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一种合作驾驶航空器系统的设计方法及系统

阅读：244发布：2020-06-01

专利汇可以提供一种合作驾驶航空器系统的设计方法及系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种合作驾驶航空器系统的设计方法，及系统，结合了有人驾驶航空器和无人机系统的技术，构建空中和地面合作驾驶，提供易驾飞行与安全飞行的新技术航空器系统。它涵盖了空中驾驶、地面监控、空中与地面合作驾驶飞行、导航与飞行控制、数据链及航行监测系统等技术，以及相应的适航性标准和审定法规、飞行空域管理法规、驾驶员培训方法、航空器设计与制造技术、飞行应用与商业模式等全产业价值链的更新与发展。新航空技术可应用于商业运输、通用航空和军用航空等飞机，促进新航空产业发展。特别是可应用于通用航空的运动、公务、货运及工农业用途的飞机，改变依赖专业驾驶员的航空传统，开启普通大众自己驾驶飞机飞行的大众飞行时代。，下面是一种合作驾驶航空器系统的设计方法及系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种合作驾驶航空器系统的设计方法，其特征在于：由航空器与地面的监视控制飞行的设备，共同组成空地之间信息与控制功能完整的航空器系统；全系统可以分为三部分：
一是航空器，机上为驾驶员配置电传操纵系统，驾驶员使用电传操纵系统驾驶航空器飞行，飞行管理系统是电传操纵系统的核心，负责集成电传操纵器，参数传感器和控制执行系统，为驾驶员提供不同的驾驶飞行的控制模式，并实现不依赖驾驶员的感觉进行自动飞行；飞行管理系统是一种飞行任务管理计算机系统，实现为航空器提供自动飞行控制的完整功能，飞行管理系统的飞行管理计算机兼用于电传操纵系统，实现手动模式与自动模式的转换通道；二是地面监视与控制系统，是监控人员通过数据链路及相应设备，对航空器的飞行实施监视与控制的工作环境；三是连接航空器与地面监控站的数据链路，是一种为空地之间提供控制指令或数据信息链接的无线电链路；航空器与地面监控站共同构成的一种合作驾驶航空器系统，为机上驾驶员提供不同的驾驶飞行的控制等级和控制模式，包括机上的手动模式，半自动模式和自动模式，地面监控站的监控人员能不依赖机上驾驶员而对航空器实施可选的飞行控制模式，也包括手动模式，半自动模式和自动模式。
2.根据权利要求1所述的合作驾驶航空器系统的设计方法，其特征在于：在飞行管理系统中构建与地面监控站的数据链连接，并处理和执行所接受或装订的数据和指令，引入控制等级为飞行管理系统控制其组合控制对象提供控制规律；为飞行管理系统设置三种可以转换的控制模式，即手动控制，半自动控制和自动控制，为驾驶员提供不同驾驶方式；对飞行管理系统选择手动模式时成为一种电传操纵系统，选择半自动模式和自动模式时成为一种任务管理系统；
三种控制模式都通过飞行管理系统实现对控制对象的组合控制；一种实现方法是，由地面监控人员给飞行管理系统装订控制等级，机上驾驶员不可以改变控制等级，但可以选择控制模式，使飞行管理系统可依据驾驶员给出的控制数据和传感器子系统数据信息，对所连接的组合控制对象按照控制等级所给的控制规律及其控制函数，协同实施并实现相应的控制过程；
使用电传操纵器是手动模式的一种方法；允许的偏离量由飞行范围限制；偏离达到极限并保持时，偏离的航线将会与预定航线同向同高等距飞行；
设计纠偏调控可用手动操控电传操纵器或控制键的操纵方式，对航空器在自动飞行中偏离预定航线进行纠正，一次操纵产生一次纠偏指令，对应航向的一个调整量，根据具体航空器的气动特性以及指令的脉冲持续时间，可以确定一次纠偏指令产生的航向纠偏量；按键一次或电传操纵器回中后重新操纵才会产生新的一次纠偏指令，连续几次累积的纠偏量可以达到航向较大改变，而通过航向的纠偏可达到对航线偏离的纠正；累积允许的航向纠偏量可以设定范围。
3.根据权利要求2所述的合作驾驶航空器系统的设计方法，其特征在于：飞行范围是可执行的控制数据，以地理坐标表示的不允许航空器飞出的空域范围；通过航行监测系统的数据信息，飞行管理系统在飞行中对飞行范围进行识别与限制；飞行范围包含航线范围和空域范围，航线范围是对相对于航线划设一定的宽或高范围，数值可以相对固定，并可以航线的地理坐标为参照的相对坐标表示，可作为规划航线的安全间隔，也作为航线上驾驶员的调控或地面监控人员的遥控范围；空域范围是对飞行期间以地理坐标表示的全部宽或高范围的限定，针对每次各次飞行划设或针对机场周边的训练、经常性的外勤作业或交通航线飞行空域划设并相对固定；
由地面人员给飞行管理系统装订飞行范围；飞行范围不能由机上人员修改，在飞行中只能被原起飞地的地面监控站修改；
飞行范围具有优先于机上手动模式、半自动模式和自动模式的控制权限，一是全部航线都不允许超出飞行范围，预定航线时出现超过飞行范围的规划，将被系统提示并被拒绝，二是执行中飞行接近飞行范围时飞行管理系统自动提示或报警，三是飞行达到飞行范围时飞行管理系统自动按照预定的规避航向或速度进行避让，控制航空器回到飞行范围内进行等待飞行，或自动返航。
4.根据权利要求3所述的合作驾驶航空器系统的设计方法，其特征在于：通过划设控制范围并设定航空器与所在控制范围的地面监控站互联互通，构成一种控制范围对航空器的互联互通互操作关系，并且，通过控制范围的空地网络相接互联，构成地面监控站的传输关系，实现航空器的超视距网络化测控与通信；
当航空器从一个控制范围飞行进入相接的另一个控制范围内时，航空器的机载复合数据链在离开原控制范围的边界后，开始与新的控制范围内的地面监控站建立测控连接，或称为选择性互联互通，之前的地面监控站与该航空器中断互联互通；
当航空器飞行空间延伸到控制范围外并没有进入新的控制范围时，只要复合数据链的天线对该航空器具有可控电平强度，仍可以继续测控该航空器直到该航空器进入其他已经划设的控制范围并由新的控制范围空域内的地面监控站与对该航空器进行测控连接；
当航空器在未划设控制范围的空域内并在设定的延迟时间后没有新的地面监控站连接测控，则原起飞地的地面监控站可以重新装订延迟时间，或将控制范围扩展到该航空器的飞行空域，该航空器仍接收之前控制范围地面监控站的测控，或者按照预定的应急方案处置，包括航空器自动返航；
通过划设控制范围，建立相邻控制范围的地面监控站之间对航空器测控的优先权和测控的接力跳，从而构成一种互联互通互操作的方法；而这种对航空器和地面监控站之间组合应用控制范围的方法，确定了相同性能的地面监控站之间对一架及多架航空器建立互联互通互操作关系，可以在远距离的具有空地网络连接的地面监控站之间构建多跳超视距数据链的应用。
5.一种合作驾驶航空器系统，其特征在于：合作驾驶航空器系统包括航空器（1）、移动地面监控站（2）或固定地面监控站（3）、遥测遥控与信传系统或简称复合数据链（4）的数据链路、中继通信设备（5）；航空器（1）内部设有飞行管理系统，驾驶员使用电传操纵系统驾驶飞行，飞行管理系统则以信号激励或飞行任务管理方式进行飞行的自动控制；航空器（1）与移动地面监控站（2）或固定地面监控站（3）之间通过复合数据链（4）的无线电数据链路相连接，通过复合数据链（4）将飞行管理系统的遥测数据信息下传到移动地面监控站（2）或固定地面监控站（3），使得地面监控站能够监视航空器（1）的飞行数据或状态；移动地面监控站（2）或固定地面监控站（3）通过复合数据链（4）将控制指令或可执行的预定航线上传到航空器（1）的飞行管理系统对航空器（1）进行飞行的控制，实现空中和地面的合作驾驶；多个移动地面监控站（2）或固定地面监控站（3）之间可以用地面有线连接方式相连接，或者通过复合数据链（4）的无线电数据链路相连接，构成互联互通网络系统；航空器（1）的复合数据链（4）之间允许开通连接相互间的数据通信，构成数据共享局域网络。
6.根据权利要求5所述的合作驾驶航空器系统，其特征在于：飞行管理系统是航空器（1）机载系统的中枢系统，由计算机及控制设备构成；飞行管理系统中的飞行管理计算机及其单元，与航空器上机载系统按照如下分类连接，构成相互输入与反馈的主运行系统；
一是飞行管理系统中的飞行管理计算机及其单元连接作为参数传感器子系统的航行监测系统，发动机参数传感器，起落架/机轮参数传感器，获得有关监测参数的数据信息的输入；
二是飞行管理系统中的飞行管理计算机及其单元连接作为监视/操纵子系统的复合数据链和座舱综合航电系统，互联互通有关数据信息和控制数据并供机上显示，操作，或下传到地面监控站供地面人员使用；
三是飞行管理系统中的飞行管理计算机及其单元连接作为执行子系统的飞行控制系统，推力控制系统和起降控制系统，输出控制数据，对相应的控制对象实施控制，而飞行管理计算机及其单元可与飞行控制系统的计算机结合或合并使用，并可再与推力控制系统和起降控制系统的计算机结合或合并使用，以合理利用机载计算机资源；
四是飞行管理系统中飞行管理计算机的单元，包括选项显示组件或控制显示组件CDU，是机上设备或快捷装卸的移动设备，用于机上驾驶员与飞行管理计算机的人机交互界面，提供显示、输入和修改数据或指令的功能。
7.根据权利要求6所述的合作驾驶航空器系统，其特征在于：所述航行监测系统中汇合的子系统包含导航系统、广播式自动相关监视ADS-B及空管应答系统、话音通信系统、地空通信无线电台系统和地面着陆引导机载系统；其中：
导航系统为飞行管理系统提供导航数据，集成了卫星与惯性的组合导航、卫星差分导航、复合数据链的无线电导航、大气数据计算机系统、姿态传感器、或选配项天文导航和地面着陆导引，供飞行管理计算机解算导航数据；
广播式自动相关监视ADS-B或空管应答系统与飞行管理系统连接，一方面，广播式自动相关监视ADS-B或空管应答系统将实时数据信息传送到座舱综合航电系统可显示，告警，或记录，同时通过自身的数据链直接传送到地面管制区供地面管制员监视与管控；或者通过机载复合数据链的视距或超视距链路编码传送到地面监控站上，并显示接收到的本航空器（1）周边的它机航行态势；一方面，利用广播式自动相关监视ADS-B或空管应答系统的数据信息获得周边它机接近本机的危险态势，通过飞行管理系统解算出航空器（1）空中防撞的策略及规避航线，建立本机空中防撞的控制能力，构成本机空中自动防撞的控制规律；
话音通信系统经过复合数据链的视距或超视距链路通过话音编码由机载话音电台与地面管制区话音电台互联互通，站载复合数据链的视距或超视距链路相应进行话音编码，使得地面监控站能够随着航空器（1）的飞行与沿途地面管制区或地面监控站进行话音通信；
机载地空通信无线电台系统独立与地面通信；地空通信无线电台系统或航行的灯光指示系统与飞行管理系统连接；
在机场建设的地面着陆引导系统作为航空器（1）着陆备份系统，提高安全性。
8.根据权利要求6所述的合作驾驶航空器系统，其特征在于：连接航空器（1）的复合数据链（4），分为机载复合数据链和站载复合数据链两部分，并通过无线链路连通为一体，机上与飞行管理系统及座舱综合航电系统连接；飞行管理系统与机载复合数据链连接，将飞行管理计算机所连接的机载各系统的数据信息和计算的控制数据通过机载复合数据链下传到地面监控站；地面监控站与站载复合数据链连接，将地面监控站的数据信息或控制数据通过站载复合数据链上传到飞行管理系统计算或分发到所连接的机载系统，从而构成一种地空操纵方式。
9.根据权利要求6所述的合作驾驶航空器系统，其特征在于：所述飞行控制系统包含飞行控制计算机、控制器、控制机构、连接控制对象气动舵面，分别对各气动舵面实施控制，实现对航空器（1）飞行的航姿，航线的控制；推力控制系统包含控制器、控制机构、连接控制对象发动机油门，控制发动机推力，配合飞行控制系统实现对航空器航线剖面，飞行速度的控制；起降控制系统包含控制器、控制机构、连接控制对象起落架收放/机轮刹车，配合飞行控制系统实现对航空器（1）着陆和滑行的控制；飞行管理系统对所连接的飞行控制系统，推力控制系统和起降控制系统按照控制等级或控制模式进行组合控制。
10.根据权利要求6所述的合作驾驶航空器系统，其特征在于：移动地面监控站（2）或固定地面监控站（3）的系统构成如下：它包括站载复合数据链、多个监控席位及电脑显示器；它还包括监控人员共同注视的监控大厅的综合显示器（23），具有提供导航计算数据，具有选项显示组件CDU的功能，提供CDU安装接口，相应的站载数据编码与解码，数据处理与分发，空管态势和气象信息显示，话音通信，警示与报警的设备及工作条件；其中，地面监控站的选项显示组件CDU的接口与机载选项显示组件CDU的相同，将飞行计划数据预先装订在选项显示组件CDU中，飞行前在地面监控站上供机上驾驶员对照飞行任务完成阅读和检查。

