觉监测飞行器的一个或多个驾驶舱仪表以生成飞行状况数据的感知系统。

本发明的实施例涉及用于飞行器中的机组自动化系统，该机组自动化系统可以包括核心平台；人机界面，其与核心平台可操作地耦连以提供机组成员与机组自动化系统之间的界面；机组健康监测系统，其与核心平台可操作地耦连以监测机组成员的一个或多个健康参数；飞行器状态监测系统，其与核心平台耦连以确定飞行状况数据；以及致动系统，其与核心平台可操作地耦连以基于响应于来自核心平台的命令而致动飞行器的一个或多个飞行控件。人机界面可以被配置为显示机组成员的一个或多个健康参数。机组健康监测系统可以被配置为监测多个机组成员的一个或多个健康参数，其中人机界面被配置为显示多个机组成员中的每个机组成员的一个或多个健康参数。一个或多个健康参数可以包括机组成员的生理状态和行为状态。机组自动化系统可以被配置为与具有自动着陆基础设施的飞行器耦连以控制飞行器的主要飞行控件。机组自动化系统可以被配置为执行自动着陆过程以使飞行器着陆。致动系统可以被配置为在自动着陆过程期间控制飞行器的辅助飞行控件。自动着陆过程可以在机组成员丧失能力时启动。至少部分基于一个或多个健康参数可以确定机组成员的丧失能力。机组健康监测系统使用与机组成员相关联的一个或多个生命传感器收集机组成员的一个或多个健康参数。一个或多个生命传感器可以是可穿戴传感器。机组健康监测系统可以与一个或多个生命传感器中的每个传感器无线通信。飞行器状态监测系统可以包括用于视觉监测机组成员的感知系统，其中机组健康监测系统使用感知系统确定机组成员的行为状态。机组健康监测系统可以被配置为至少部分基于机组成员的行为状态来确定机组成员是否丧失能力。感知系统可以被配置为使用眼睛跟踪技术来计算机组成员的凝视点，其中机组健康监测系统被配置为至少部分基于机组成员的凝视点来确定机组成员是否丧失能力。机组自动化系统可以被配置为当确定机组成员丧失能力时执行自动着陆过程以使飞行器着陆。致动系统可以被配置为在自动着陆过程期间控制飞行器的辅助飞行控件。致动系统可以包括限定Y轴和X轴的XY绘图仪、用于接合至少一个飞行器的辅助飞行控件的工具、以及用于沿Y轴和X轴移动工具的控制系统。人机界面可以被配置为在自动着陆过程期间以任务列表的形式经由触摸屏显示器显示多个任务，其中多个任务中的每个任务在自动着陆过程期间至少部分基于经由触摸屏显示器的飞行员输入或者机组自动化系统的操作被标记为完成或未完成。飞行器状态监测系统可以是用于视觉监测飞行器的一个或多个驾驶舱仪表以生成飞行状况数据的感知系统。

附图说明

参考以下说明书和附图可以容易地理解本公开的这些和其他优点，在附图中：

图1a示出了一种示例性机组自动化系统的框图。

图1b示出了图1a的子系统之间的示例信息数据流。

图1c示出了一种示例性核心平台的框图。

图2示出了一种示例性核心平台结构的图示。

图3a示出了说明路线应用的第一示例性人机界面。

图3b示出了说明过程清单和飞行器健康警报屏的第二示例性人机界面。

图3c示出了说明飞行员健康警报屏的第三示例性人机界面。

图4示出了一种示例性感知系统的框图。

图5a和图5b示出了一种示例性主要致动系统。

图5c示出了一种示例性辅助致动系统。

图6示出了一种示例性机组健康监测系统。

图7示出了一种示例性紧急降落过程。

图8示出了一种示例性自动着陆过程。

具体实施方式

下面参考附图描述本公开的优选实施例。在下面的描述中，公知的功能或结构未被详细描述，因为它们可能会在一些不必要的细节上模糊本公开。对于本公开，将应用以下术语和定义。

如本文所使用的，术语“电路”和“电路系统”指的是物理电子组件(即硬件)以及可以配置硬件、由硬件执行和或者以其他方式与硬件相关联的任何软件和/或固件(“代码”)。例如，如本文所使用的，当执行一行或多行代码中的第一组时，特定处理器和存储器可以包括第一“电路”，而当执行一行或多行代码中的第二组时，特定处理器和存储器可以包括第二“电路”。

如本文所使用的，“和/或”意指通过“和/或”连接的列表中的任何一个或多个项目。作为示例，“x和/或y”意指三元素集合{(x),(y),(x,y)}中的任何元素。换句话说，“x和/或y”意指“x和y中的一个或两个”。如另一个示例，“x，y和/或z”意指七元素集合{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中的任何元素。换句话说，“x，y和/或z”意指“x，y和z中的一个或多个”。如本文所使用的，术语“示例的”意指作为非限制性示例、实例或说明。如本文所使用的，术语“例如”和“诸如”列出一个或多个非限制性示例、实例或说明的列表。

如本文所描述的，词语“大约”和“近似”被用于修改或描述值(或值的范围)时意指合理地接近那个值或值的范围。因此，本文所描述的实施例不仅限于所列举的值和值的范围，而是应该包括合理可行的偏差。如本文所使用的，每当电路系统或设备包括必要的硬件和代码(如有需要)以执行功能时，电路系统或设备是“可操作的”以执行该功能，不论功能的性能是否被停用、或未被启用(例如，通过用户可配置的设置、工厂修剪等)。

如本文所描述的，术语“飞机”和“飞行器”指的是能够飞行的机器，包括但不限于传统跑道和垂直起降(“VTOL”)飞行器。VTOL飞行器可以包括固定翼飞行器(例如，鹞式喷气式飞行器)，旋翼飞行器(例如直升机)和/或倾斜旋翼/倾斜翼飞行器。

如本文所描述的，术语“通信”和“通讯”指的是(1)将数据从源传送或以其他方式传输到目的地，和/或(2)将数据传送到通信介质、系统、信道、网络、设备、电线、电缆、光纤、电路和/或链路以被传输到目的地。本文所使用的术语“数据库”意指相关数据的组织体，而不论数据或其组织体被表现的方式。例如，相关数据的组织体可以是以下一种或多种形式：表格、地图、网格、数据包、数据报、框架、文件、电子邮件、消息、文档、报告、列表或以任何其他形式呈现的数据。

本文公开了一种系统，其配置为尤其用于飞行员的助理(或副飞行员)或飞行工程师。这样的机组自动化系统可以被配置为从起飞到着陆操作飞行器，在正确的飞行阶段自动执行必要的飞行和飞行计划活动、清单和过程，同时检测突发事件或紧急情况并且对其作出响应。同时，飞行员(例如，人类飞行员或操作员)可以通过与机组自动化系统可操作耦连的直观的人机界面连续地被通知。也就是说，机组自动化系统可以向飞行员提供实时的信息和/或反馈。例如，机组自动化系统可以指示飞行器关于正在完成的过程的状态。如果需要，机组自动化系统可以被配置为通过机器人致动器收回飞行器的控制。

这样做，飞行员能够执行最适合人类的任务，诸如高级决策制定和飞行计划规划。然而，最适合自动化的任务可以由机组自动化系统处理，例如包括操纵控件、执行清单、监测飞行器发动机和性能数据以及监测机组成员健康和注意力。另外，机组自动化系统可以具有访问目前无法提供给飞行员或仅来自经验的外部信息的能力，诸如特定飞行器的通常系统故障或空中交通控制通常如何在特定机场路线通行。机组自动化系统可以被配置为作为助理或作为主飞行员(即，机长)来操作，从而，如果这样配置，则完全避免了对人类操作员的需求。可替换地，机组自动化系统可以用于向飞行员提供持续的飞行器状态监测和信息增加，而不需要实际控制飞行器。例如，机组自动化系统可以作为飞行员的“第二组眼睛”，以监测清单、仪表、发动机状态、空域、飞行状态等。机组自动化系统可以在紧急状况的情况下进一步执行或监督飞行器的自动降落和着陆过程。

现有机器人自动驾驶仪和飞行员辅助系统对飞行器具有侵入性，需要大量的安装专业知识并且是飞行器专用的，与此不同的是，根据本公开的一方面的机组自动化系统采用系统架构和能够快速非侵入式安装的知识获取系统，这促进广泛使用并且能够使机组自动化系统快速适用于各种飞行器。此外，与现有机器人自动驾驶仪的情况一样，机组自动化系统的数据收集和感知系统不限于GPS、加速度、取向和航向。实际上，机组自动化系统超出了现有数据收集和感知系统的能力，通过使用两种独立传感器、仪表图像数据采集(例如，温度、高度、雷达、襟翼角度等)并且测量、检测或以其他方式接收飞行员输入或参数来更好地捕获飞行器性能。另外，机组自动化系统的核心平台以及主要和辅助飞行控制致动系统的设计可实现各种飞行器之间的移植性。因此，与现有机器人自动驾驶仪或飞行员辅助系统不同，机组自动化系统可以临时安装并且便捷地在飞行器间转移，无需对飞行器进行侵入式修改。机组自动化系统通过其模块化设计进一步减少了设计单点解决方案的可能性，随着飞行器的发展单点解决方案已经过时。

机组自动化系统的子系统的组合向飞行员提供飞行器的物理状态的高保真知识，并且基于例如预测模型通知飞行员期望状态中的任何偏差。这种状态意识可以直接转化为对飞行员有用的信息，诸如发展为紧急情况的警报、燃料状态计算、结冰条件的通知等。例如，机组自动化系统也可以用作自动飞行工程师，从而通过监测清单、仪表、发动机状态、空域、飞行状态等来建议飞行员。机组自动化系统的子系统的组合也可以向飞行员或其他机组成员提供飞行员的身体状态的高保真知识，并且基于例如实际测量和/或预测模型通知飞行员任何健康警报。

这种可以非侵入式地安装在先前存在飞行器中的飞行器上的机组自动化系统视觉感知飞行器和飞行员的状态，并且经由其他传感器感知飞行器和飞行员的状态，得到飞行器状态矢量和其他飞行器或飞行员信息，并且将与期望飞行器状态的任何偏差传递给飞行员或机场控制塔。虽然机组自动化系统可以是非侵入式地安装(例如，经由感知系统)，但是它也可以可替换地是侵入式的。例如，机组自动化系统可以经由例如飞行器状态监测系统与驾驶舱仪表板电子耦连(例如，经由仪表板的背面)。可替换地，机组自动化系统可以在飞行器制造期间集成并永久安装。结合致动系统，机组自动化系统可以进一步控制飞行器并且通过控制其主要和/或辅助控件来自主导航飞行器。

系统级架构。为了分担与飞行活动的执行相关的职责和工作负荷，机组自动化系统100应该能够执行飞行员通过着陆飞行的持续时间中常规执行的动作，而不论飞行器品牌、型号或类型。图1a至图1c示出根据一个方面的机组自动化系统100的示例系统架构。如图1a所示，核心平台102可以作为经由一个或多个接口连接其他子系统的中央子系统来操作。子系统可以使用有线和/或无线通信协议和硬件通过软件和/或硬件接口156彼此通信。图1b示出各种子系统之间的示例信息流(例如，数据)。

机组自动化系统100可以包括核心平台102，该核心平台102与诸如下面所列出的多个子系统可操作地耦连。机组自动化系统100的多个子系统中的每个子系统可以是模块化的，使得整个机组自动化系统100可以被断开并且基本上快速移植到另一架飞行器。例如，各种子系统可以使用一个或多个软件和/或硬件接口156经由核心平台102可移动地并且可通信地与彼此耦连。然而，在某些方面，机组自动化系统100或者可替换地与飞行器系统集成，从而直接使用飞行器中的所有传感器和指示器。例如，机组自动化系统100或其组件可以在飞行器的设计和制造期间集成到飞行器中。

多个子系统可以包括例如：感知系统106、致动系统108、人机界面(“HMI”)系统104、飞行控制系统116和机组健康监测(“AHM”)系统160，这些系统中的每个系统可以与核心平台102可操作地耦连。在某些方面，感知系统106的需求可以经由另一个飞行器状态监测系统的使用被减轻或消除。例如，机组自动化系统100可以与仪表板耦连(例如，通信地或电子地)，或者以其他方式与飞行器或飞行器的系统集成。然而，正如所预期的那样，这种集成对飞行器是侵入式的，因为这需要对飞行器或飞行器的布线进行一定程度的修改。机组自动化系统100和/或核心平台102还可以包括(或可操作地耦连到)知识获取系统114和通信系统122。该模块化配置还能够使操作员移除/停用不必要的系统或模块，或者添加/安装其他系统或模块。例如，当机组自动化系统100被配置为仅通过HMI系统104向飞行员提供信息(即，没有控制飞行器的能力)时，致动系统108可以被移除或停用以减少重量、成本和/或功耗。因此，基于配置，机组自动化系统100可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下被配置为具有更少的或附加的模块、组件或系统。

在操作中，飞行控制系统116基于来自另一个子系统(例如，感知系统106或机组健康监测系统160)的信息数据得到飞行员和飞行器状态，并且指导另一个子系统(例如，致动系统108)以一种方式操作(例如，动态地–实时地或接近实时地)以保持飞行器稳定性。例如，飞行控制系统116可以从核心平台102接收交通工具模式命令和配置数据，同时向核心平台102发送由飞行控制系统116生成的状态和命令信息。实际上，核心平台可以被配置为至少部分基于飞行状况数据将一个或多个命令传送到飞行器的飞行控制系统116，飞行状况数据可以从飞行器状态监测系统112、感知系统106或它们的组合中获取。

飞行控制系统116可以包括(或与之通信)诸如在固定翼飞行器和旋翼飞行器中使用的现有飞行控制设备或系统。通信系统122能够使机组自动化系统100经由例如网络与其他设备(包括远程或远距离设备)通信。通信系统122可以接收来自核心平台102的通信命令和配置数据，同时向核心平台102发送来自通信系统122的状态和响应信息。

核心平台102。图2示出了示例性核心平台102的架构图。为了能够实现未知交通工具(vehicle-agnostic)的机组自动化系统100，核心平台102可以提供或以其他方式用作中间件，该中间件可以通过初始转换和设置阶段针对特定飞行器或配置具体制定。换句话说，任务控制系统110可以提供向一组操作应用程序202提供服务的操作系统206并且向一组硬件接口204中的一个或多个硬件接口或者HMI系统104输出信号，同时收集和记录启用这些应用程序所必要的数据。

核心平台102用作主要自主代理和决策者，其将来自感知系统106和HMI系统104的输入与其所获取的知识库合成以确定整个系统状态。核心平台102可以使用处理器来处理来自各种传感器套件或子系统的输入，并且将得到的信息聚合为对当前飞行器状态的理解。所得到的信息可以与飞行器专用文件进行比较，该飞行器专用文件包括机组自动化系统100对飞行员意图的理解、系统健康以及与机组自动化系统100的状态估计有关的合适的飞行器过程的理解。所得到的状态知识和相关建议可以经由HMI系统104传递给人类飞行员，或者在某些方面传递给飞行控制系统116和/或致动系统108以实现自主操作。机组自动化系统100可以进一步生成给定飞行的日志以便以后分析，给定飞行的日志可以用于促进能够提供详细的训练和操作飞行汇报的飞行员训练。这些日志可连同例如飞行操作质量保证分析、维护分析等一起使用。

如图所示，核心平台102可以包括任务控制系统110和飞行控制器118，其中每一个被配置为经由一个或多个软件和/或硬件接口156互相通信并和其他子系统通信，该接口可以是硬件(例如，永久的或可拆卸的连接器)和软件的组合。核心平台102可以存储跟踪飞行器和过程状态的各种软件过程，也可以存储用于趋势分析(预测警告)和机器学习例程的任何模块。在某些方面，机组自动化系统100和/或核心平台102可以使用有助于机组自动化系统100内的子系统的硬件组件的发现的计算机总线和规格(例如，作为接口)，而不需要物理设备配置或用户干预来解决资源冲突。这样的配置可以称为“即插即用”。因此，用户可以通过核心平台102向机组自动化系统100便捷地添加或移除系统或子系统(例如，作为模块)，而不需要实质修改或集成工作。

核心平台102输出端可以被用于向HMI系统104提供消息。这些消息可以指示例如清单进程、发生的意外事故、警告提出、机组(例如，飞行员)健康状态等。核心平台102也可以包含飞行数据记录器，例如来提供性能查阅能力并且提供针对飞行中重置的鲁棒性。硬件和各种计算机也可被加固并且和其他设备(诸如感知计算机)共享外壳。例如，硬件和各种计算机可以使用改进的布线/连接器被加固以防止短路和/或功率或信息损失、热管理、更强的机械结构、冗余组件等等，使得硬件和软件能够适应飞行器的环境状况(例如，振动、温度、压力等)。如下所述，核心平台102可以与全球定位系统(“GPS”)/惯性导航系统(“INS”)154以及电源管理系统(例如，28VDC电源)可操作地耦连。核心平台102也可以包含飞行数据记录器，例如来提供性能查阅能力并且提供针对飞行中重置的鲁棒性。

任务控制系统110通常包括任务管理器132、标准接口130(例如，STANAG接口)、状态意识管理器158和其他操作组件120(例如，硬件和软件控制器和/或接口)，其中每个经由一个或多个数据总线124互相通信地耦连。其他操作组件120可以包括例如致动管理器操作组件、过程管理器操作组件、飞行器状态操作组件、HMI操作组件、交通工具系统操作组件、趋势识别操作组件和机组健康操作组件。核心平台102的开放式架构允许经由数据总线124从系统接收的附加数据的并入。在某些方面，任务控制系统110可以经由交通工具系统接口与飞行器的一个或多个驾驶舱仪表耦连以收集飞行状况数据。在其他方面，任务控制系统110可以经由飞行器状态监测系统112通过飞行器状态接口收集飞行状况数据，飞行器状态监测系统112可以通过与飞行器和/或感知系统106直接连接而收集或生成飞行状况数据。

如图所示，任务控制系统110可以与辅助致动系统108b(例如，当期望自主操作时)、感知系统106以及HMI系统104可操作地耦连，HMI系统104包括人机界面126(例如，传递来自飞行员的输入和显示到飞行员的信息的软件和/或硬件)和地面站128。任务控制系统110可以经由任务管理器132与飞行控制器118通信。

飞行控制器118可以包括例如自动驾驶仪管理器134和交通工具管理器136。交通工具管理器136通常可以负责导航和确定飞行器的位置和状态。交通工具管理器136可以与状态估计模块142耦连，该状态估计模块142使用经由感知模块138从感知系统106接收的信息和经由导航模块140从GPS/INS系统154接收的信息确定飞行器的估计状态。

自动驾驶仪管理器134通常可以负责基于例如从交通工具控制器136和任务控制系统110接收的信息来控制飞行器的飞行。自动驾驶仪管理器134尤其控制可以是新的或先前存在的飞行控制系统152(并且包括飞行控制器150)，以及机组自动化致动模块144和飞行器致动模块146。机组自动化致动模块144可以控制主要致动系统108a，同时飞行器致动模块146可以控制飞行器控件148(例如，各种飞行表面和致动器)。

在某些方面，飞行控制器118的组件可以与飞行控制系统116的某些组件重叠。例如，在某些方面(例如，在不期望冗余和非入侵式集成是可能的情况下)，核心平台102可以利用某些现有的飞行器的软件和/或硬件，从而避免对诸如某些飞行控制器118组件和/或GPS/INS系统154的额外硬件的需求。

开放式架构。核心平台102用作机组自动化系统100的中央子系统或接口，在开放式架构中连接和控制剩余的子系统(例如，作为独立的应用程序)。剩余的子系统包括例如飞行控制系统116(包括任何飞行计划能力)、HMI系统104、致动系统108(例如，主要和辅助致动系统以在需要时提供自主操作)、感知系统106、知识获取系统114和其他子系统236(诸如机组健康监测系统160)。因此，其他机组自动化系统100的硬件的控制可以经由专用于特定硬件块的分离的应用程序来提供，这使得新系统或其他外部飞行计划支撑技术能够快速集成。

核心平台102的架构在过渡到新飞行器或结合新的飞行计划特征/能力时实现了快速的可移植性和可扩展性。因此，可以使用应用程序以使机组自动化系统100能够获取飞行器的具体信息或其他需要的信息或者提供新的能力。例如，转换和设置可以通过在核心平台102或其他子系统中运行的独立应用程序来处理，表示飞行器专用功能以及不断增长的机组自动化系统100的能力库，这可以根据飞行计划、飞行器或机组成员要求进行变换。在某些方面，转换过程可以由机组自动化系统100外部的软件应用程序(诸如过程编辑器)来支持。

飞行器数据结构208。操作系统206作为中间件操作，并且与操作应用程序202、硬件接口204和其他子系统(诸如知识获取系统114)互相连接。操作系统206可以使用飞行器数据结构208，飞行器数据结构208可以包括知识数据库210、过程数据库212和状态数据库214。

飞行器数据结构208通过启用核心平台102促进未知交通工具机组自动化系统100来全面理解飞行器的系统、它们的配置、以及维持安全操作所必需的过程和所有其他知识，以及该飞行器的合格飞行员被期望具备的专业知识。核心平台102也可以全面理解机组健康。飞行器数据结构208也可以由知识获取系统114填充(下面讨论)，知识获取系统114包含关于飞行器当前正在操作的必要信息(例如，飞行控制模型、操作过程、飞行器系统等)、从内部状态传感器接收的数据、以及其他子系统或传感器。