说明书全文

一种合作驾驶航空器系统的设计方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种介于有人驾驶航空器和无人机系统的航空器，并集成为一种新型航空器系统，属于航空技术领域。

背景技术

[0002] 目前的有人驾驶航空器技术，以飞行驾驶员为中心，主要表现是：1、飞机起飞离地，飞行机组及飞行安全全权由机上的主驾驶员或机长负责；2、飞机离地期间，机长作出的决定，地面及机场塔台实施配合；3、飞机离地后，地面没有强制管控飞行的手段。因此，飞机在飞行期间的状况，很大程度上取决于飞行驾驶员单方面的判断和操控，如果介入了飞行驾驶员的不安全因素，航空器的飞行安全问题变得复杂难以应对，其中包括飞行驾驶员的意外失误、身体健康、驾驶主观动机等因素。让地面监控人员对空中的飞行起到管控、补充、替代等积极作用，将会提高飞行安全性。

[0003] 无人机系统的发展，展示了无人化系统技术的先进性合理性。在空中，无人机已经实现了高精度高可靠性的自动起飞、自动航线飞行、自动防相撞、航线高精度控制、航线重置、自动着陆与复飞，无人机的飞行可以应对复杂天候，也具备了各种复杂机场条件的安全起飞着陆控制。在地面，地面监控站已经能够在视距或超视距范围持续监控无人机的飞行并随时调整飞行航线，能够及时处理飞行特情，并能够实施地面对无人机的人工遥控飞行，飞行的状况及数据能够在地面提供实时报警并记录。无人机的飞行控制方法与有人机的飞行控制方法有不同，航线的生成需要预先制定，或者临时快速生成，使用方法还不灵活，仍然是先写程序后装到无人机系统中使用。这是典型的人机控制流程，即人给机器写程序，再由机器按程序执行，总存在明显的时间间隔。人驾驶飞行生成的航线特点是“想到即驾、随即生成”航线。新型航空器系统的技术可以初步实现多种自动航线生成方法，与人驾驶飞行结合更能发挥飞行的灵活性与安全性。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种合作驾驶航空器系统的设计方法及系统，结合有人驾驶航空器和无人机系统的技术，构建空中和地面合作驾驶，提供易驾飞行与安全飞行的新技术航空器系统。

[0005] 本发明的技术方案如下：本发明的一种合作驾驶航空器系统的设计方法是这样的：由航空器与地面的监视控制飞行的设备，共同组成空地之间信息与控制功能完整的新型航空器系统，全系统可以分为三部分加以说明。一是航空器，机上为驾驶员配置电传操纵系统。驾驶员可以使用电传操纵系统驾驶航空器飞行，电传操纵系统以飞行管理计算机系统为核心，负责集成电传操纵器，参数传感器和控制执行系统，为驾驶员提供控制等级和多种驾驶飞行的控制模式，便于驾驶员容易驾驶，并可以不依赖驾驶员的感觉进行自动飞行，提高飞行安全性。同时，飞行管理系统作为一种飞行任务管理系统，具有为航空器提供自动飞行控制的完整功能，因此，可为机上驾驶员提供自动模式驾驶飞行的用途，而飞行管理系统的飞行管理计算机兼用于电传操纵系统，实现手动模式与自动模式的转换通道。二是地面监视与控制系统，简称地面监控站，是监控人员通过数据链路及相应设备，对航空器的飞行实施监视与控制的工作环境环境。三是连接航空器与地面监控站的数据链路，即遥测遥控与信传系统，是一种为空地之间提供控制指令或数据信息链接的无线电链路，包含了信息，控制和通信等内容。本发明的航空器与地面监控站共同构成的一种合作驾驶航空器系统，简称合驾航空器或合驾飞机，可以为机上驾驶员提供多种驾驶飞行的控制模式，包括机上的控制等级，以及手动模式，半自动模式和自动模式，地面监控站的监控人员同样可以不依赖机上驾驶员而对航空器实施多种可选的飞行控制模式，也包括手动模式，半自动模式和自动模式。

[0006] 具体的，本发明的合作驾驶航空器系统包括如下部分：1、总组成：
合作驾驶航空器系统包括的航空器具有两种机上驾驶或控制飞行的方案。一是机上驾驶员驾驶飞行的方案，其可以选择多种模式实现驾驶飞行。选择手动模式使用电传操纵器驾驶飞行是其中的一种。二是驾驶员选择自动模式或半自动模式，由机上飞行管理系统自动控制飞行的方案。

[0007] 合作驾驶航空器系统包括地面监控站的监控人员通过遥测遥控与信传系统及地面监控站上有关设备，用遥控指令或数据对航空器进行飞行控制的方案，具有比机上控制飞行优先的控制权。从而能够代替机上驾驶员对航空器进行飞行的控制，实现空中和地面的合作驾驶。

[0008] 其中，遥测遥控与信传系统是在航空器与地面监控站之间构建连接的无线电链路设备，或称复合数据链。通过复合数据链可将航空器的遥测数据信息下传到地面监控站，使得地面监控站能够监视航空器的飞行数据或控制状态，而地面监控站通过复合数据链可将监控人员的控制数据即遥控指令或可执行的预定航线（含复飞航线）上传到航空器的飞行管理系统以进行航空器飞行的控制。复合数据链可分为视距性能的和超视距性能的两类，一般采用卫星中继通信方法实现超视距性能。

[0009] 上述术语可执行的表示可以由计算机执行的指令程序或控制数据。根据航空器的自动飞行原理，飞行管理系统通过对航行监测系统中的导航设备的数据进行计算，具有在前个航点到当前航点之间，由地理坐标表达的位置偏离中，计算给出飞行航线并沿该航线自动飞行的性能。

[0010] 2、系统构成：上述的飞行管理系统是航空器机载系统的中枢系统，主要由计算机及控制设备构成。
由飞行管理系统中的飞行管理计算机及有关单元，与航空器上机载系统分类连接，构成相互输入与反馈的主运行系统。

[0011] 一是连接作为参数传感器子系统的航行监测系统，发动机参数传感器，起落架/机轮参数传感器，获得有关监测参数的数据信息的输入。二是连接作为监视/操纵子系统的复合数据链和座舱综合航电系统，互联互通有关数据信息和控制数据并供机上显示，输入操作，或下传到地面监控站供地面人员使用。三是连接作为执行子系统的飞行控制系统，推力控制系统和起降控制系统，输出控制数据，对相应的控制对象实施控制。四是机载各系统与飞行管理系统计算机的连接使得飞行管理系统能够获得的机载各系统的参数和状态数据，从而为新的扩展应用提供接口，如地面检测接口。

[0012] 在组合控制对象中，飞行控制系统包含电传操纵器，飞行控制计算机，控制器，控制机构，连接控制对象气动舵面，分别对各气动舵面实施控制，实现对航空器飞行的航姿，航线的控制。推力控制系统包含油门操纵器，推力控制计算机，控制器，控制机构，连接控制对象发动机油门，控制发动机推力，配合飞行控制系统实现对航空器航线剖面，飞行速度的控制。起降控制系统包含起降操纵器及刹车操纵器，起降及刹车控制计算机，控制器，控制机构，连接控制对象起落架收放/机轮刹车，配合飞行控制系统实现对航空器着陆和滑行的控制。飞行管理系统对所连接的飞行控制系统，推力控制系统和起降控制系统按照控制等级进行组合控制。飞行管理系统中的飞行管理计算机和飞行控制系统的飞行控制计算机，以及推力控制计算机和起降控制计算机，可以分别，或者合并，还可以结合使用，以合理利用机载计算机资源。

[0013] 连接航空器的复合数据链，可分为机载复合数据链和站载复合数据链两部分并通过无线链路连通为一体，与飞行管理系统及座舱综合航电系统连接。

[0014] 上述的飞行管理系统与机载复合数据链连接，将飞行管理计算机所连接的机载各系统的数据信息和计算的控制数据通过机载复合数据链下传到地面监控站。相反，地面监控站与站载复合数据链连接，将地面监控站的数据信息或控制数据通过站载复合数据链上传到飞行管理系统计算或分发到所连接的机载系统，从而构成一种地空操纵方式。

[0015] 其中，座舱综合航电系统接收飞行管理系统分发来的数据信息，并在驾驶员目视和操作可达的位置布置显示操作设备如选项显示组件CDU用于显示或操作，或者用计算机器件，存储器及显示器设备的集成来实现控制和数据选项的显示或操作，或者选用现役飞机成熟的控制显示组件CDU，飞行指引仪（用于显示当前航空器的位置和航姿），以及其它电子飞行仪表（EFIS）。使用电传操纵器需要显示或操作的数据，指令，可以使用选项显示组件CDU。选项显示组件可用于控制模式，限制范围，航线生成的显示和操作。CDU设计成机上固定或可移动的方式，不带或自带电源，以便在机上快捷安装和与地面监控站连接检查。

[0016] 其中，连接气动舵面并起布局支撑作用的平台结构系统，连接发动机油门的动力能源系统，连接起落架收放/机轮刹车并提供伺服能源的机电操纵系统，也都与飞行管理系统连接并传送数据信息即所包含的性能数据，自检数据，运行和报警状态。同时，接收飞行管理系统的控制数据并接受起动，自检，转换，关断的控制。

[0017] 航空器上的电源供电系统一般由主电源和蓄电池组成，构成不间断供电，其最低电压高于各机载系统计算机重启的最低电压。主电源由一台或多台发电机构成，可引入新能电源如太阳能或燃料电池作为电源。

[0018] 在航空器座舱内安装观察视频系统，与飞行管理系统连接，用于驾驶员与地面监控站视频对话，可用于地面监控站观察驾驶员工作状态，特别在驾驶员异常状态时，为监控人员提供控制或制定应急处置方案使用。

[0019] 3、控制等级：在飞行管理系统中构建与地面监控站的数据链连接，引入控制等级为飞行管理系统控制其组合控制对象提供控制规律。可以通过选项显示组件为飞行管理系统设置三种可以转换的控制模式，即手动控制，半自动控制和自动控制，为驾驶员提供不同驾驶方式。对飞行管理系统选择手动模式时成为一种电传操纵系统，选择半自动模式和自动模式时成为一种任务管理系统。

[0020] 上述的三种控制模式都通过飞行管理系统实现对控制对象的组合控制。一种实现方法是，由地面人员给飞行管理系统装订控制等级，机上驾驶员可以选择控制模式，使飞行管理系统可依据驾驶员给出的控制数据和传感器子系统数据信息，对所连接的组合控制对象（飞行控制系统，推力控制系统和起降控制系统）按照控制等级所给的控制规律及其控制函数，协同实施并实现相应的控制过程（以便按照符合控制等级的控制规律来响应各控制对象控制模式的操控指令，并按照预定的控制函数来实现控制过程）。

[0021] 使用电传操纵器是手动模式的一种方法，优选采用数字三轴多余度电传操纵系统，进一步的数字化方法可选数字式全权限的系统，而保留机械化方法可选择保留副翼的机械传动。电传操纵器将机上驾驶员的操纵动作经过变换器转换为电信号的操纵指令传送到飞行管理计算机，结合控制等级的控制规律，经过飞行管理计算机计算后生成动态航路并分发管理，一路连接执行子系统，对控制对象进行符合本发明控制等级的组合控制，由此构成本发明扩展的电传操纵系统，另一路连接监视子系统，将动态航路传输到显示器或CDU上显示，并通过复合数据链传输到地面监控站上显示。驾驶员使用电传操纵器控制飞行，其可生成的动态航线受到飞行范围和禁飞范围的限制。

[0022] 而驾驶员以手动模式操纵与飞行管理系统构成控制对象的油门操纵器，起降操纵器及刹车操纵器的控制设备，将手动操纵生成的各控制指令通过共同连接的飞行管理计算机计算，并分别接通/操作这些控制对象对应的气动舵面，或者发动机油门，或者起落架收放/机轮刹车。飞行管理计算机也将按照预定的控制等级对这里的控制对象进行组合控制，使得航空器的飞行符合控制等级的规定。

[0023] 机上驾驶员选择自动控制模式，并生成规划航线的控制数据传输到飞行管理系统执行飞行的自动控制。飞行管理系统将按照控制等级，依据传感器子系统数据信息，对所连接的飞行控制系统，推力控制系统和起降控制系统进行组合控制，实现飞行的自动控制。选择自动模式后，电传操纵器的操纵指令不会被飞行管理系统接收，而飞行管理计算机自动对各控制对象进行任务管理，按照控制等级和预定航线进行航空器飞行的自动控制。

[0024] 选择半自动模式飞行时，飞行管理系统也按照预定的控制等级和控制数据之一的预定航线实施飞行的自动控制，同时允许驾驶员在飞行范围设定的航线范围内用电传操纵器进行两种调控，一是在空中阶段可采用偏离调控辅助防相撞的方法，二是在着陆阶段可采用纠偏调控的方法进行侧风修正，以不依赖地面监控站而依靠机上驾驶员的人工智能干预的方法，实现安全自动着陆。在半自动模式中，驾驶员的调控指令对飞行管理系统有优先的控制权限。

[0025] 在地面滑行中，可采用手动模式进行滑行的转向控制和刹车控制。

[0026] 对于地面监控站的半自动模式，将空中阶段和着陆阶段合并都适用纠偏调控一种方法。

[0027] 设计偏离调控的特点是，本发明利用未来新航行系统中RNP1的性能进行“灵活航路“设计，在设定航线的飞行范围内，可用手动操控电传操纵器11或控制键的方式使航空器偏离预定航线，释放偏离的操作后能够自动回归预定航线飞行，调整释放的快慢可以达到缓慢回中效果。允许的偏离量由飞行范围限制。偏离达到极限并保持时，偏离的航线将会与预定航线同向同高等距飞行。主要适用于空中阶段高密度空域交通环境，规避航线上其它飞机，以及有利于空域容量的增加。

[0028] 设计纠偏调控的特点是，可用手动操控电传操纵器或控制键的操纵方式，对航空器在自动飞行中偏离预定航线进行纠正，一次操纵产生一次纠偏指令，对应航向的一个调整量，根据具体航空器的气动特性以及指令的脉冲持续时间，可以确定一次纠偏指令产生的航向纠偏量。按键一次或电传操纵器回中后重新操纵才会产生新的一次纠偏指令，连续几次累积的纠偏量可以达到航向较大改变，而通过航向的纠偏可达到对航线偏离的纠正。累积允许的航向纠偏量可以设定范围。主要适用于纠正侧风造成预定航线出现的偏离。

[0029] 4、地面监控站：地面监控站及其控制飞行全过程的方法，是构成合驾飞机完整飞行控制能力的独有特征，以下各细节简称项目，项目的叙述顺序不表示操作顺序。

[0030] 上述的地面监控站的系统构成：由站载复合数据链，若干个监控席位及电脑显示器，特别是监控人员共同注视的大屏幕综合显示器功能，提供导航计算数据及选项显示组件的功能，提供选项显示组件CDU安装接口，以及相应的站载数据编码与解码，数据处理与分发，空管态势和气象信息显示，话音通信，警示与报警等设备及工作条件，必要的电源与应急电源，照明通风，其他人员工作环境等设备。具体的产品配置可以在用户的详细设计中裁剪组合。地面监控站整体可设计成车载移动式，或者地面固定式的结构。

[0031] 上述的地面监控站的监控人员由几种专业岗位的人员组成并具有跨专业融合能力，一是地面管制区指挥员或管制员，二是飞行指挥员，飞行操作员及链路监视员，三是飞行教员及经营人。监控人员岗位按飞行需要分布几种部位但不仅限于此，一是本机场管制区塔台，二是航空器的飞行监控席位，三是异地机场及地面管制区。

[0032] 上述的地面监控站由几种功能构成，一是负责或参与航空器本机场飞行空域及等待空域内航空器飞行活动的管制与指挥，与相邻机场飞行空域相互调整使用及申请临时飞行空域的管理，制定协同制度，二是负责或参与航空器在机场区域划定训练，试飞，低空超低空和夜间飞行等空域的空间，协调机场使用细则，管理机上驾驶员，其中，针对航空器飞行特点划设飞行空域的空间可按照安全和最大化原则，可设置以机场为中心的多象限辐射状且避免重叠和穿越的平面作业区，按高度分层规则设置上下基本对应的各高度层平面作业区，以便于实施飞行指挥，三是监控人员和机上驾驶员是共同执行飞行的团队，需共同遵守飞行基本规则。设置在机场的固定式地面监控站可以称为飞行服务站。

[0033] 前述的监控人员可使用地面监控席的电脑显示器或选项显示组件CDU生成飞行计划并下达或分发到机上驾驶员，并可使用CDU对同时间多机飞行的多份飞行计划数据进行机外预装（对应机上安装）运行检查，检查并协调各选项显示组件上预订的控制等级，飞行范围，禁飞范围，预定航线及所预装的各种航线，以及其他必须检查的内容。

[0034] 前述的机上驾驶员可用选项显示组件CDU，通过有线或无线网络接入方式接收电子版的飞行计划，并进行飞行任务的校对（航行，通信，导航数据）。但是，选项显示组件CDU与航空器或地面监控站的数据信息使用的是有线连接。

[0035] 前述的驾驶员将选项显示组件在机上安装，通过CDU安装接口与座舱综合航电系统连接，在飞行前通电检查连接状态，并与地面监控站进行开机互联互通检查。

[0036] 上述的地面监控站在功能设计上，可以选择连接视距的或超视距的遥测遥控与信传系统，视距的遥测遥控与信传系统一般是采用全向天线链路设备，超视距的遥测遥控与信传系统一般是定向的天线，或者采用卫星中继通信设备，或者超短波电台。特殊的可采用4G/LTE（含LTE-A）系统，或其空中/地面的中继通信转发器设备。遥测遥控与信传系统简称为复合数据链。

[0037] 为适应多架航空器及多个地面监控站同时使用的情况，如航空器所起飞的地面监控站被赋予内容完整的控制权限给航空器上传装订各种控制数据，可以称为本机地面监控站，其它被赋予部分控制权限的地面监控站，可以协助本机地面监控站对航空器的飞行进行监视与应急控制，称为协管地面监控站。