飞行器数据结构208可以在知识获取阶段期间(例如，初始设置期间)被填充并被调节到具体飞行器，使得飞行器数据结构包含操作飞行器所必需的所有信息。例如，当转换到新飞行器时，知识获取系统114可以执行预定义的活动，以便确定飞行器的布局(例如，诸如驾驶舱仪表的控制器/读出器的布局)、性能参数和其他特征。预定义的活动可以包括例如：(1)生成飞行器系统模型，其向机组自动化系统100通知关于哪些系统在飞行器上以及它们如何配置，致动极限等；(2)过程编码，其向机组自动化系统100通知在正常或非正常状况下如何操作飞行器，还包括编制清单；(3)空气动力学模型，其向机组自动化系统100通知如何飞行飞行器以及对于哪些飞行器配置期望什么性能；以及(4)关于任务操作的信息。

核心平台102可以将该信息与来自一组内部状态传感器的数据相结合，这也提高了冗余性和系统鲁棒性，从而允许机组自动化系统100生成飞行器状态和系统状态的高度精确的估计，并且识别与预期行为的偏差。在飞行操作期间，数据结构利用由机组自动化系统100、感知系统106、HMI系统104以及机组自动化系统100内部状态感测等等收集的实时数据而被动态更新。一旦用于给定飞行器的飞行器数据结构208被填充，飞行器数据结构208可以随后被保持在飞行器库中并且用于机组自动化系统100可用的相同品牌和型号的所有其他飞行器。随着机组自动化系统100生成和/或收集附加数据，飞行器数据结构208可以被进一步细化。

操作应用程序202。核心平台102可以向机组自动化系统100提供多个操作应用程序202。这些操作应用程序202的示例可以包括但不限于正常飞行操作应用程序216、异常检测应用程序218、应急操作应用程序220、智能、监视和侦察(“ISR”)应用程序222(例如，ISR轨道)、趋势识别应用程序238或者其他飞行计划专用活动应用程序224(诸如空中加注燃料应用程序316)。

正常飞行操作应用程序216使得机组自动化系统100能够在假定没有意外的情况下飞行从起飞到着陆的预定的飞行计划。正常飞行操作应用程序216专用于正常飞行活动的连续执行，如特定飞行阶段所需要的。由于诸如天气、空中交通控制命令、空中交通等的意外干扰，预定飞行计划可以在飞行中被修改。

异常检测应用程序218利用机器学习技术来监测飞行器状态、集群并分类传感器输入，以便检测非正常状况的存在并且识别是否已经发生意外事故。异常检测应用程序218被配置为将感测到的状态与用于具体飞行器(例如，从未超过预定空速、发动机温度等)的操作文档中定义的一组阈值进行比较。异常检测应用程序218也可以将感测到的状态与机组自动化系统100可用的附加信息进行比较，并且响应于满足预定的或动态确定的阈值(例如，警告阈值等)生成警报或其他消息。

在意外事故情况下，应急操作应用程序220执行由应急应用程序220指定的必要的预定清单、过程和动作，以便保持飞行器的安全操作或安全转移航班。显著地，如果观察到期望性能出现偏差，飞行员可以被警告非正常情况，从而减轻或避免潜在的错误。如果飞行器易受到特定操作错误(例如，飞行员引起的振荡)的影响，机组自动化系统100可以识别并减轻这些事件。如果检测到异常，则应急操作应用程序220经由HMI系统104通知飞行员并与之交互，并且最终执行必要的(一个或多个)过程以对异常做出响应。最后，ISR应用程序222和其他飞行计划专用活动应用程序224可以提供指令、算法或信息以执行与任务相关的操作。

趋势识别应用程序238提供基于例如知识获取系统114使用机器学习开发的趋势分析。在某些方面，趋势识别应用程序238可以提供数据，或以其他方式触发异常检测应用程序218。例如，如果趋势识别应用程序238检测到不期望的趋势，则该趋势可以被标记为异常并且被报告给异常检测应用程序218。

硬件接口204。与操作应用程序202有关的各种信息经由例如主要致动接口226、辅助致动接口228、飞行器状态接口230、HMI接口232和其他接口234在主要致动系统108a、辅助致动系统108b、感知系统106、飞行器状态监测系统112、HMI系统104和其他子系统236之间通信。

人机界面(HMI)系统104。HMI系统104为飞行员(例如，人类飞行员，在飞行器上或远程)提供控制和通信接口。HMI系统104可配置操作为能够使飞行员指导机组自动化系统100的飞行计划管理器。HMI系统104可以组合玻璃驾驶舱、无人驾驶飞行器(“UAV”)地面站和电子飞行袋(EFB)以实现飞行员和机组自动化系统100之间的有效、高效和容忍延迟的通信。一般而言，EFB是电子信息管理设备，其允许飞行机组执行通常使用纸张参考完成的各种功能。HMI系统104可以包括可基于触摸屏图形用户界面(“GUI”)和/或语音识别系统的人机界面126。人机界面126可以使用例如平板计算机、膝上型计算机、智能电话、头戴式显示器或其组合。根据飞行员的偏好，人机界面126可以被固定在飞行员附近(例如，在轭上-就像通常的清单一样，或者在膝带上)。人机界面126可以可拆卸地耦连到驾驶舱，或者在某些方面，使用驾驶舱内的集成的显示器(例如，现有的显示器)。

图3a示出了具有单屏触摸界面和语音识别系统的示例性人机界面126。HMI系统104用作飞行员与机组自动化系统100之间的主要通信通道，使飞行员能够向机组自动化系统100命令任务并且自机组自动化系统100接收反馈或指令，改变飞行员与机组自动化系统100之间的任务分配，并且选择机组自动化系统100当前启用哪些操作应用程序202。

如图1b所示，例如，HMI系统104可以经由核心平台102从子系统接收状态信息，同时向核心平台102发送由HMI系统104生成的或由飞行员输入的模式命令。飞行员可以是远程的(例如，在地面或在另一架飞行器上)或者是机载的(即，在飞行器上)。因此，在某些方面，HMI系统104可以经由通信系统122通过网络被远程协助。

人机界面126。如图3a和图3b所示，人机界面126可以采用基于GUI的平板和实现声音通信的语音识别界面。人机界面126的目标是能够使飞行员以飞行员与人类飞行工程师或副飞行员交互的方式类似的方式与核心平台102的知识库交互。

人机界面126可以经由显示设备(例如，液晶显示器(LCD))显示机组自动化系统100的当前状态(其当前设置和责任)，以及当前安装了哪些操作应用程序202，哪些操作应用程序正在运行，并且如果它们处于活跃状态，则操作应用程序202正在执行哪些动作。人机界面126的GUI显示器也可以是兼容的夜视护目镜(goggle)，以使其可见而不论飞行员的眼镜如何。语音识别系统可以被用于当通过清单运行并且在飞行甲板上进行通信时复制由人类机组使用的相同类型的语言通信。在某些方面，语音识别可以限于飞行员团队使用的编码通信的相同标准，以最小化系统无法识别命令或更改为不适当的操作模式的可能性。语音识别系统可以被配置为通过语音训练协议学习/识别给定飞行员的语音。例如，飞行员可以说出预定的脚本，使得语音识别系统可以用飞行员的方言进行训练。

人机界面126可以传递各种操作的状态和/或细节，包括经由机组自动化状态应用程序302的整个机组自动化系统100，经由感知状态应用程序304的感知系统106，经由自动驾驶仪状态应用程序306(在适用的情况下)的自动驾驶仪，经由GPS状态应用程序308的GPS/INS系统154，经由机组健康应用程序336的机组健康监测系统160，以及任何其他应用程序或系统状态信息310。人机界面126的显示可以由飞行员定制。例如，飞行员可能希望添加、重组或移除某些显示图标和/或操作应用程序202，这可以通过选择或拖拽操纵或通过机组自动化设置应用程序312来完成。人机界面126可以进一步通知飞行员关于飞行器的运行状态并且向飞行员提供指示或建议。

如图所示，人机界面126可以向工具栏提供各种可选标签，诸如航线标签328、过程标签330、校准标签332和应用标签334。例如，当飞行员选择应用标签334时，人机界面126可以显示安装在机组自动化系统100(例如，核心平台102)上的各种操作应用程序202，包括例如正常飞行操作应用程序216、应急操作应用程序220、机组自动化设置应用程序312、仪表应用程序314和空中加注燃料应用程序316。

选择机组自动化设置应用程序312能够使飞行员改变、重新分配或以其他方式编辑机组自动化系统100的设置和/或安装操作应用程序202。选择仪表应用程序314可以使人机界面126显示飞行器的各种操作状况，包括例如位置、方向、速度、高度、俯仰、偏航等。飞行器的各种操作状况可以从感知系统106或另一传感器收集，可以被显示为字母数字字符或图形拨号(例如，根据飞行员的偏好设置)。最后，选择空中加注燃料应用程序316图标可以使机组自动化系统100执行用于促进或协调半空中加注燃料操作的预定协议。例如，当选择空中重新加注燃料应用程序316时，机组自动化系统可以与另一架飞行器协调以便于重新加注燃料并执行针对相同操作所必要的清单(例如，确保飞行器位置、空速、燃料舱口打开等)。可以包括使机组自动化系统能够执行任务操作的额外的任务应用程序。

当飞行员选择航线标签328时，人机界面126可以显示带有图标322的区域地图326，图标322表示飞行器沿飞行路径相对于其各个航路点320的当前方位。选择(例如，轻敲、点击等)图标322可以引发显示提供飞行器的各种操作状况的对话窗口324。可以使用地图控制窗口318保存、导出、旋转或平移区域地图326。区域地图326可以作为静态图像或数据集(或数据库)被保存或被导出(例如，经由通信系统122)。当飞行员选择校准标签332时，人机界面126可以显示飞行器的校准，由此飞行员可以进一步被赋予权利以修正飞行器的校准。

HMI系统104可以提供直观的显示和界面，其包括来自核心平台102的清单核实和健康警报，以及飞行器状态(例如，燃料消耗和预测的剩余航程)的预测，以及故障预测和偏差警报(例如，“左引擎EGT高于正常5度并且正上升”)。因此，当飞行员选择过程标签330时，如图3b所示，飞行员可以查阅和监测清单项目，以及查阅任何健康警报。事实上，HMI系统104的功能是促进清单监测和/或执行，当感知系统106感知到项目完成时将项目标记为完成，并且当项目未完成时基于例如从飞行员的操作手册(POH)之前导入的信息向飞行员提供警告。机组自动化系统100还监测系统健康，将当前系统状态与基于POH和其他知识源的预期系统状态进行比较，并且引导对意外事故的适当响应。在某些方面，飞行员或核心平台102可以在清单动作被执行时确认清单动作，并且HMI系统104适当地自动进行到正确的清单。HMI系统104可以给出视觉和听觉警报以引导飞行员的注意力到未被注意的清单项目、正在显示超出正常范围值的仪表或者飞行器进行通过飞行计划时的预测事件，这些预测事件可以作为一系列航路点(例如)被输入。例如，如图所示，可以在指示任务是否已经完成、任务是否正在完成或需要完成的指示器的旁边提供任务列表(例如，包括完成的“检查标记”图标、“正在进行中”图标和“待完成”图标)。类似地，可以提供健康危害列表，以及指示超出范围的一个或多个操作状况的一个或相应图标。例如，如果燃料低，则可以在低燃料图标旁边提供低燃料指示器。