[0038] 上述的地面监控站可以划分为功能独立的产品，一般划分为起降监控站，任务监控站。起降监控站主要负责航空器在机场着陆阶段的监视与控制，其配置的主要设备是监控席位，导航，引导，话音通信和视距的复合数据链。任务监控站主要负责对航空器的飞行阶段，或者着陆阶段的飞行进行监视与控制，其配置的主要设备是导航，视距或超视距的复合数据链，话音通信系统，空管态势和航线上气象信息系统，地空通信无线电台等设备和监控席位，并可对起降监控站进行指挥，协助或替代。

[0039] 上述的地面监控站及监控人员任何时间都能获得机上全部可下传的数据信息并可以选择下传的内容和时间，在任何时间都能上传指令或控制数据给机上飞行管理系统对其进行控制，即地面监控站对机上系统具有优先的控制权限。但是，鉴于数据链资源有限，设计方案可选择机上完整的数据信息在机上存储，只选择部分数据信息下传，并且对完整数据信息中属于异常或故障的数据信息采用选择性优先自动下传的方案，减轻机载复合数据链负担并保证重要数据信息能够正确及时下传到地面监控站上。

[0040] 而地面监控站对航空器的控制，正常状态时通过机上驾驶员实施飞行的控制。特殊状态时可由地面监控站根据控制等级和任务规划，或者分析航空器下传的数据信息，通过上传控制数据到飞行管理系统选择控制模式实施飞行的控制。应急状态时，地面监控站可以发送返航指令，航空器将按最短路线返航或迫降并着陆。

[0041] 当地面监控站上传到飞行管理系统的控制数据为控制模式时，允许机上驾驶员自主选择控制模式。

[0042] 当上传到飞行管理系统的控制数据为自动模式时，通过飞行管理系统识别来自地面监控站的控制数据，并按照上传的预定航线对航空器进行飞行的自动控制，此时，机上驾驶员不具有选择手动模式的控制权限，电传操纵器的操控指令不被飞行管理计算机接收。

[0043] 当上传到飞行管理系统的控制数据为半自动模式，通过飞行管理系统识别来自地面监控站的控制数据，并按照上传的动态航线对航空器进行飞行的控制，此时，机上驾驶员也不具有选择手动模式的控制权限，其操控指令不被飞行管理计算机接收。但同时允许地面人员无论在空中阶段或在着陆阶段，都具有对飞行管理系统优先的控制权限，能够对地面上传的或机上生成的预定航线进行偏离遥控或纠偏遥控，实现地面监控站控制人员特殊情况时对航空器进行手动模式的遥控飞行。地面监控站的遥控功能是指通过复合数据链给航空器上传控制指令或数据信息，而对应的遥测功能这是地面监控站接收航空器下传数据信息。

[0044] 5、综合显示器：综合显示器（23）（或称监控大厅）是固定式地面监控站人机界面的综合显示器（23）设计方法与系统，适用于对多架航空器同时进行飞行监控，并在飞行监控设备与监控人员的需求之间建立起技术连接。适用的机场是，长期为合驾飞机提供飞行服务的机场，或者主要为合驾飞机兼为其它飞机提供飞行服务的机场。移动式地面监控站适用于飞行架数较少的或临时机动的机场。

[0045] 在机场布局上，以安装综合显示器的飞行指挥大厅负责对本机场飞行空域及等待空域的飞行监控，以机场的指挥塔台负责对进近航线，复飞，起降滑行道和机场滑行区的监控，指挥塔台内接入等待空域的实时飞行数据与显示器。

[0046] 飞行指挥大厅内布置综合显示器的宽幅显示器和多个监控席位，提供指挥员或管制员，飞行操作员等监控人员的工作条件，可以有多个设计细节不同的方案。

[0047] 综合显示器的两种细节设计方案分别是A和B。方案A是单屏方案，在一块显示屏上分多个画面同时显示机场飞行空域及等待空域的多象限多高层的飞行作业区，显示方法同方案B，并同屏显示起降区视频如起飞着陆。方案B是多屏方案，用多块显示屏分别显示多象限多高层的飞行作业区，用一块屏显示起降区视频和飞行区气象信息。其中，优选采用两块显示屏的方案B。显示屏可以是平面的或曲面的。

[0048] 多象限多高层的飞行作业区在一块宽幅显示器上集中显示，按作业象限从左到右各用一个画面显示，每个象限的画面从上到下显示全部作业高度层。四象限或八象限飞行作业区可以四列或八列布置，可以细分空域增加对应的象限数量，也可田字形布置。每个象限的作业高度层按高空到低空上下排列如同抽屉，每个抽屉内用移动图形显示正在飞行的航空器，抽屉内水平移动表示航空器在高度层内的飞行，点击某个抽屉可展开覆盖该象限的画面，显示该高度层上航空器在飞行航线上的移动状态，并可叠加其临近的空域态势，展示该航空器航线与它机航线的现状。根据航空器处在飞行空域内或等待空域内，可以用颜色对各抽屉加以区别与识别。

[0049] 每个作业象限的画面所对前方，对应相应的监控席位，同时飞行的航空器数量较多时，推荐每个监控席位对应一个作业象限，以便监控人员集中精力。监控人员可以用监控席位设备与驾驶员互通数据信息或控制数据，实施飞行的监控。

[0050] 采用综合显示器的宽幅显示器和多个监控席位的监控设计方案，适用于无人驾驶航空器。

[0051] 6、选项显示组件：为解决在飞行中机上驾驶员无暇临时规划航线的难点，需要在飞行前规划飞行航线。
强化飞行前地面准备作业，将飞行计划或其中可能执行的正常或应急航点航线进行预先规划。在飞行前采用选项显示组件CDU装订飞行计划并进行运行检查。

[0052] 作为飞行管理系统人机交互界面的选项显示组件CDU（其首字母control控制choice选择或可替换，选择的含义直观但控制的含义更准），在设计上采用几点方法，一是CDU可用计算机功能的器件，存储器及显示器设备的集成来实现选项的计算、显示或操作，二是在座舱综合航电系统或监控席位上可定制可互换的CDU安装接口，三是选项显示组件CDU可设计为快装卸，移动便携式的电子设备，四是可支持有线或无线网络接入方式在飞行前接收电子版的飞行计划，自带电池并配充电接口，包括USB口，检查CDU与航空器的数据信息时一般应是有线连接。可选用现役飞机成熟的控制显示组件CDU进行设计性改进替代选项显示组件。飞行中，选项显示组件CDU装订的飞行计划数据，均不可被机上人员修改。

[0053] 选项显示组件的人机界面设计细节还包括，一是可由显示触摸屏的形式，或者显示屏+功能键的形式，或者显示屏+键盘的形式，或者这些形式的组合来适应机上驾驶员的操作需要。二是显示屏可翻页的页面布局可以标准化以适应多种应用的集成。三是选项显示组件上提供自定义的快捷功能键，如应急返航功能键，提供显示地理信息数据，导航计算数据和实时导航信息及航点信息，便于显示屏上作业，并可配置生成和装订航线，图形处理的APP工具，包括叠加字幕标注，画中画显示功能或色彩效果。通过选项显示组件CDU多页面及选项可实现飞行规划与转换的应用。在选项显示组件上选择的控制模式可以字符图形显示供确认，生成的临时航线可进行调试运行验证后自动连接到飞行管理系统执行飞行控制，并通过机载复合数据链下传到地面监控站。

[0054] 多架航空器同时飞行，可采用选项显示组件的有线或无线网络接入方式在飞前互联互校飞行计划的有关数据，包括飞行范围，禁飞范围，预定航线，其他备选航线和航点，含返航和应急航线。飞行前至少进行一次有线连接的检查。

[0055] 飞行中，多架合驾飞机机载选项显示组件CDU之间可互联互通，交换实时信息，可构成无中心移动通信网络，并将交换的实时信息传输给机上飞行管理系统识别有关航空器之间的位置和飞行信息，通过导航计算构成主动预防式防止相撞系统功能。

[0056] 在功能实现方面，选项显示组件CDU连接并发送控制指令或控制数据到飞行管理系统，其人机界面可供机上驾驶员对多种控制模式，限制范围和航线生成进行选项和操作。选项显示组件连接在座舱综合航电系统CDU安装接口上并供电，布置在机上驾驶员视觉和操纵可达的位置。

[0057] 在选项显示组件上选择手动模式时，其显示屏可用于显示驾驶员操纵电传操纵器生成的动态航线，选择半自动模式和自动模式时，其显示屏可用于显示和操作在限制范围内飞行的航线。显示的航线可在显示屏上叠加在地理信息产品中。

[0058] 选项显示组件CDU显示屏上，一般顶行用于显示状态转换，底行用于显示修改和确认，中间多行用于显示限制范围或航线生成的内容或用于操作。类似有人驾驶飞机的控制显示组件CDU有便于驾驶员保持与沟通使用方法的优点。

[0059] 座舱综合航电系统人机交互界面所选择或生成的指令，航线，是飞行管理系统运行的输入依据，也是构成航空器与地面监控站的数据交互与飞行控制的依据，选项显示组件是人机交互界面的一种设备。可用选项显示组件的翻页操作，如为触摸屏则可在屏上操作，翻页查看飞行计划的有关飞行数据(可调用的航线)，飞行中，选项显示组件装订的飞行计划数据，均不可被机上人员修改。

[0060] 预定航线及可调用航线含应急航线，复飞航线，飞行范围，禁飞范围，以及机上生成临时航线，都可以在选项显示组件上显示，选择相互透视叠加可作比对或检查，选择与地理信息产品匹配，并可以在屏上显示所生成的临时航线及航点。

[0061] 在选项显示组件上选择的控制模式可以字符图形显示供确认，生成的临时航线可进行调试运行验证后自动连接到飞行管理系统执行飞行控制，并通过机载复合数据链下传到地面监控站。

[0062] 飞行中，选项显示组件满足机上驾驶员多种飞行操作：设置航点：显示或设置航线起点，当前航点，前个航点，下个航点。

[0063] 设置航线指令：重飞，补飞，观光航线，返航指令，或使用航线指令快捷自动生成一条航线。

[0064] 其中：选择重飞表示从进入空中阶段的航线起点开始再飞行一次。为此，驾驶员可以在选项显示组件上确认航线起点，或输入重飞指令，航空器将从当前航点自动飞行到航线起点再实施重飞。

[0065] 选择补飞表示从当前航点回到前个航点开始再飞行一次，为此，驾驶员可以在选项显示组件上确认前个航点，或输入补飞指令，航空器将从当前航点自动飞行到前个航点再实施补飞。

[0066] 在选项显示组件上规划一段观光航线及下个航点，或输入观光航线指令，能够从当前航点飞行到下个航点为起点的观光航线，实施观光航线飞行。可以将整个空中阶段作为观光航线，则选择观光航线与选择重飞的效果相同。

[0067] 驾驶员选择或针对应急情况，可以在选项显示组件上选择返航指令或返航航线，可输入返航航线经过的下个航点，或者选择应急航线，都能够结束预定航线或动态航线提前返航。

[0068] 7、航行监测系统：飞行管理系统包括航行监测系统，航行监测系统与飞行管理系统，机载复合数据链和座舱综合航电系统连接，其数据信息由飞行管理系统传送到座舱综合航电系统显示和应用，或者经机载复合数据链传送到地面管制区或地面监控站显示，应用或记录。依法可以在预定的空中阶段停止该数据信息向地面的传送。航行监测系统具备开放性，能够按照ICAO未来新航行系统（FANS）的要求同步提高发展。航行监测系统中会合多项子系统，包含导航系统，广播式自动相关监视ADS-B及空管应答系统，话音通信系统，地空通信无线电台系统，地面着陆引导机载系统。其中：
导航系统为飞行管理系统提供导航计算数据，集成了卫星与惯性的组合导航，卫星差分导航，复合数据链的无线电导航，大气数据计算机系统，姿态传感器，天文导航，地面着陆导引，并可在用户详细设计中剪裁取舍。导航系统与飞行管理系统连接并提供四维位置数据及有关信息，提供基本导航数据供飞行管理系统进行导航计算数据，进行航线飞行的控制，从而地理位置中识别和提供控制数据。以目前航空器能达到的所需导航性能RNP及精度，航线飞行控制优于RNP0.3，航路飞行控制满足RNP1(RNAV)，因而可以使用本发明提出的偏离调控的方法，而RNP也满足CATIIIC紧密进近，满足终端精密RNP，适合RNP AR，可选用RNP AR APCH的着陆能力。

[0069] 广播式自动相关监视ADS-B或空管应答系统与飞行管理系统连接，一方面，广播式自动相关监视ADS-B或空管应答系统将实时数据信息传送到座舱综合航电系统可显示，告警，或记录，同时通过自身的数据链直接传送到地面管制区供地面管制员监视与管控。或者通过机载复合数据链的视距或超视距链路编码传送到地面监控站上，并显示接收到的本航空器周边的它机航行态势。一方面，利用广播式自动相关监视ADS-B或空管应答系统的数据信息获得周边它机接近本机的危险态势，通过飞行管理系统解算出航空器空中防撞的判据和规避航线，建立本机空中防撞的控制能力，构成本机空中自动防撞的控制规律，其中，采用优于RNP1类型的精度，可减小空中防相撞所需的高度层间隔和水平间隔，有利于增加飞行密度合理动态利用空域。在应用中，广播式自动相关监视ADS-B的数据链，应采用UAT或1090ES ，可根据民航部门的建议要求确定。并且采用广播式自动相关监视ADS-B和空管应答系统两者之一或并用，也可根据当地空管条件选择。

[0070] 话音通信系统经过复合数据链的视距或超视距链路通过话音编码由机载话音电台与地面管制区话音电台互联互通，相应的，站载复合数据链的视距或超视距链路相应进行话音编码，使得地面监控站能够随着航空器的飞行与沿途地面管制区或地面监控站进行话音通信。话音电台的频率应符合民航部门的要求。

[0071] 机载地空通信无线电台系统独立与地面通信。地空通信无线电台系统或航行的灯光指示系统可与飞行管理系统连接，依法可在空中阶段自动关闭，仅在起飞和着陆阶段打开。

[0072] 在机场建设的地面着陆引导系统可作为航空器着陆备份系统，提高安全性。该类技术产品比较成熟，本发明推荐航空器上配置相应的机载系统。

[0073] 8、飞行范围（航线的和空域的）：飞行范围是可执行的控制数据，以地理坐标表示对允许航空器飞行的空域范围进行识别与限制飞出。通过航行监测系统的数据信息，飞行管理系统能够在飞行中对飞行范围进行识别与限制。飞行范围包含航线范围和任务空域范围，航线范围是对相对于航线划设一定的宽高范围，数值可以相对固定，并可以航线地理坐标为参照的相对坐标表示，供规划航线的安全间隔，航线上的调控或遥控。而空域范围则是对飞行期间以地理坐标表示的包含任务空域宽高范围的限定，通常针对每次各次飞行划设，也可以针对机场周边的训练，经常性的外勤作业，交通航线等飞行空域划设并相对固定。

[0074] 由地面人员给飞行管理系统装订飞行范围。一般可由地面监控站上传装订到飞行管理系统，或用CDU连同飞行计划一起装订，并可在地面监控站和座舱综合航电系统上显示。飞行范围不能由机上人员修改，一般在飞行中不能被修改。

[0075] 飞行范围具有优先于机上驾驶员手动模式驾驶或自动模式规划航线范围的控制权限。当机上驾驶员选择自动模式应用选项显示组件生成或装订航线时，根据对飞行范围的识别，选项显示组件将自动提醒驾驶员并拒绝生成不符合飞行范围的航线。但可以自动生成并优化符合飞行范围的规避航线。

[0076] 当驾驶员选择手动模式操纵电传操纵器飞行产生动态航线时，在航空器接近或到达飞行范围前，由飞行管理系统自动提示报警或自动中断驾驶员的动态航线，并自动改变原航线回到飞行范围内，就地自动待机飞行，等待驾驶员在飞行范围内继续手动模式或选择其它控制模式操控剩余航线的飞行，超出预定的待机时间后，航空器将按照预定的处置方案或任务规划，在飞行范围内自动切转到新的航线飞行，包括自动返航并着陆。

[0077] 禁飞范围也是航空器上可以装订的控制数据之一，以地理坐标表示的限制航空器飞入的空域范围。通过航行监测系统（的数据信息，飞行管理系统也能够在飞行中识别并限制进入禁飞范围。禁飞范围包含飞行范围内国家飞行基本规则中规定的空中禁区，限制区和危险区等，以及威胁飞行安全的建筑物，山地林区和恶劣气象区。禁飞范围通常针对每次飞行划设，也可以针对机场周边的训练，经常性的外勤作业，交通航线等飞行空域划设并相对固定。

[0078] 由地面人员给飞行管理系统根据政府发布的数据装订禁飞范围。一般可由地面监控站上传装订到飞行管理系统，或用CDU连同飞行计划一起装订，并可在地面监控站和座舱综合航电系统上显示。禁飞范围不能在飞行中不能被修改。

[0079] 禁飞范围具有优先于机上手动模式，半自动模式和自动模式的控制权限。预定航线时出现进入禁飞范围的规划，将被系统提示并被拒绝。但飞行管理系统可以自动优化生成符合飞行范围及禁飞范围的规避航线。

[0080] 执行飞行中的情况与飞行范围相同。

[0081] 当驾驶员选择手动模式操纵电传操纵器飞行产生动态航线时，在航空器接近或到达禁飞范围前，由飞行管理系统自动提示报警或自动中断驾驶员的动态航线，并自动改变原航线避开禁飞范围，就地自动待机飞行，等待驾驶员在飞行范围内继续手动模式或选择其它控制模式操控剩余航线的飞行，超出预定的待机时间后，航空器将按照预定的处置方案或任务规划，在飞行范围内自动规避禁飞范围并自动切转到新的航线飞行，包括自动返航并着陆。

[0082] 9、应急处置：航空器出现提示或报警的异常状况时，优先由机上驾驶员和地面监控站监控人员通过复合数据链协同，在实施应急航线及返航着陆的飞行前/飞行中应征得地面管制区暨机场管制员同意。

[0083] 当航空器出现异常时，座舱综合航电系统发出提示或报警，飞行控制系统自动转换到应急状态，并按照预定时间待机飞行，如果机上人员或地面人员都没有操控响应，则航空器根据预先装订的应急处置方案自动切换返航航线或应急航线自动返航并着陆。

[0084] 一种特殊情况是（系统故障及驾驶员病状，航线异常，不明原因）航空器在应急状态时，飞行管理系统自动转换到待机飞行状态，按照预定时间等待，并自动下传提示或报警数据信息。

[0085] 对于以上情况，此时，地面监控站人员可根据航空器下传的遥测数据信息，或切换到机上观察视频系统的影像，判明数据信息的属性，可决定对航空器采取的处置措施，包括上传控制数据话音，给机上驾驶员发出提示或报警，提示采取的处置措施，包含规避相撞，关注导航或测控链路信号减弱，飞行范围或危害气象报警，以及系统故障等级。机上未现致命故障则优先机上驾驶员处置。

[0086] 如果机上驾驶员出现异常状况，地面监控站人员可以选择处置措施，包括应急发送返航指令。特别是航空器异常偏离预定航线，经过预定等待时间未见机上驾驶员改正，或机上观察视频系统的影像显示机上异常，地面监控站可以应急上传返航指令或应急航线切断机上手动模式引导航空器返航着陆。

[0087] 如果超过预定等待时间机上不明原因并没有采取处置措施，地面监控站人员可以预防性指令航空器自动返航着陆。

[0088] 在预定时间机上驾驶员没有采取合理措施后，地面监控站将强制航空器以自动模式来控制飞行，或者根据应急情况，上传控制数据控制航空器自动切换到返航航线，即从当前航点切换到进近航线入口，并返航着陆。

[0089] 对于机上驾驶员，一种特殊情况是，航空器上警示或报警出现应急状态时，地面监控站没有操控响应（含地面异常），则机上驾驶员可以选择返航航线实施自动返航（含出发机场），空中阶段驾驶员可采用偏离调控辅助防相撞的方法，在着陆阶段可采用纠偏调控的方法，以不依赖地面监控站而依靠机上驾驶员的人工智能干预的方法，实现安全自动着陆。此时，机上驾驶员还可以选择应急航线自动返航，用选项显示组件上应急返航功能键快速完成返航选项，实现航空器从当前航点以最短路径自动返航并着陆，或者就近机场迫降并着陆的应急处置。

[0090] 在空中阶段，出现正常的空中相遇（飞行基本规则）情况时，驾驶员可以使用半自动模式的偏离调控进行手动操控，配合半自动模式提供自动避让的规避航线，调控避让效果。在着陆阶段，机上驾驶员可以选择半自动模式，根据机场指挥员的指令进行滑行航线的纠偏调控，并可以手动使用起落系统的刹车功能，以适应机场滑行航线的千变万化。

[0091] 机上驾驶员使用模式选项器选项后可以使用模式确认，并可以给出模式未选或未确认的提示，一般用声光提示方式。

[0092] 航空器正常着陆可应用RNP AR航线，机上驾驶员在空中阶段选择应急航线时，飞行管理系统自动获得与机场关联的进近航线或终端精密RNP(窗口航路入口)并从当前航点连接到进近航线入口，或地面管制区指定的入口航点，如果应急航线有特殊需要，驾驶员可以应用航线生成电脑选择返航机场的应急进近航线，飞行管理系统将据此将下个航点自动转换到该应急进近航线入口。