机组健康监测。选择机组健康应用程序336图标使机组自动化系统100显示来自机组健康监测系统160的机组健康概览显示338，机组健康概览显示338具有机组成员(例如，飞行员，无论是主飞行员/机长、副飞行员等)的一个或多个生理状态和/或行为状态。关于机组健康概览显示338的信息可以动态地(例如，实时地或接近实时地)提供。根据显示器的大小，可以提供可选箭头340(例如，显示器上的GUI图标)以使操作员能够翻页或滚动经过可用机组成员。然而，默认设置可以显示最重要的飞行机组成员，诸如机长和副飞行员。

一种或多种生理状态可以包括心脏参数(例如，心冲击图、心率、每分钟心跳次数(bpm)等)，血液动力学参数(例如血压和血流量)以及从机组健康监测系统160获得的其他生命体征(诸如，呼吸参数、神经学参数和体温等)。一种或多种行为状态可以包括机组成员的焦点、语音质量、响应性(例如，基于与HMI系统104交互的及时性)以及其他行为状态(诸如，身体姿势、眼睛凝视等)。在某些方面，机组健康概览显示338可以针对每个监测的机组成员显示健康分数(例如，作为百分比)。

健康分数可以基于机组成员的一个或多个生理状态和/或行为状态来计算以提供风险的指示。例如，100％健康分数可以指示丧失能力(例如，昏厥、入睡、死亡)的最小风险，而在75％-99％之间的分数可以指示轻微的丧失能力的风险，在50％-74％之间的分数可以指示中等程度的丧失能力的风险，并且低于50％的分数指示丧失能力的高风险。代替百分比的是，可以使用其他尺度(例如，按字母顺序排列，诸如A+、A、A-、B+等)、图标或颜色(例如，绿色、黄色、红色)来指示健康分数。在某些方面，飞行员健康应用程序336可以在起动飞行或任务计划时自动开展以监测(经由机组健康监测系统160)并且显示(经由HMI系统104)机组成员的健康信息。在飞行期间，操作员可以选择飞行员健康应用程序336图标以查看机组成员的动态的生理状态和/或行为状态。在某些方面，飞行员可能希望通过选择可选择的共享图标342(例如，显示器上的GUI图标)将机组成员的生理状态和/或行为状态传递给飞行器控制塔，从而保持飞行器控制塔被告知例如飞行员的健康和/或状况。

任务分配。HMI系统104可以使飞行员能够限制由机组自动化系统100执行的活动(如果有的话)。HMI系统104可以限定飞行员和机组自动化系统100之间的任务的分配，他们的职责以及两者之间信息的通信，从而起到飞行员的协作队友的作用。因此，根据配置，机组自动化系统100可以以如下角色操作：以纯咨询角色(即，对飞行器没有任何控制)，完全自主角色(即，在没有飞行员干预的情况下控制飞行控件)或有能力控制飞行控制器的咨询角色。HMI系统104可以进一步被设计成使飞行员能够经历过渡阶段，其中飞行员指定机组自动化系统100负责的飞行操作的方面。例如，HMI系统104可以显示任务列表，其中飞行员可以选择机组自动化系统100或飞行员是否负责列表上给定的任务。任务列表可以从下面描述的过程编辑器提供给HMI系统104。一旦飞行器数据结构208已经被填充和完善，使得飞行员更好地信任机组自动化系统100，飞行员可以允许机组自动化系统100执行额外的动作，将飞行员从主要模式转换到监督模式(即，完全自主角色)。在这种监督模式中，飞行员互动可以处于高的、基于目标的水平，其中HMI系统104支持这些任务并允许操作员洞察其他级别的故障检修。如上所述，在某些方面，飞行员可以执行所有任务，留下机组自动化系统100充当咨询角色。

模式察觉。当使用任何自动化系统时潜在风险是部分飞行员的模式混淆(例如，其中飞行员忽视某任务，相信自动化系统将处理该任务)。HMI系统104通过首先生成正确的功能以及在机组自动化系统100和飞行员之间的上述任务分配来避免这种模式混淆。实际上，HMI系统104允许飞行员经由人机界面126直接命令并配置机组自动化系统100，并且显示对于飞行员所必需的信息以理解机组自动化系统100正在采取的行动从而确保模式察觉。换句话说，模式察觉通常指的是系统的模式与操作员所期望的操作模式相匹配的状态。人机界面126可以显示确保飞行员总是知道机组自动化系统100正在操作的模式所必需的信息。另外，HMI系统104用作单独任务应用程序(例如，操作应用程序202)的人类接口。

飞行器状态监测系统112。飞行器状态监测系统112收集、确定或者以其他方式感知实时飞行器状态。如上所述，飞行器状态监测系统112可以尤其通过与飞行器的直接连接(例如，与飞行器集成或者以其他方式硬连线到飞行器)或者经由感知系统106来感知实时飞行器状态。当使用感知系统106时，飞行器状态监测系统112可以包括专用控制器(例如，处理器)或者共享感知系统106的控制器402。例如，感知系统106可以采用视觉系统、听觉系统和识别算法的组合以读取或理解由驾驶舱仪表显示的飞行状况信息。示例性驾驶舱仪表包括例如高度计、空速指示器、垂直速度指示器、一个或多个指南针系统(例如，磁性指南针)、一个或多个陀螺仪系统(例如，姿态指示器、航向指示器、转向指示器)、一个或多个飞行指引系统、一个或多个导航系统(例如，甚高频全向范围(VOR)、无方向性无线电信标(NDB))、仪表着陆系统(例如，滑翔范围)等。感知系统106可以包括处理器和在仪表板上训练的一个或多个光学传感器(例如，三个或更多个轻量级机器视觉摄像机)以最大化像素密度、眩光鲁棒性和冗余度。一个或多个光学传感器可以经由例如以太网有线连接到感知计算机。一个或多个光学传感器应该被安装在仪表板的视线上，但不能妨碍飞行员。

由感知系统106感知的飞行状况数据可以被编码并且实时提供给核心平台102。核心平台102的开放式架构能够合并经由数据总线124接收的附加数据以增加由感知系统106生成的飞行状况数据。如图1b所示，例如，飞行器状态监测系统112和/或感知系统106可以接收来自核心平台102的命令和配置数据，同时向核心平台102发送由感知系统106收集的或以其他方式由飞行器状态监测系统112收集的状态和飞行状况信息(例如，飞行状况数据)。

图4示出了示例性感知系统106，其尤其与以下系统可操作地耦连：核心平台102(其耦连到诸如飞行控制系统116的其他子系统)、GPS/INS系统154、机组健康监测系统160以及任何其他输入系统412。感知系统106视觉上和/或听觉上尤其监测驾驶舱仪表以生成飞行状况数据，该数据可以被用于从驾驶舱布局导出飞行器状态，驾驶舱布局可以从基本模拟飞行器仪表变化到高度集成的玻璃驾驶舱航空电子设备套件。除了导出诸如空速和高度的物理状态，感知系统106也可以监测专用于飞行器系统的仪表(诸如燃料表和无线电)并且提供关于致动系统108的状态和定位的二次反馈。

如图所示，感知系统106可以包括与数据库404可操作地耦连的感知控制器402和多个传感器(诸如摄像机410(用于视觉系统))，麦克风408(用于听觉系统)和/或其他传感器406(例如，温度传感器、位置传感器、惯性传感器等)。例如，感知控制器402可以是处理器，该处理器被配置为基于从多个传感器、数据库404和外部组件(诸如GPS/INS系统154和其他输入系统412)接收的操纵信息和接收到的信息将飞行状况数据馈送到(或以其他方式指导)核心平台102。

视觉系统。感知系统106可以使用单眼或立体视觉系统，其可能包括移动捕获标记，通过读取驾驶舱仪表上显示的内容来连续监测飞行器的状态。在某些方面，通过比较关于来自两个有利点的场景的信息，可以通过检查两个面板中的对象的相对位置来提取3D信息。视觉系统可以用于精确监测仪表(例如，玻璃仪表、物理蒸汽仪表等)和开关，以及它们在各种照明条件和驾驶舱布局和尺寸中的位置。使用立体视觉系统和/或标记还提供感测以防止任何机器人组件和飞行员之间的冲突。

视觉系统可以采用一套高清立体相机和/或LIDAR激光扫描仪。该系统能够识别来自所有飞行仪表的数据并且导出显示飞行器专用系统的状态(例如，剩余燃料)的开关旋钮和仪表的状态。它也能够以足够的分辨率来识别面板的状态，以检测飞行员动作导致的微小变化。在感知系统106计算机上的机器视觉算法“读取”仪器(仪表、灯光、风校正角度面板、主飞行显示器的独立元件或玻璃驾驶舱中的多功能显示器)和机械项目(诸如节气门杆、修整设置、开关和断路器)以向核心平台102提供实时驾驶舱状态更新。

感知系统106能够从由基本模拟飞行器仪表变化到高集成的“玻璃驾驶舱”航空电子设备套件的驾驶舱布局导出飞行器状态。通过视觉系统，避免了数据从飞行器馈送的需求，从而允许/提高贯穿飞行器的可移植性。然而，在可能的情况下，机组自动化系统100也可以耦连到飞行器的数据馈送(例如，通过数据端口)。此外，使用针对核心平台102描述的应用方法，可以使用不同的基础操作应用程序202来解决和理解不同的驾驶舱布局。例如，机组自动化系统100可以使用仪表应用程序314来导出仪表上显示的值，该仪表可以是图形转盘(例如，模拟“蒸汽”仪表或其数字表示)或玻璃驾驶舱。这种方法还将使机组自动化系统100能够运行操作应用程序，该操作应用程序尤其监测驾驶舱中显示的天气雷达、交通显示器和地形地图。

为了使机组自动化系统100可移植(portable)，通过感知系统106设计来解决快速学习新驾驶舱布局并将仪表的方位和比例或单位的细微差别编成代码的过程。例如，在初始知识获取阶段期间，仪表和开关的方位和规模可以针对特定飞行器进行编码和验证，从而减少实时任务以提取图形表盘(圆形表盘)的位置或编号(玻璃驾驶舱)，无论是图形表盘仪表、CRT显示器、LCD等。驾驶舱仪表的分段平面结构使得感知系统106能够解析图像(例如，使用Homography方法)并且将其注册到初始知识获取阶段期间生成的预映射数据。因此，现场图像可以被注册并且与之前注释的模型进行比较，从而极大地简化了数据的解释。

致动系统108。当期望时，致动系统108执行经由核心平台102命令的动作以指导飞行器的飞行和整体操作。机组自动化系统100的致动系统108执行由核心平台102命令的动作以指导飞行器的飞行和整体操作，而不干扰飞行员执行的活动。如图1b所示，例如，致动系统108可以接收来自核心平台102的致动命令和配置数据，同时向核心平台102发送由致动系统108生成的状态和响应信息。

有人驾驶飞行器驾驶舱针对人可达包络(human reach envelope)被设计，并且因此所有驾驶舱控件都可以通过尺寸相当的机器人/机械操纵器达到。然而，在紧急操作所需的快速执行下，能够在高G和振动环境中的每一个可能的驾驶舱中致动每个单个开关、旋钮、杠杆和按钮的操纵器将是昂贵的、沉重的，并且比机组自动化系统100所期望的更具侵入性。

为了更有效地实现跨飞行器的移植性，机组自动化系统100可以将主要飞行控件(杆/轭、杆、侧杆或集体、方向舵踏板、制动器和节气门)的致动与辅助飞行控件(例如，开关、旋钮、摇杆、保险丝等)的致动分开。这种方法减少了设计单点解决方案的可能性，随着飞行器的发展单点解决方案已经过时。因此，机组自动化系统100可以使用主要致动系统108a和辅助致动系统108b来物理地控制驾驶舱中的致动器。更具体地，主要致动系统108a可以致动主要飞行控制设备，同时辅助致动系统108b可以致动辅助飞行控件，而不妨碍飞行员使用这些控件。主要致动系统108a和辅助致动系统108b被配置为在飞行操作期间共同致动当今飞行甲板上存在的所有标准控件。

如下面所讨论的，主要致动系统108a集中于致动主要飞行控件(杆/轭、杆、侧杆或集体、方向舵踏板、制动器和节气门)，同时辅助致动系统108b集中于致动不易被主要致动系统108a访问的控件，诸如辅助飞行控件(例如，开关、旋钮、摇杆、保险丝等)。

主要致动系统108a。主要致动系统108a关注安全操作飞行器所必需的一组控件。如图5a和图5b所示，主要致动系统108a包括具有关节臂502(例如，机器人附肢或“臂”)和杆/轭致动器510的框架516，该杆/轭致动器510致动主要飞行控件(轭、杆、侧杆或集合的、方向舵踏板、制动器和节气门)以及其他易于到达的控件。致动器可以是线性(直线)、旋转(圆形)或振动致动器中的一个或多个，其可以通过电气技术、气动技术和/或液压技术中的一种或多种来驱动。

框架516的尺寸和形状可以被设计成适合标准飞行器的座位。为此，框架516的占地面积应该与人类平均“就坐的”占地面积尺寸相同或小于人类平均“就坐的”占地面积。致动系统108可以使用轻量金属、金属合金和/或复合材料制造。

杆/轭致动器510。杆/轭致动器510可以使用杆/轭夹持器512耦连并接合飞行器的现有杆/轭514。杆/轭夹持器512的尺寸和形状可以被设计为使得它是通用的，并且可以接合各种形式的杆/轭和/或控制轮。杆/轭致动器510可以被配置为使杆/轭514向前、向后、向左、向右以及在其间的位置移动。杆/轭夹持器512可以进一步包括用于致动安置在杆/轭514上的按钮和/或开关的一个或多个致动器。

关节臂502。可以将致动器控制的关节臂502的尺寸、形状和构造设计成占据通常由副飞行员的手臂占据的空间，从而确保跨飞行器的移植性。为了实现在多自由度(“DOF”)移动中的移动，关节臂502可以包括使用多个铰接或枢转接头506结合的多个臂节段(不论线性、弯曲或成角度的)。关节臂502可以包括在其远端的夹持器504。夹持器504可以经由多DOF连接耦连到关节臂502。关节臂502的基部可以经由可移动基部508可旋转并且可滑动地耦连到框架516。例如，关节臂502可以与上基部508a耦连，上基部508a可滑动地与下基部508b耦连，下基部508b可以固定到框架516。上基部508a可以使用例如轨道和滚珠轴承的组合相对于下基部508b滑动。在某些方面，上基部508a可以沿X轴和Y轴相对于下基部508b滑动。

关节臂502可以为其每个自由度装配编码器(例如，18位单转旋转编码器)以确保关节臂502的精确定位。编码器可以被安装在马达处或者接头自身处(例如任何齿轮箱或其他联动装置的下游)。可以在每个铰接或枢转接头506处提供内部离合器，使得如果需要的话，关节臂502可以被飞行员压倒而不损坏关节臂502。在这种情况下，机组自动化系统100可以使用编码器确定关节臂502的位置或方位。

夹持器504可以被配置为耦连或以其他方式接合例如节气门操纵杆等。夹持器504还可以提供力和压力检测以允许机组自动化系统100估计飞行控件致动器如何被抓握并且调节运动以恰当操纵该飞行控件致动器。一旦执行运动，则可以使用相同的反馈来确定是否已经实现期望的开关配置。在某些方面，关节臂502可以装配有能够使其找到并击中目标的电子设备(例如，复位(homing)设备)。

辅助致动系统108b。与通常位于飞行器品牌和类型的相同附近区域的主要飞行控件不同，辅助飞行控件(例如，航空电子设备、开关、旋钮、摇杆、切换开关、有盖开关、保险丝等)的方位在各飞行器间是不一致的或者不是空间包含的。

辅助致动系统108b关注于致动不易被主要致动系统108a访问的控件。例如，一些开关可以甚至位于机长头部正上方的顶部面板上，使得用机械臂操纵它们可能很困难(特别是在湍流飞行条件下)。因此，一些致动器可以被分配到上述主要致动系统108a，而其他致动器可以被分配到自包含的辅助致动系统108b。

辅助致动系统108b可以以具有适应性的XY绘图仪或台架系统的形式提供，该XY绘图仪或台架系统被直接安装到感兴趣的面板并且被校准到正在操作的具体面板。辅助致动系统108b优选地是通用的并且可调整大小。图5c示出了一种示例性XY绘图仪。XY绘图仪可以包括用作绘图仪的轨道520的方形框架、具有能够操纵感兴趣的控件的多个接口(例如，开关致动器532和旋钮致动器530)的可旋转的多工具528、以及在框架内沿Y轴轨道组522和X轴轨道组524移动该多工具526的控制系统。

当在使用中时，绘图仪将多工具528移动到该方位，选择正确的操纵器界面并且操纵感兴趣的辅助飞行控件。例如，多工具528可以使用开关致动器532翻转二进制开关和/或有盖开关，并且可以使用旋钮致动器530来扭动旋钮。开关致动器532和/或旋钮致动器530可以经由关节或旋转构件(诸如可旋转开关臂534)耦连到多工具528。

当不使用时，多工具526可以返回到初始位置(例如，自动导航到远角)以防止妨碍面板。多工具526将配备有传感器(例如，接近度传感器)，使得当多工具检测到飞行员的手时多工具526可以移开。在新飞行器上的绘图仪的初始设置期间，可以对辅助飞行控制面板的方位、类型和位置进行编码。一旦特定的辅助飞行控制面板被编码，则该配置可以被保存到飞行器数据结构208，并且当机组自动化系统100被安装在相同的飞行器或相同类型的飞行器中时被加载。在某些方面，可以提供额外的致动器来致动位于例如驾驶舱的脚部空间的控制器，诸如脚踏板(例如，制动器和/或方向舵踏板)。虽然辅助致动系统108b通常被描述为台架系统，但是可以采用关节臂(类似于主要致动系统108a的臂)以便可访问辅助飞行控件。

机组健康监测系统160。图6示出了一种示例性机组健康监测系统160以监测机组(例如，主飞行员/机长、副飞行员等)的一种或多种生理状态和/或行为状态。机组健康监测系统160尤其可以与核心平台102(其耦连到诸如飞行控制系统116的其他子系统)、HMI系统104和感知系统106可操作地耦连。如图1b所示，例如，机组健康监测系统160可以接收来自核心平台102的命令和配置数据，同时向核心平台102发送由机组健康监测系统160采集的或以其他方式由机组健康监测系统160收集的机组生理/行为信息(例如，机组健康数据)。

如图6所示，机组健康监测系统160可以包括健康控制器602，该健康控制器602与存储器设备604和多个生命传感器606可操作地耦连。例如，健康控制器602可以是处理器，该处理器被配置为至少部分基于从多个传感器406、存储器设备604、HMI系统104、感知系统106等接收的信息将机组健康数据(即，表示生理状态和/或行为状态)和/或命令(例如，自动着陆和自动下降命令)动态地馈送到核心平台102。HMI系统104和感知系统106中的每个与机组健康监测系统160之间的通信链路可以是经由核心平台102的间接连接和/或可选的直接连接(其可以是冗余连接)。

生命传感器606可以包括位于被监测的机组成员上或其附近的生物传感器和/或机械传感器。生命传感器606尤其可以包括心率监测仪606a、血压传感器606b和诸如葡萄糖监测的其他生命监测仪606c；心血管监测和事件记录；神经监测(例如，脑电波(EEG))测试；以及睡眠监测设备。

生命传感器606可以实现为由机组成员穿戴的可穿戴传感器，每个传感器具有与具体的机组成员相关联的唯一识别号码。例如，可穿戴生命传感器可以作为腕带、胸带、头带或其他设备而提供，其他设备诸如服装、帽子、袜子、鞋、眼镜、手表、头戴式耳机以及甚至便携式用户设备(例如，机组成员的便携式计算机、便携式数字助理(PDA)、智能手机等)。

机组健康监测系统160可以使用无线设备来减轻施加在机组成员上的任何物理限制。例如，生命传感器606可以经由一个或多个无线收发器与健康控制器602和/或核心平台102进行无线通信。一个或多个无线收发器可以被配置为使用一个或多个无线标准进行通信，该无线标准诸如蓝牙(例如，从2.4GHz到2.485GHz的工业、科学和医学(ISM)频带中的短波、超高频(UHF)无线电波)、近场通信(NFC)、Wi-Fi(例如，电气与电子工程协会(IEEE)的802.11标准)等。

存储器设备604可以生成飞行期间针对每个机组成员的历史机组健康数据的数据库。历史机组健康数据和相关联的趋势可以由健康控制器602使用以检测和/或预测健康事件(例如，意识丧失、心力衰竭等)。在某些方面，针对每个机组成员的历史机组健康数据可以被加载到存储器设备604。例如，当机组成员换班时，知识获取系统114和/或机组健康监测系统160可以执行预定义的活动以确定机组健康并且形成和概述机组健康(例如，每个成员)。在某些实施例中，可以在开始飞行或工作班次时由机组加载待监测的每个机组成员的历史健康数据。例如，机组健康监测系统160可以从与每个机组成员相关联的便携式用户设备(或其他设备)访问并提取历史机组健康数据。机组健康监测系统160可以基于例如可预测模型和历史机组健康数据向飞行员通知任何预期的健康问题。