[0093] 如果应急航线遇到禁飞范围，根据预先装订的禁飞范围的控制数据，飞行管理系统采用自动的规避航线绕行该空域。

[0094] 如果在应急航线上有空中相遇，由飞行管理系统和航行监测系统按照飞行基本规则自动执行规避航线，机上驾驶员可以采用偏离调控/纠偏调控方法辅助规避飞行。

[0095] 10、控制范围：控制范围是可执行的控制数据，是以地理坐标表示的空间区域，由飞行管理系统对复合数据链进行天线指向，或接通与关闭的控制，指定连接的地面数据链路，对其选择互联互通的地面监控站起选择性限制的作用，对定向或全向天线链路都应符合选择性要求，目的是扩大地面监控站同时可监控航空器的数量。监控人员将控制范围装订到飞行管理系统，并可在座舱综合航电系统上显示。

[0096] 控制范围可用空间曲面表达，毗邻的曲面互补交错，各自构成平面上封闭的曲面空间。可以规定，在控制范围内地面监控站的站载复合数据链与所处同一控制范围内航空器的机载复合数据链能够互联互通，而不能与该控制范围外及其边界上航空器的机载复合数据链互联互通。控制范围的边界可以相离，相接，但应避免相交。出现应急待机后允许机上人员修改。

[0097] 地面监控站的站载复合数据链通过定向天线链路，全向天线链路，或移动通信4G/LTE（含LTE-A）链路，或数字多波束相控阵天线链路，以及所述天线链路组合的多天线链路，并可配合频谱感知和接入，航空器的电子身份识别码，使得一个地面监控站能够对控制范围内的一架及多架航空器进行遥测，遥控，信息传输，或对这些航空器进行定位跟踪，实现地面监控站与控制范围内航空器之间数据信息的互联互通，并可通过传送控制数据对航空器进行操作。

[0098] 当地面监控站通过全向天线链路识别出控制范围内航空器需要定向测控时，多天线链路组合能够分配或自动分配天线波束对这些航空器进行定向测控及宽带信息传输，解决个别航空器上的观察视频系统及其它宽带视频实时传输到地面监控站的需要，或者进行应急测控而采用点对点测控的需要。在用户的详细设计方案中，对同时飞行的航空器数量较多，地面监控站上同时显示的席位数量有限的配置情况，优选复合数据链对航空器采用循环轮询的技术方案，对下载的数据信息选择性下传，即精简和重点下传提示报警数据信息，减少带宽的占用。

[0099] 选择性数据传输的另一设计方法是，全部可下传的机上数据信息优先存储，不需要全部实时下传到地面监控站，只在出现异常或故障时进行选择性下传，并将与提示或报警时段关联的数据信息下传到地面监控站，以减少数据链负担。

[0100] 11、多站多机，构成一种互操作性：控制范围可以扩展用法，即通过划设控制范围并设定航空器与所在控制范围的地面监控站互联互通，即构成一种控制范围对航空器的互联互通互操作关系，并且，通过控制范围的相接互联，构成具有空中或地面数据网络连接的地面监控站之间的“多跳”传输关系，实现航空器的超视距网络化测控与通信。

[0101] 当航空器飞行从控制范围进入相接的控制范围内时，航空器机载复合数据链在离开原控制范围的边界后，开始与新的控制范围内的地面监控站建立测控连接，或称为选择性互联互通，之前的地面监控站与该航空器中断互联互通。

[0102] 当航空器飞行空间延伸到控制范围外并没有进入新的控制范围时，只要复合数据链的天线对该航空器具有可控电平强度，仍可以继续测控该航空器直到该航空器进入其他已经划设的控制范围并由新的控制范围空域内的地面监控站与对该航空器进行测控连接。

[0103] 如果航空器在未划设控制范围的空域内并在设定的延迟时间后没有新的地面监控站连接测控，则地面监控站可以重新装订延迟时间，或将控制范围扩展到该航空器的飞行空域，该航空器仍接收之前控制范围地面监控站的测控，或者按照预定的应急方案处置，包括航空器自动返航。

[0104] 如果划设的相接控制范围意外相交，则在相交空域内已测控者（先控制者）具有保持测控的优先权。

[0105] 可以在多个地面监控站之间建设地面通信光纤的或无线电的通信网络连接，以互联互通数据信息，所连接的数据信息包含航空器电子身份识别码，当地的地面监控站可对在飞航空器下传的测控数据信息进行广播或定点转发到本机站或网站接收，并可以通过互联网协调控制范围的划设。

[0106] 通过划设控制范围，可以建立相邻控制范围的地面监控站之间对航空器测控的优先权和测控的接力跳，从而构成一种互联互通互操作的方法。而这种对航空器和地面监控站之间组合应用控制范围的方法，确定了多个相同性能的地面监控站之间对一架及多架航空器建立互联互通互操作关系，可以在远距离的多个地面监控站构建“多跳”超视距数据链的应用，这样的设计方法有利于复合数据链的频率资源利用，并有利于采用标准化的信息格式，建立开放式格式和接口体系，配置通用地面监控站，提高其经济性。

[0107] 控制范围可用于控制机载复合数据链的开机关机，适用于备份数据链的选择性自动接通，或无线电静默防干扰的安全措施。也可用于选择性下传机载数据或摄像照片数据。

[0108] 合驾航空器驾驶员在自驾飞行的方法上，能够通过手动模式实现即想即驾的飞行，是典型的有人机驾驶飞行的方式。也可以在机上用键盘或触摸屏快速生成飞行航线，以及调用预定航线，并自动装订到合驾飞机控制系统中自动实施飞行控制。后者则是典型的无人机系统飞行控制方法。同样，地面监控站也能够生成飞行航线，装订到合驾飞机系统中实施飞行控制，并在航空器发生故障时快速接管飞行的控制，显著提高航空器飞行的安全性。同时，地面监控站上的飞行监控人员一部分会是航空器系统的开发人员，又是飞行管理及飞行控制的专家，但不是职业飞行员，这是本质的巨大改变，这将促成航空飞行管理和地面飞行保障队伍的规模化职业化发展，而促成驾驶员队伍实现非职业化的转变，合驾飞行器将陪伴自驾飞行的普通人一道，进入非职业化航空新世纪。

[0109] 本发明的合驾航空器继承了成熟的飞行防撞技术，关注提升防撞技术的应用深度，能够有效利用空管资源，能够按照ICAO未来新航行系统（FANS）的要求同步提高发展，保证航线及空域飞行的安全。作为新兴的航空技术和航空产业，合驾航空器将会迅速进入广泛的应用领域，成为通用航空的升级换代技术和产品，将会与商业运输飞机、传统通用航空飞机等一起共享空域资源。合驾航空器作为新技术航空产业的需求和发展潜力巨大，必将加速实现航空产业，特别是通用航空产业对国民经济建设的贡献效应，是中国通用航空产业发展的新方向新希望。附图说明

[0110]图1是合作驾驶航空器系统视距链路示意图；
图2是合作驾驶航空器系统超视距链路示意图；
图3是合驾航空器飞行管理系统示意图；
图4是合驾航空器机载系统示意图；
图5是气动舵面组成的示意图；
图6是组合控制负载的典型传递关系示意图；
图7是副翼操纵杆与舵杆转换器示意图（中立位置）；
图8是副翼操纵杆与舵杆转换器示意图（松开位移）；
图9是副翼操纵杆与舵杆转换器示意图（副翼偏转）；
图10是CDU航线检查与航线规划图；
图11是综合显示器示意图；
图12是控制范围垂直剖面示意图；
图13是控制范围水平剖面示意图。

[0111] 附图标记说明：1-航空器，2-移动地面监控站，3-固定地面监控站，4-复合数据链，5-中继通信设备，6-机身，7-机翼，8-副翼，9-扰流板，10-襟翼，11-减速板，12-水平方向舵，13-平尾，14-垂尾，15-垂直方向舵，16-副翼操纵杆，17-舵杆转换器，18-副翼控制机构及杆系，19-转换锁舌，20-副翼，21-滑动引导器，22-平台固定座，23综合显示器。

具体实施方式

[0112] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0113] 本发明的合作驾驶航空器系统包括的地面监控站（包括移动地面监控站2和固定地面监控站3的监控人员通过复合数据链的数据链路4及地面监控站上有关设备，对航空器1进行飞行控制的方案。复合数据链可分为视距性能的和超视距性能的两类，一般采用卫星等中继通信设备5实现超视距性能。如图1和图2所示，图1是合作驾驶航空器系统视距链路示意图，图2是合作驾驶航空器系统超视距链路示意图。

[0114] 它的总组成是这样的：合作驾驶航空器系统包括航空器1、地面监控站（包括移动地面监控站2和固定地面监控站3）和复合数据链4。其中，航空器1内部有驾驶员及主要的机载系统即飞行管理系统（飞行管理系统的构成如图3所示），驾驶员可使用电传操纵系统驾驶飞行，飞行管理系统则以飞行任务管理方式进行飞行的自动控制。同时，航空器1与地面监控站之间通过复合数据链4的无线电数据链路相连接，通过复合数据链4可将飞行管理系统的遥测数据信息下传到地面监控站，使得地面监控站能够监视航空器1的飞行数据或状态，而地面监控站通过复合数据链也可将自己的控制数据即控制指令或称可执行的预定航线上传到航空器1的飞行管理系统对航空器1进行飞行的控制，从而能够代替机上驾驶员对航空器1进行飞行的控制，实现空中和地面的合作驾驶。

[0115] 如图3所示，航空器1以飞行管理系统的飞行管理计算机及有关单元，与作为参数传感器子系统的航行监测系统、发动机参数传感器和起落架/机轮参数传感器连接，获得有关自检参数的数据信息并作为输入，与作为监视/操纵子系统的复合数据链和座舱综合航电系统连接，互联互通有关数据信息和控制数据并供机上显示，操作，或下传到地面监控站供监控人员使用，与作为执行子系统的飞行控制系统、推力控制系统和起降控制系统连接成为组合控制对象，输出控制数据，有各自的伺服控制机构对相应的控制负载实施控制，由以上连接构成飞行管理系统的主运行系统。通过选项显示组件为飞行管理系统设置三种可以转换的控制模式，即手动控制，半自动控制和自动控制，为驾驶员提供不同驾驶方式。对飞行管理系统选择手动模式时成为一种电传操纵系统，电传操纵器将机上驾驶员的操纵动作经过变换器转换为电信号的操纵指令传送到飞行管理计算机，结合控制等级的控制规律，实现对飞行控制系统的控制。而选择半自动模式和自动模式时成为一种任务管理系统。