自动着陆过程。诸如波音737的商用飞行器通常包括自动着陆控制器以提供有限的自动着陆能力。自动着陆控制器使飞行器能够执行着陆而无需与某些主要飞行控件直接交互。然而，现有的自动着陆控制器仍然需要飞行器驾驶舱内的其他飞行控件的操作。在飞行员或副飞行员丧失能力(或以其他方式无法执行)的情况下，剩余的飞行员(如果可用的话)必须单独执行完整的着陆，这是密集的并且要求剩余的飞行员启动适当的自动控件并且设置各种辅助飞行控件和系统(例如，起落架、襟翼等)。因此，机组自动化系统100可以进一步被配置为在紧急情况期间在配备有自动着陆控制器的飞行器中执行下降和着陆过程。机组自动化系统100可以使用触摸和/或视觉感测(例如，经由感知系统106)执行自动着陆过程。虽然触摸感测(即，使用力感测传感器检测触摸)不是执行着陆所严格要求的，但是触摸感测改善了系统鲁棒性和错误检查。

正如被理解的，机组自动化系统100的致动系统108必须能够物理地操纵各种飞行控制器。因为自动着陆过程最适用于紧急下降和着陆状况，所以致动系统108可以被配置为快速耦连到各种飞行控制器以代替丧失能力的飞行员。为此，可以保证对驾驶舱控件的微小修改以改善致动系统108与各种飞行控制器之间的交互，诸如现有飞行控制器难以经由致动系统108访问的情况。例如，可快速安装的支架可以非侵入式地附连到操纵杆(例如，起落架操纵杆)以使致动系统108能够操纵(例如，推/拉)所述操纵杆。为此，支架(例如，3d打印/添加制造的支架)可供驾驶舱中的飞行员使用以使致动系统108能够操纵例如起落架操纵杆。

本机组自动化系统100可以被配置为执行飞行器的紧急下降和着陆的特定的自动着陆过程。例如，机组自动化系统100可以与已经包含有限的自动着陆基础设施(例如，主要飞行控件和滑翔斜率的控制)的飞行器集成，但是仍然需要与驾驶舱交互以完全执行自动着陆。从自动着陆过程受益的多种飞行器之一是波音737，尽管自动着陆过程同样适用于包括有限的自动着陆基础设施的其他飞行器。如下面将讨论的，响应于自动着陆触发器可以启动自动着陆过程，自动着陆触发器可以通过机组监测被自动(或手动)生成以识别飞行员丧失能力。

机组自动化系统100还可以实现经由通信系统122在驾驶舱和空中交通控制塔之间的语音交互。例如，机组自动化系统100可以评估状况并且将描述该状况的消息传递给空中交通控制塔。在另一个示例中，机组自动化系统100可以将信息从剩余机组成员传递(例如，经由HMI系统104或感知系统106–例如，经由扬声器/麦克风408)到描述该状况的空中交通控制塔。传送给空中交通控制塔的信息还可以包括关于飞行员的健康信息(例如，经由共享图标342)。机组自动化系统100可以通过感知系统106使用机器视觉来收集关于飞行状态的信息。例如，直到达到临界飞行状态，一些过程才能被执行，并且验证诸如设置襟翼等重要步骤。

因此，在自动下降和自动着陆过程期间，例如，机组自动化系统100可以执行通常由飞行员执行的多个步骤。例如，机组自动化系统100可以被配置为：(1)操作自动驾驶仪面板；(2)以协同方式操作襟翼和自动驾驶仪面板以安全降低速度；(3)确认滑翔斜率并且配合此信号执行着陆过程；(4)操纵飞行管理系统以生成着陆路线；(5)设置自动制动器；(6)设置起落架；(7)基于地面状况识别着陆/机轮；(8)操作节气门和反向推进器以辅助地面制动；(9)将应答器设置为注意紧急情况；和/或(10)向空中交通控件传递飞行器的状态和意图。

自动着陆触发器。迅速而准确地触发机组自动化系统100以生成在紧急情况下执行自动下降和/或自动着陆过程的命令是必要的。因此，从机组健康监测系统160馈送到核心平台102的机组健康数据还可以包括自动下降和/或自动着陆命令，以便在发生自动着陆触发时启动自动下降和自动着陆过程。自动着陆触发器可以是例如来自操作员(例如，飞行员或其他机组成员)的直接命令，或者是至少部分基于从生命传感器606、感知系统106和/或HMI系统104接收的数据而自动生成(例如，通过健康控制器602)。在某些方面，诸如在来自飞行员的直接命令的情况中，直接命令可以改为经由HMI系统104被直接提供给核心平台102(无论是口头还是经由诸如触摸屏显示器的用户输入设备)，从而绕过机组健康监测系统160。

健康控制器602可以使用耦连到飞行员的生命传感器606确定飞行员丧失能力，在这种情况下，当飞行员的健康参数偏离预定值或可接受值的范围时，健康控制器602可以将自动着陆命令传送到核心平台102。例如，生命传感器606可以提供指示心力衰竭、中风、死亡等的心脏参数，在这种情况下自动着陆命令被自动地传送到核心平台102。健康控制器602也可以使用感知系统106确定飞行员丧失能力。实际上，感知系统106可以采用一个或多个摄像机410和/或麦克风408来监测飞行员的移动(或缺少移动)和语音(或其他声音)。

健康控制器602可以使用感知系统106的一个或多个摄像机410来确定飞行员的身体姿势是否不良(例如，弓腰/无精打采)或者飞行员是否明显的运动不协调(例如，不稳定、缓慢、不能操纵控件等)，在这种情况下，健康控制器602可以确定飞行员丧失能力(例如，无意识、死亡和/或在药物或者酒精的影响下)。

一个或多个摄像机410还可以监测飞行员失去焦点或注视，在这种情况下，一个或多个摄像机410可以采用眼睛追踪技术来监测例如瞳孔运动、瞳孔大小和/或凝视点。因此，摄像机410可以被配置为当飞行员执行任务时，集中在飞行员的一只或两只眼睛上以监测和/或记录瞳孔/眼睛移动。例如，摄像机410可以被引导至瞳孔的中心并且可以使用红外/近红外非准直光来生成角膜反射，其中瞳孔中心和角膜反射之间的矢量可以被健康控制器602使用来计算凝视点。如果例如飞行员持续盯着单个点达预定时间段或者在预定时间段内没有看驾驶舱仪表，则健康控制器602可以确定飞行员由于失去焦点或注视而丧失能力。

健康控制器602可以采用感知系统106的麦克风408以确定飞行员的声音是否变得模糊(基于与可以存储到存储器设备604的数据库的更早期的语音样本的比较)，例如，健康控制器602可以确定飞行员丧失能力(例如，半昏迷和/或在药物或者酒精的影响下)。麦克风408还可以被配置为使用语音识别接收来自飞行员的用于帮助的命令或请求。

诸如在清单过程期间，健康控制器602可以采用HMI系统104来确定飞行员和HMI系统104之间是否存在不良交互。例如，健康控制器602可以将在清单过程期间的飞行员交互与在之前的清单过程期间的同一飞行员的历史飞行员交互数据进行比较。如果飞行员与HMI系统104的交互与历史飞行员交互数据的偏差超过预定偏差(例如，某百分比偏差)，则健康控制器602可以确定飞行员丧失能力。如上所述，机组健康监测系统160可以基于例如预测模型和历史机组健康数据向飞行员通知任何预期的健康问题。

自动着陆终止。在某些方面，如果健康控制器602错误地确定机组成员丧失能力，则自动着陆过程可以被终止或被取消。为了确认自动着陆过程的终止，健康控制器602可以要求来自不是被确定为丧失能力的该机组成员的机组成员的终止输入。为了终止自动着陆过程，健康控制器602可以进一步要求来自不是被确定为丧失能力的机组成员的该机组成员的认证输入，诸如pin编号、访问码、密码、指纹、徽章ID(例如，RFID徽章)、视网膜扫描等。例如，如果健康控制器602确定飞行员丧失能力，则副飞行员可以在他或她认为飞行员适合飞行飞行器时终止自动着陆过程，在这种情况下，副飞行员可以经由例如HMI系统104输入密码/pin编号(或其他识别信息)并终止自动着陆过程。

知识获取系统114。知识获取系统114收集和/或生成能够使机组自动化系统100确定飞行器具体信息的必要的知识库。这包括获知飞行器性能特征、限制、清单和过程(包括应急过程)、以及限定飞行器中意外事故的标准。该数据可以从编码数据(例如，来自手册、飞行员简报、飞行员操作手册)和飞行中获取的数据(例如，经由传感器)的组合中导出，该数据支持离线机器学习和趋势分析。要编码的日期可以以.xml的格式加载，该格式描述过程的内容以及过程内部和过程之间的任务流。

如图1b所示，例如，知识获取系统114可以接收来自核心平台102的操作命令，同时向核心平台102发送由知识获取系统114生成的配置数据和状态以及响应信息。

知识获取系统114的操作通常可以被分为三个过程，包括例如飞行器系统建模、过程编码和空气动力学建模。飞行器系统建模处理向机组自动化系统100提供关于可用机载系统的信息以及机载系统如何配置、致动限制等。过程编码处理向机组自动化系统100提供关于在正常和非正常状况下飞行器操作的信息。过程编码可以包括例如清单汇编。最后，空气动力学建模处理向机组自动化系统100提供关于飞行飞行器的信息以及对于给定飞行器型号和配置期望的性能。

在知识获取阶段期间，还必须确立被认为异常或意外事故的状况的条件。这些条件通常将是分立的，诸如发动机超速或者超出空速限制。使用机器学习，机组自动化系统100可以通过观察由飞行员飞行的一系列飞行中机动动作来微调其空气动力学和控制模型。这些信息包括飞行动力学数据、操作限制、过程、飞行器系统和布局以及其他相关数据。除了书面信息以外，机组自动化系统100还可以基于过去的事件以及更有经验的飞行员的经验来编制信息。机器学习使知识获取过程能够高效且快速地执行。

当飞行员经历典型飞行廓线的运动时，使用机组自动化系统100的感知系统106和致动系统108来监测飞机驾驶舱或实际仿真器中的仪表和控件。观察飞行员的动作允许机组自动化系统100直接从飞行员学习，并且模拟针对给定操作的平滑的专家控制。这个处理得益于这样一个事实，即飞行操作在给定情况下要做的事情高度结构化-然后机器学习能够编写如何执行某些内容。

飞行器数据结构208的填充可以使用可扩展标记语言(“XML”)来完成。更具体地，可以使用包括一组字段和数据树的XML数据结构，当被填充时允许核心平台102配置和操作飞行器。在某些方面，机组自动化系统100可以采用飞行文件的自然语言解释和/或使人能够有效且准确地输入数据的软件工具。

在某些方面，可以生成一组飞行器不可知特征并对其编码。例如，遍历多种类型的飞行器，诸如起落架收回、多引擎飞行器上的引擎退出过程以及失速恢复的过程是类似的，并且对于特定机身仅需要最小程度的修改。另外，基本机身限制(诸如永不超过速度)仅需要输入特定数字，并且可以在标称时间段内从飞行手册输入。