[0116] 驾驶员操控飞行的控制等级及其控制规律的案例如表1所示。

[0117]表1：驾驶员操控飞行的控制等级及控制规律
-
（控制规律：×表示禁止操控，√ 表示有限制操控，√表示正常操控）
表中控制等级描述：
搭乘：驾驶员作为乘客；
水平：操控等高水平变航线飞行；
起伏：操作变高变航线飞行；
回航：操控反复变高变航线飞行（兜圈），可含进近复飞；
着陆：操控进近和着陆；
机动：航姿过载防护内的自由机动操控，是合驾飞机大机动飞行的底线。

[0118] 如图3所示，在组合控制对象中，飞行控制系统包含电传操纵器，飞行控制计算机，控制器和控制机构，连接控制负载气动舵面，分别对俯仰，横滚和偏航三轴各气动舵面实施控制，实现对航空器飞行的航姿，航线的控制。推力控制系统包含油门操纵器，推力控制计算机，控制器和控制机构，连接控制负载发动机油门，控制发动机推力，配合飞行控制系统实现对航空器航线剖面，飞行速度的控制。起降控制系统包含起降操纵器及刹车操纵器，起降及刹车控制计算机，控制器和控制机构，连接控制负载起落架收放/机轮刹车，配合飞行控制系统实现对航空器着陆和滑行的控制。飞行管理系统对所连接的飞行控制系统、推力控制系统和起降控制系统按照控制等级进行组合控制。飞行管理计算机与飞行控制系统都具有多余度，可以由具有计算功能的器件制作并合并设计。

[0119] 如图3和图4所示，连接航空器1的复合数据链分为机载复合数据链和站载复合数据链两部分，并通过无线链路连通。飞行管理系统与机载复合数据链连接，将飞行管理计算机所连接的机载各系统的数据信息通过机载复合数据链下传到地面监控站。地面监控站与站载复合数据链连接，将地面监控站的数据信息或控制数据通过站载复合数据链上传到飞行管理系统计算或分发到所连接的机载系统，从而构成一种地空合作操纵方式。

[0120] 如图4所示，其中，座舱综合航电系统接收飞行管理系统分发来的数据信息，在驾驶员目视和操作可达的位置布置显示操作设备如选项显示组件CDU用于显示或操作，或者用计算机器件，存储器及显示器设备的集成来实现选项的显示或操作，或者现役飞机成熟的控制显示组件CDU，飞行指引仪（用于显示当前航空器1的位置和航姿），以及其它电子飞行仪表。使用电传操纵器需要显示或操作的数据，指令，可以使用（其人机交互界面的）选项显示组件CDU。

[0121] 其中，连接气动舵面并起布局支撑作用的平台结构系统，连接发动机油门的动力能源系统，连接起落架收放/机轮刹车并提供伺服能源的机电操纵系统，也都与飞行管理计算机系统连接并传送数据信息（即所包含的性能数据，自检数据，运行和报警状态）。同时，接收飞行管理计算机系统的控制数据并接受起动，自检，转换，关断的控制。如图3、图4和图5所示。在图5中，气动舵面的组成包括：机身6、机翼7、副翼8，扰流板9、襟翼10、减速板11、水平方向舵12、平尾13、垂尾14和垂直方向舵15等部件。

[0122] 航空器1上的电源供电系统一般由主电源和蓄电池组成，构成不间断供电，其最低电压高于各机载系统计算机重启的最低电压。安装观察视频系统，与飞行管理系统连接，用于驾驶员与地面监控站视频对话，可用于地面监控站观察驾驶员工作状态。

[0123] 控制等级与组合控制负载：在飞行管理系统中构建与地面监控站的数据链连接，引入控制等级为飞行管理系统控制其组合控制对象提供控制规律。设置三种可以转换的控制模式，即手动控制，半自动控制和自动控制。对飞行管理系统选择手动模式时成为一种电传操纵系统，选择半自动模式和自动模式时成为一种任务管理系统。见图6。

[0124] 如图6所示，三种控制模式都通过飞行管理系统实现对控制负载的组合控制。一种实现方法是，由监控人员给飞行管理系统预定控制等级，机上驾驶员可以选择控制模式，使飞行管理系统可依据驾驶员给出的控制数据和传感器子系统数据信息，对所连接的组合控制对象按照控制等级所给的控制规律及其控制函数，协同实施并实现相应的控制过程。

[0125] 航空器1的手动模式可采用数字三轴多余度电传操纵系统。见图3。如图7、图8和图9所示，是使用电传操纵器手动模式的一种保留副翼一路机械传动的方法，对其中的副翼操纵机构，取传统的飞机操纵杆机构（软或硬）作为副翼操纵杆16，一端与电传操纵器的副翼20输出端连接，但保留操纵动作经过变换器转换为电信号的操纵指令传送到飞行管理计算机的功能，另一端与副翼气动舵面的伺服控制机构连接，使得控制机构串联在副翼气动舵面和电传操纵器之间。为实现飞行管理系统与电传操纵器的协同操纵，将控制机构安装在舵杆转换器17上。舵杆转换器17的转换机构可选用电动，液压，电磁方式，或这些方式的组合，与飞行管理系统连接并接受管理。在操纵使用中，只在转换控制模式的时刻，需要飞行管理系统控制副翼气动舵面回到中立位置并执行转换。在航空1或飞行管理系统发生致命故障如供电停止时，舵杆转换器17将处于与平台结构系统的平台固定座22松开的状态。

[0126] 当选择手动模式时，飞行管理系统首先控制副翼气动舵面回到中立位置并使舵杆转换器17与平台固定座22松开，此时转换锁舌19卡紧副翼操纵杆16，使得副翼控制机构及杆系18与舵杆转换器17可以跟随副翼操纵杆16一起沿滑动引导器21位移，同时，副翼气动舵面与副翼控制机构及杆系18保持连接，仍然接受飞行管理系统的组合控制。

[0127] 当选择自动模式时，飞行管理系统首先控制副翼气动舵面回到中立位置并使舵杆转换器17与平台固定座22紧固，此时转换锁舌19卡紧平台固定座22，使副翼控制机构及杆系18与舵杆转换器17不能跟随副翼操纵杆16一起位移，同时，副翼气动舵面与控制机构保持连接，只接受飞行管理系统的组合控制。

[0128] 当选择半自动模式时，飞行管理系统对舵杆转换器17的转换与自动模式的相同，转换到半自动模式后，副翼气动舵面只接受飞行管理系统的组合控制。

[0129] 图7中：中立位置（副翼操纵杆16可以移动）；图8中：松开位移（副翼操纵杆16向右联动）；
图9中：副翼偏转（副翼操纵杆16向左联动）。

[0130] 地面监控站及其控制飞行全过程的方法，是构成合驾飞机完整飞行控制能力的独有特征，由以下各细节（项目）表述，但叙述的顺序不表示操作顺序。

[0131] 1、地面监控站的监控人员由几种专业岗位的人员组成并具有跨专业融合能力，一是地面管制区指挥员或管制员，二是飞行指挥员，飞行操作员及链路监视员，三是飞行教员及经营人，监控人员要按有关法规具备必要的资质。监控人员的岗位按飞行需要分布几种部位但不仅限于此，一是本机场管制区塔台，二是航空器1的飞行监控席位，三是异地机场及地面管制区。

[0132] 2、地面监控站由几种功能构成，一是负责或参与航空器1本机场飞行空域及等待空域内航空器1飞行活动的管制与指挥，与相邻机场飞行空域相互调整使用及申请临时飞行空域的管理，制定协同制度，二是负责或参与航空器1在机场区域划定训练，试飞，低空超低空和夜间飞行等空域的空间，协调机场使用细则，管理机上驾驶员，其中，针对航空器1飞行特点划设飞行空域的空间可按照安全和最大化原则，可设置以机场为中心的多象限辐射状且避免重叠和穿越的平面作业区，按高度分层规则设置上下基本对应的各高度层平面作业区，以便于实施飞行指挥，三是监控人员和机上驾驶员是共同执行飞行的团队，需共同遵守飞行基本规则。

[0133] 如图11所示，地面监控站的综合显示器由宽幅显示器和多个监控席位组成，这是固定式地面监控站的一种设计方法，可以有多个设计细节不同的方案。

[0134] 飞行指挥大厅内布置综合显示器的宽幅显示器和多个监控席位，提供指挥员或管制员，飞行操作员等监控人员的工作条件。如图11所示，图中：上方为起降区监视画面。大屏幕画中画中细横隔表示八个高度层，菱形图案表示航空器在当前高度层的位置（可用闪烁表示航空器有提示报警），黑色菱形表示等待空域的航空器（也可用高度层色彩表示等待空域），曲线表示规划航线其上菱形为航空器当前位置，曲线下方矩形表示机场，圆点表示告警区它机的态势（可以增加它机航线态势）。

[0135] 每个作业象限的画面前，对应相应的监控席位，同时飞行的航空器1数量较多时，推荐每个监控席位对应一个作业象限，以便监控人员集中精力。监控人员可以用监控席位设备与驾驶员互通数据信息或控制数据，实施飞行的监控。

[0136] 选项显示组件CDU：驾驶员可以在CDU上进行以下选项操作，实现航线选择。如图10所示。图中的航点和航线说明：
（1）、航点A：航线起点。

[0137] （2）、航点B：返航航点，其中，虚线段BC1为返航航线（临时航线）。

[0138] （3）、航点C1：返航入口，航点C2，另一返航入口。

[0139] （4）、D航点：返航航点，其中，实线段DC2为另一返航航线，D可为观光航线DF的起点。

[0140] （5）、E航点：重飞的当前航点，虚线段EA为重飞到航线起点A的航线。

[0141] （6）、F航点：观光航线终点，其中，线段HD为补飞观光航线DF到起点D的航线（未示出）。

[0142] （7）、G航点：等待时间开始的航点，其中，线段GH为等待航线。

[0143] （8）、H航点：应急返航的航线起点，虚线段HC1为应急返航航线。

[0144] （9）、O航点：进近航线入口，其中，O到起降道的线段表示进近航线。

[0145] （10）、AO线：之上表示空中阶段区域，之下表示着陆阶段区域，其距离地面高度由有关规则规定，一般为400ft，或150～200m（11）、航点A到O的实线段：预定航线空中阶段的航段。

[0146] 驾驶员选择或针对应急情况，可以在选项显示组件上快捷键选择返航指令或返航航线，可输入返航航线经过的下个航点，或者选择应急航线，都能够结束当前的飞行进入返航。