过程编辑器。可以使用例如书面文件(例如，飞行员操作手册、维护手册等)以及通过直接监测飞行器操作而在过渡时间段期间收集飞行器专用信息。这种知识获取处理的输出是飞行器数据结构208，其关于核心平台102在上面进行了描述。该飞行器数据结构208可以包含操作过程、可用系统及其设计、驾驶舱布局以及飞行器安全操作必需的所有其他信息。在某些方面，机组自动化软件开发工具包可以允许软件/飞行控件工程师每天指定、编码和单元测试一个飞行器子系统(例如，电气或液压)。机组自动化软件开发工具包可以提供用于将飞行手册的过程转换为与Matlab状态流和Simulink兼容的状态机的工具，然后可以对C程序进行自动编码以包含在核心平台102中。机组自动化软件开发工具包还可以生成用于单元级别的测试代码以及用于测试到核心平台102的接口。例如，过程编辑器可以提供任务列表，其中飞行员可以选择是机组自动化系统100还是飞行员对列表上给定的任务负责。

飞行控制的知识获取。飞行控制知识获取的第一步是使用Athena VortexLattice(“AVL”)方法以无量纲稳定性导数的形式生成数学模型，并且该数学模型在飞行期间由飞行员使用和完善。一旦主要飞行控制机制被校准，系统ID训练器应用程序可以被用来执行一系列飞行机动操作，这些飞行机动操作被设计用于识别特定的稳定性导数。数据被自动处理成用于控制器的更新的稳定性导数。控制器可以采用自动调谐器。在6-DOF仿真中使用相同的更新的稳定性导数作为控制器在飞行前充分执行的验证步骤。执行飞行控制的知识获取的额外好处是它可以改善和并入大量的正式过程知识。尽管这些过程规定了各个步骤，但是可能会丢失如何执行这些步骤的细节(例如，在步骤之间等待多久或者如何急剧增大节气门)。

飞行器飞行性能特征的逆向工程(reverse engineer)。通过机载数据采集单元可以测量的飞行器性能特征通常被飞行器和航空电子设备制造商认为是专有的。这些信息可用于飞行仿真、飞行器健康监测、飞行器开发等等。目前，想要利用机载数据采集的第三方受其专有属性限制。通过使用独立的飞行器传感器套件仅部分地克服了这一限制。这些商用传感器套件仅测量通过驾驶舱仪器和飞行员输入可用数据的一小部分。然而，因为机组自动化系统100利用各种传感器来确定飞行器飞行性能特征，所以有效地对飞行器性能特征进行逆向工程。机组自动化系统100通过独立传感器、通过驾驶舱仪表的图像捕获数据以及输入控件的组合来收集飞行器信息。

示例。本公开的各方面可以通过以下示例飞行计划和应急过程加以说明，其示出了机组自动化系统100如何可以与飞行员交互、执行飞行计划、执行飞行操作任务，以及在系统接合和起飞、飞行计划接合、异常检测和处理、以及紧急下降/着陆过程期间对意外事故作出响应。然而，本教导不应限于这些示例中使用的那些。

系统接合和起飞。飞行员进入飞行器的左侧座位，系紧安全带，将人机界面126舒适地放置在他的侧面，以及启动机组自动化系统100应用程序。应用程序引导并运行一系列开机诊断程序和机械接口加电以及校准。消息可以显示在人机界面126上以确认成功测试，并且询问飞行员以确认机组自动化系统100的接合。飞行员经由应用程序选项卡334选择当天的飞行计划。可以使用机组自动化系统100进行清单监控。飞行员选择发动机起动，并且机组自动化系统100可以开始一系列发动机起动动作，在实际起动之前请求最终确认。同时，飞行员可以打电话到塔台请求许可，并且接收到训练区域的飞行计划。

当发动机起动完成时，机组自动化系统100可以向飞行员报告成功，并且报告例如“准备滑行”(可听见地或通过人机界面126报告)。飞行员要求滑行许可并且在听到许可时，机组自动化系统100转录滑行许可并且将其显示给飞行员以确认。飞行员然后点击应用程序上的“许可滑行”按钮，并且机组自动化系统100滑行到指定跑道，同时飞行员监测交通情况。当处于跑道入口时，飞行员口头命令机组自动化系统100执行起飞前检查，并且系统完成所有必要的检查，提示飞行员手动仔细检查(double-check)诸如飞行控件的关键项目。例如，机组自动化系统100可以监测人类操作员的清单的执行，并且输出“清单完成”或者识别飞行计划或错误。

一旦接收到进一步的许可，飞行员则命令机组自动化系统100引导飞行器排队并等待，并且然后最终起飞。机组自动化系统100经由主要致动系统108a向前推动节气门，经由感知系统106可视地检查发动机和驾驶舱指示器，经由HMI系统104调出速度，并且以适合当前重量、平衡和密度高度的速度旋转。飞行员保持他的手在杆/轭514上以确认机组自动化系统100的输入并且保持他的肌肉记忆。机组自动化系统100根据当前状况确认飞行器性能并且报告与预期爬升速率的任何偏差。在爬升期间通过机组自动化系统100减少了飞行员的工作负荷，使得更多的抬头(heads-up)时间(即，眼睛看向前，而不是看向仪表)能够在繁忙的空域中寻找交通状况。机组自动化系统100还可以为给定的清单、飞行器或方位提供有经验的飞行员的建议。例如，在特定的机场中，机组自动化系统100可以向人类操作员指示机场特定的提示，诸如“自本跑道的陡峭的离去角(steep departure angle)”。

飞行计划接合。在爬升顶部处，机组自动化系统100将飞行器调平，并且调整配平和功率设置，同时前往飞行计划中的第一个航点。在巡航期间，机组自动化系统100继续视觉上监测所有驾驶舱显示器，不断地将发动机和飞行器性能与期望值进行比较并且警告飞行员任何偏差。

飞行器抵达训练区域并开始当天的飞行计划。然而，在飞行计划期间，飞行器进入高耸的积云，其中仪表气象条件(“IMC”)的状况低于冰点温度。飞行员经由人机界面126上的互联网中继聊天(“IRC”)聊天窗口请求并接收来自地面的许可，以爬升至24,000英尺以高于天气。在某些方面，机组自动化系统100请求来自地面的许可。

异常检测和处理。在一段时间之后，机组自动化系统100可以检测到在给定的爬升下，对于这些俯仰和功率设置，指示的空速正在缓慢偏离其模型空速，从而指示低于预期值。这表明皮托管(pitot tube)加热器已经失效并且皮托管已经结冰。飞行员飞行飞行器的时间少于100小时并且未意识到这种型号的皮托管加热器被认为是不可靠的。飞行员还没有注意到空速指示器正趋向于低于标称值。

然而，机组自动化系统100意识到空速数据对于其余的飞行数据及其内部飞行动力学模型是异常的，并且听觉上警告飞行员“空速指示器故障”。尽管飞行员意识到空速信息目前不可靠，但是他不确定飞行器正在飞行的速度比指示器显示的快还是慢。

利用先前异常的数据库，机组自动化系统100呈现一组过程选项并且突出该区域的最小安全高度(例如，8,000英尺)。飞行员选择最保守的选项，这导致机翼水平、俯仰和功率下降到较低的高度(例如，10,000英尺)。机组自动化系统100减少了功率，轻微向下倾斜并且开始下降。当下降了15,000英尺时，皮托管再次上线。一旦稳定在10,000英尺，则机组自动化系统100保持飞行器直线和水平，同时飞行员在返回到飞行计划之前评估状况。

在当天的飞行计划竞赛时，机组自动化系统100可以执行自动着陆过程。例如，机组自动化系统100可以将飞行器导航到预定航点，在预定航点处飞行器可以开始其初始下降。在下降期间，机组自动化系统100可以监测飞行状况并且定位跑道。在最后进场时，机组自动化系统100可以使飞行器减速并且最终使飞行器着陆。如果机组自动化系统100确定着陆不可行(例如，阻碍或不可接受的飞行状况)，则机组自动化系统100可以开始复飞(missed approach)例程或其他应急例程。例如，机组自动化系统100可以在同一方位重试着陆或者将飞行器导航到备选的着陆方位。标题为“Autonomous Cargo Delivery System”的公开号为No.2015/0323932的共同拥有的美国专利公开了用于将飞行器着陆在备选着陆方位的示例系统。

飞行员丧失能力事件。除了在通过巡航起飞期间帮助人类飞行员之外，机组自动化系统100可以执行一个或多个自动序列以解决由例如高空客舱减压导致的飞行员丧失能力事件。例如，机组自动化系统100可以执行自动下降过程，并且一旦在预定高度和方位，就执行自动着陆过程。飞行员可以使用语音命令来指示机组自动化系统100在飞行的各阶段期间(包括在飞行员丧失能力事件期间)执行任务。感知系统106可以观察由机组自动化系统100和(一个或多个)人类飞行员两者执行的操作。

如上所述，机组自动化系统100可以通过感知系统106和致动系统108操作和监测飞行器的飞行控制器和接口。为此，机组自动化系统100可以操作例如高度、航向和空速(其可通过自动驾驶仪控制)、应答器代码、飞行管理系统、自动制动器、起落架、飞行表面(例如，襟翼)、节气门反向推进器。在整个处理中，机组自动化系统100可以执行清单以验证飞行过程被正确地遵循，由此可以由飞行员或被配置成观察飞行器状态的感知系统106检查清单项目。

图7示出了一种示例性紧急下降过程700。示例性紧急下降过程700演示了机组自动化系统100在飞行员丧失能力的情况下操作飞行器的能力。在该演示中，紧急下降过程700可以在接收到自动下降命令或者飞行员丧失能力的指示时开始于步骤702。在某些方面，可以使用单个命令(例如，自动着陆命令)来触发机组自动化系统100执行下面所述的紧急下降过程700和自动着陆过程800。虽然紧急下降过程700和自动着陆过程800被图示为具有特定的步骤组合，但是本领域技术人员将认识到可以实施更少或额外的步骤。在某些方面，一个或多个步骤可以并行执行。此外，一个或多个步骤可以是可选的并且可以从紧急下降过程700和/或自动着陆过程800中省略，或者可以单独执行和/或根据操作员的请求执行。在一些方面，一个或多个步骤可以是有条件的，使得一个或多个步骤的执行可以取决于预定的要求和/或条件。并且，步骤循环的顺序可以根据操作员的需要重新排列。

自动下降命令可以在检测到飞行员丧失能力时(例如，经由机组健康监测系统160)触发，之后机组自动化系统100将操作飞行器。在另一个示例中，自动下降命令可以由飞行员语音命令触发。例如，副飞行员可以叙述预定短语(例如，“开始下降清单”)以向机组自动化系统100发送表示飞行员丧失能力的信号。在步骤704中，机组自动化系统100将高度设置为第一高度(例如，20,000英尺)。

在步骤706，机组自动化系统100致动飞行控制器以使用致动系统108启动下降。例如，在波音737中，可以使用辅助致动系统108b来推动“水平改变”按钮以启动下降。之后，飞行器将从巡航高度下降到例如第一高度。

在步骤708，机组自动化系统100将高度设置为第二高度(例如，10,000英尺)。例如，辅助致动系统108b可以被再次用于推动“水平改变”按钮以启动第二次下降。之后，飞行器将开始从其第一高度下降到第二高度。

在步骤710，机组自动化系统100可以将飞行器的空速调节到预定空速。预定空速可以被选择为更快地下降到第二高度。例如，机组自动化系统100可以将波音737的空速增加到0.82马赫(～546节或～630英里每小时)，这是使用自动驾驶仪可允许的最快下降速率。

在步骤712，机组自动化系统100将应答器设置为紧急代码7700。通过将应答器设置为紧急代码7700，该区域中的所有空中交通控制设施立即被警告该飞行器具有紧急情况。机组自动化系统100还可以向空中交通控制器指示紧急情况的类型(或紧急情况的多个细节)。例如，机组自动化系统100可以指示飞行员丧失能力，并且在某些情况下，可以进一步将飞行员的生命体征传送给ATC，使得地面上的紧急医疗人员可以相应地进行计划。

在步骤714，机组自动化系统100对飞行管理系统进行编程以围绕其当前位置设置和保持轨道。机组自动化系统100可以保持直到飞行器已经达到第二高度，这可以使用来自感知系统106的机器视觉来监测。

在步骤716，机组自动化系统100可以再次将飞行器的空速调节到预定空速。例如，机组自动化系统100可以将波音737的空速降低到0.375马赫(～250节或～287英里每小时)，从而以较低的速度在原地盘旋。

与步骤704到716并行地，感知系统106可以执行步骤718的应急清单。例如，感知系统106可以在步骤704到716期间观察机组自动化系统100的动作，以便在它们发生时或之后不久检查应急清单上的项目(例如，以确保机组自动化系统100已经执行了必要的动作)。例如，感知系统106可以在紧急下降过程700可以进行到下一个步骤之前验证每个步骤。在感知系统106没有观察到步骤的情况下，受操作员设置的影响，感知系统106可以与核心平台102通信，以向致动系统108通信该步骤没有被正确地执行(或者完全没执行)。在某些方面，验证不能被动态地执行，而是在延迟之后执行，这可以是由感知系统106计算该改变(例如，以1Hz到100Hz速度的更新速率)所需要的时间导致的。另外，延迟可由于飞行器花费时间来响应输入命令的动态和/或因为致动系统108视觉上遮挡摄像机410(例如，紧接在执行当致动系统仍在按钮附近悬停时的操纵后)而引起。

当飞行器在第二高度(或另一个期望高度)盘旋时，紧急下降过程700可以在步骤720结束。飞行器可以在第二高度盘旋直到接收到自动着陆命令。

自动着陆过程。图8示出了一种示例性紧急自动着陆过程800。示例性紧急自动着陆过程800演示了机组自动化系统100在自动着陆的三个主要阶段(进场、下滑道和机轮在地面上)期间自主着陆飞行器的能力。

紧急自动着陆过程800建立在紧急下降过程700之上，紧急下降过程700可以被应用以将飞行器降低到预定的着陆高度(例如，4,000英尺，210节)并且在朝向跑道的下滑道的航线上。例如，飞行器可以在预定着陆高度盘旋直到在步骤802接收到自动着陆命令。如上所述，可以使用单个命令来自动开始紧急下降过程700，并且然后一旦飞行器位于预定的方位、航向和高度则开始自动着陆过程800。然而，可以在通过机组健康监测系统160检测到持续的飞行员丧失能力(即，飞行员保持无行为能力)时触发自动着陆命令，之后机组自动化系统100将操作飞行器。在另一个示例中，自动着陆命令可以通过飞行员语音命令触发。例如，副飞行员可以叙述预定短语(例如，“开始着陆清单”)以向机组自动化系统100发送指示飞行员仍然丧失能力的信号。

在步骤804，机组自动化系统100调节飞行器的空速。例如，机组自动化系统100可以通过将空速从210节降低到190节来开始着陆过程。

在步骤806，机组自动化系统100调节飞行器的控制表面。例如，机组自动化系统100将襟翼从UP调节到1度。

在步骤808，机组自动化系统100再次调节飞行器的空速。例如，机组自动化系统100可以将空速降低到150节。

在步骤810，机组自动化系统100再次调节飞行器的控制表面。例如，机组自动化系统100将襟翼UP从1度调节到2度，然后调节到10度，并且最后调节到15度。

在步骤812，机组自动化系统100调节自动制动器。例如，机组自动化系统100可以将自动制动器从OFF切换到2级。

在步骤814，机组自动化系统100等待直到实现下滑道(glideslope)。例如，感知系统106的机器视觉可以观察在主要飞行显示器(PFD)上实现了下滑道，并且命令机组自动化系统100继续执行步骤816中的着陆过程。

在步骤816，机组自动化系统100致动起落架(例如，放下起落架)。

在步骤818，机组自动化系统100再次调节飞行器的空速。例如，机组自动化系统100可以将空速降低到140节。

在步骤820，机组自动化系统100再次调节飞行器的控制表面。例如，机组自动化系统100将襟翼UP从15度调节到30度。

在步骤822，机组自动化系统100移动以准备最终着陆事件(即，机轮在地面上)。

在步骤824，感知系统106观察到着陆即将发生，并且在节气门移动到零之后，机组自动化系统100将节气门移动到解锁位置以使得能够使用反向推进器。

在步骤826，机组自动化系统100移动反向推进器，并且飞行器停在跑道上。

与步骤804至826并行地，感知系统106执行步骤828的着陆清单。例如，感知系统106可以在步骤804到步骤826期间(或之后不久)观察机组自动化系统100的动作，以便检查着陆清单上的项目(例如，以确保机组自动化系统100已经执行了必要的动作)。例如，感知系统106可以在自动着陆过程800可以进行到下一个步骤之前验证每个步骤。如关于紧急降落过程700所解释的，验证可以是动态的，或者在某些情况下在可以预期的延迟之后进行验证。

当飞行器从跑道滑行或者当飞行器停放(例如，关闭发动机)时，自动着陆过程800可以在步骤830结束。

机组自动化系统100和派生技术可以应用于各种飞行器和飞行仿真器。从飞行器飞行测试中导出的飞行性能特征可用于提高用于训练飞行员的飞行仿真器的保真度。提供飞行仿真器访问实际飞行器性能数据对于飞行仿真器操作员来说具有巨大的价值。机组自动化系统100的另一个好处是当飞行器针对特定飞行计划修改时，诸如增加可以影响空气动力学性能和飞行操作质量(例如飞行器开发)的传感器和天线，机组自动化系统100能够综合飞行性能特征。另外，由机组自动化系统100捕获的数据可以被用于飞行器健康监测，使用预测来感测维护需求。

机组自动化系统100进一步提高了商业航空运行的安全性和实用性，同时显著节省了人力运营成本。例如，机组自动化系统100可以应用于长途航空货运航空公司，以提高安全性和效率以及这种先进的飞行员辅助技术的成本节约。此外，例如终极状态机可以作为飞行中飞行员的训练工具，或者作为安全系统为传统的单个飞行员飞行器提供第二组眼睛。人机界面126的一些部分简化了所有驾驶飞行操作，甚至是多人员操作。

上面引用的专利和专利公开在本文中通过参考全文并入。虽然已经参考部件、特征等的特定布置描述了各种实施例，但是这些并不旨在穷举所有可能的布置或特征，并且事实上本领域技术人员可以确定许多其他实施例、修改和变型。因此，应该理解，可以以不同于上面具体描述的方式来实施本发明。

Claims

1.一种用于飞行器中的机组自动化系统(100)，所述机组自动化系统(100)包括：

核心平台(102)；

人机界面(126)，其与所述核心平台(102)可操作地耦连以提供机组成员与所述机组自动化系统(100)之间的界面；

机组健康监测系统(160)，其与所述核心平台(102)可操作地耦连以监测所述机组成员的一个或多个健康参数；

飞行器状态监测系统(112)，其与所述核心平台(102)耦连以确定飞行状况数据；以及

致动系统(108)，其与所述核心平台(102)可操作地耦连以基于响应于来自所述核心平台(102)的命令而致动所述飞行器的一个或多个飞行控件。

2.根据权利要求1所述的机组自动化系统(100)，其中所述人机界面(126)被配置为显示所述机组成员的所述一个或多个健康参数。

3.根据权利要求2所述的机组自动化系统(100)，其中所述机组健康监测系统(160)被配置为监测多个机组成员的一个或多个健康参数，其中所述人机界面(126)被配置为显示所述多个机组成员中的每个机组成员的所述一个或多个健康参数。

4.根据权利要求2所述的机组自动化系统(100)，其中所述一个或多个健康参数包括所述机组成员的生理状态和行为状态。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的机组自动化系统(100)，其中所述机组自动化系统(100)被配置为与具有自动着陆基础设施的飞行器耦连以控制所述飞行器的所述主要飞行控件。

6.根据权利要求5所述的机组自动化系统(100)，其中所述机组自动化系统(100)被配置为执行自动着陆过程(800)以使所述飞行器着陆。

7.根据权利要求6所述的机组自动化系统(100)，其中所述致动系统(108)被配置为在自动着陆过程期间控制所述飞行器的辅助飞行控件。

8.根据权利要求5或6所述的机组自动化系统(100)，其中所述自动着陆过程(800)在所述机组成员丧失能力时启动。

9.根据权利要求8所述的机组自动化系统(100)，其中至少部分基于所述一个或多个健康参数来确定所述机组成员的丧失能力。

10.根据权利要求1所述的机组自动化系统(100)，其中所述机组健康监测系统(160)使用与所述机组成员相关联的一个或多个生命传感器来收集所述机组成员的所述一个或多个健康参数。

11.根据权利要求10所述的机组自动化系统(100)，其中所述一个或多个生命传感器是可穿戴传感器。

12.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11所述的机组自动化系统(100)，其中所述飞行器状态监测系统(112)包括用于视觉监测所述机组成员的感知系统(106)，其中所述机组健康监测系统(160)使用所述感知系统确定所述机组成员的行为状态。

13.根据权利要求5、6、7或8所述的机组自动化系统(100)，其中所述机组自动化系统(100)被配置为当确定所述机组成员丧失能力时，执行自动着陆过程(800)以使所述飞行器着陆。

14.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12或13所述的机组自动化系统(100)，其中所述人机界面(126)被配置为在自动着陆过程期间以任务列表的形式经由触摸屏显示器显示多个任务，其中所述多个任务中的每个任务在所述自动着陆过程(800)期间至少部分基于经由所述触摸屏显示器的飞行员输入或者所述机组自动化系统(100)的操作而被标记为完成或未完成。

15.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13或14所述的机组自动化系统(100)，其中所述飞行器状态监测系统(112)是用于视觉监测所述飞行器的一个或多个驾驶舱仪表以生成所述飞行状况数据的感知系统(106)。