[0147] 地面监控站对航空器1上进行的航线转换过程进行监控，必要时或机上申请时，可介入进行控制。

[0148] 其他实现方法：飞行中，选项显示组件可以使用航线指令快捷自动生成一条航线。

[0149] 实施例1：机上驾驶员可选驾驶方法及机上飞行管理系统对航空器1进行飞行控制的实现方法。

[0150] 1、飞行管理系统如图3所示，图中上面虚线框：参数传感器子系统；中间虚线框：组合控制与执行子系统（控制对象：航姿、性能，范围，等级，模式）；下面虚线框：监视/操纵子系统（座舱综合航电系统也称电子飞行仪表系统EFIS，其中包含CDU，在手动模式时，飞行管理系统与CDU交互数据信息或控制数据与驾驶员交互。自动模式时不再与驾驶员交互而只是提供航线数据显示）。

[0151] 飞行管理系统与电传连接和组合控制负载、飞行管理系统与CDU操作界面（其它由EFIS）：航空器1各机载系统如图4所示，由飞行管理系统集中管理，本实施例关注在实现方法中与飞行管理系统密切关联的机载系统。电传操纵器与飞行管理计算机是构成所谓电传操纵系统的指令生成功能，能够将驾驶员的操纵动作通过电传操纵器转换为电信号发送到飞行管理计算机进行计算，生成控制指令再分发给控制负载。本发明对在飞行中三个主要的控制负载进行组合控制，用控制等级表达进行该组合控制的控制规律如表1，让它们能够按照预定的控制方式进行动作，使航空器1的飞行形成所需的飞行航迹和垂直剖面。三个控制负载分别是飞行控制系统，推力控制系统和起降控制系统及其控制的伺服机构和负载，合称为组合控制负载。

[0152] 如图6所示，组合控制负载的控制模式是这样的：（1）、用CDU选择手动模式，可使用三个操纵器产生手动操纵信号，再由飞行管理计算机执行对三个组合控制对象的控制。

[0153] （2）、用CDU选择自动模式或半自动模式，均由飞行管理计算机按照控制等级的控制规律和预定航线执行对飞行，推力和起降这三个组合控制对象的控制，并锁闭手动信号通路，使三个操纵器的手动操作无效。

[0154] 在空中阶段主要是控制前两个，在着陆阶段同时控制三个。飞行管理系统与驾驶员的人机界面座舱综合航电系统，其中的重点是作为人机交互界面的选项显示组件CDU，航空器1的其它电子飞行仪表EFIS起辅助作用。驾驶员通过CDU阅读飞行管理系统集中计算分发的各机载系统的实时数据信息给驾驶员显示，同时，通过在CDU上的输入飞行计划，或者选择控制模式等，给飞行管理系统发送控制指令。

[0155] 2、飞行依据的飞行计划与CDU：飞行计划或称飞行任务书，表达航空器1一次飞行中的预定航线，飞行范围，应急预案，涉及的机场。飞行前，由地面人员提出飞行计划，供驾驶员检查飞行准备。飞行计划写入CDU，本发明认为可移动的CDU便于应用并便于安排检查流程，特别是飞行前多架航空器
1的飞行计划可以写入CDU并互相检查，再安装到座舱综合航电系统上。

[0156] 3、驾驶员可选的驾驶方法即控制模式、手动模式的动态航线与预定航线、进近航线：驾驶员可选三种驾驶飞行的方法，即三种控制模式。空中阶段一般会选手动模式，由驾驶员操纵电传操纵器手动驾驶，由飞行管理计算机及组合控制负载控制飞行，生成动态航线。飞行计划中的预定航线和进近航线，主要是自动模式和半自动模式控制飞行用的。驾驶员可以在飞行中通过CDU或座舱综合航电系统中电子飞行仪表，比如飞行指导仪，看到动态航线与预定航线，进近航线的差异，特别在着陆阶段，要求驾驶员必须按照进近航线着陆，及时纠正其动态航线与进近航线的偏差，保证安全着陆。

[0157] 4、自动模式、半自动模式、控制模式的转换过程：驾驶员选择自动模式和半自动模式，航空器1将由飞行管理系统按照飞行计划中的预定航线，进近航线进行飞行的自动控制。在手动模式转换为自动模式，或者半自动模式时，飞行管理系统按照地面人员设置的预定时间和预定航线作等待飞行，等待驾驶员用快捷键或其他方式转换控制模式，航空器1或是按预定航线的设置，沿动态航线的当前航点继续直线平飞，或者是从当前航点起盘旋平飞。预定时间后驾驶员没有做出选择，航空器1按预定航线自动控制飞行，这种情况包含驾驶员不熟悉操作。如果选择半自动模式，本发明允许驾驶员在空中阶段主动进行航线偏离调控的操作，在着陆阶段主动进行航线纠偏调控的操作，以便满足驾驶员在空中多种复杂的航线飞行需求。

[0158] 5、CDU应用，预定航线，临时航线、返航航线、应急返航：CDU可供驾驶员选择控制模式，选择飞行管理系统可执行的多种航线。可查看预定航线，包括飞行全程的航线，返航航线，应急航线，复飞航线，以及预定时间的等待航线。可以选择驾驶员预置的临时航线，也可以机上用CDU临时编写。有一种预定航线或临时航线，可称为观光航线，是驾驶员愿意在空中阶段进行一段对地观察的航线，可以是往返飞行，几何图样的航线。按照自动控制飞行原理，一段航线如果指定了起点（入口）和终点，飞行管理系统就能够自动寻找并飞抵该点，并按该航线自动飞行。驾驶员还可以在空中阶段选择重飞，补飞，甚至返航。

[0159] 6、驾驶员与地面人员的互动，飞行范围、禁飞范围、控制范围：驾驶员在等待时间后没有选择性的控制模式，地面监控站的监控人员能够监视到这种情况，可以用话音与驾驶员沟通，必要时监控人员可以主动为驾驶员选择新的控制模式。飞行计划中规定了每次的飞行范围，驾驶员在空中阶段便携临时航线必须遵守，同时，飞行管理系统会自动限制航空器1只能在飞行范围内飞行。飞行范围包括最高和最低飞行高度，飞行宽度，以及飞行范围提示后的飞行速度及航向规则。相应的，禁飞范围是飞行范围内的禁飞区域，一般按照飞行基本规则确定，可以补充飞行计划认为特殊的限制，包含城市，山区或气象风险区等。飞行范围和禁飞范围的结合应用可帮助飞行管理系统生成所需的自动航线。

[0160] 地面监控站通过设置控制范围为航空器选择地面监控站，本方法可改变传统上依据地面数据链路的物理作用范围选择被控的航空器1。一般是一架航空器1对一个地面监控站，也可以而构成地面的多个地面监控站与一架航空器1，或者多架航空器1与一个地面监控站的地空连接，追求多站多机的高密度测控与信息传输应用，特别是实现地面监控站标准化及经济化。

[0161] 实施例2：地面监控站及监控人员与机上驾驶员共同进行航空器1飞行控制的实现方法。

[0162] 1、地面监控站对航空器1的控制管理（控制等级，三种范围），人机界面CDU：飞行前，根据机上驾驶员的驾驶技能水平，为其确定控制等级并预装到机上或选项显示组件中，作为飞行管理系统对控制对象的控制规律（如表1所示）。通过地面监控站上的复合数据链下传数据信息或上传控制信息，监控人员通过其人机界面可以获得飞行的实时信息，对航空器的飞行进行监视与控制。为节省数据链带宽资源，飞行管理系统对下传的数据信息可以分类管理，分时下传。平时下传空管应答机或ADS-B系统的信息（直接的，或编码的），应急时下传飞行管理系统发出的报警以及相关联的数据信息。监控人员通过上传控制指令可以控制航空器1的飞行。

[0163] 地面监控站上的人机界面可采用电脑显示器系统。本发明推荐采用与航空器1上相同的选项显示组件CDU，并配置双接口。一个供地面监控站安装CDU，一个供连接拟装机的CDU，以便两台CDU在地面监控站上可以同时有线连接进行飞行前检查。通过CDU界面，监控人员可以在飞行前给飞行管理系统预装控制等级，飞行范围，禁飞范围和控制范围的地理信息数据，并可以设置预装数据信息或控制指令只读属性。

[0164] 2、地面监控站的三种控制模式，正常飞行与应急处置：地面监控站也可以用三种控制模式对航空器进行飞行的控制。手动，自动和半自动。其中，半自动模式在空中阶段可以使用偏离调控和纠偏调控，在着陆阶段只能使用纠偏调控。

[0165] 地面监控站可实时监控航空器飞行状态，更可以选择平时只接受航空器的应急情况时提示或报警，同时接受相关下传的遥测数据信息，据此，帮助驾驶员，或指令航空器1返航，应急返航，包含请求其他地面监控站的协助。一般情况，航空器1具备按本机场和备选机场的进近航线自动着陆的控制能力，应急情况经机场同意，可按应急航线着陆，因此本发明要求合驾飞机具备所需导航精度，具备在所选机场（满足CATIIIC）按照RNP AR，可选RNP AR APCH的着陆能力。在地面管制区，管制区的监控资源可以通过安排实现共享，赋予管制区作为协管站，对航空器1飞行的监视，指令等待（空中相遇特情时），或者指令返航及迫降（有请求或空中警报时）。

[0166] 3、地面监控站对多机飞行的监视与控制手段综合显示器：在常住机场一般选择固定式地面监控站，其内采用综合显示器，并简称监控大厅，适用于起降架次较多的机场。综合显示器的宽幅显示器可以集中显示多架飞行态势，监控人员通过监控席位可以监控飞行。为配合机场对飞行空域分区（象限）监控，宽幅显示器上可以采用多画或画中画面对多机同时进行监控。画中画可以表达一个飞行区航空器1所处高度层，飞行状态，它机态势，以及展开的飞行航线等数据信息，并可以看画进行控制。其中，机场塔台看起降道的态势画面，可供各席位或指挥员，管制员共同监视，监控席位与塔台之间可以通信互动。

[0167] 4、地面监控站的CDU的能力与分工：地面监控站上的CDU内安装有飞行计划完整数据和指令信息的，是本机地面监控站，表明其具备对航空器1进行完整的飞行监控能力。其它协助飞行监控的，是协助地面监控站，其CDU主要具备监视，应急所需的数据或指令。

[0168] 实施例3：合驾飞机的运动型主要应用于教学飞行训练、观光体验飞行，数量较多，具有代表性，主要选用单座、双座、四座及19座以下的航空器，其设计方法和产品可兼用，并可扩展成为公务型，特别是私人公务型合驾飞机。运动型的设计方法与货运型及工农业型合驾飞机也基本相同。对于工农业用飞机，驾驶员操作飞行可以发挥空中作业的机动灵活，随机变化的作用，并在机场的滑行阶段发挥作用。

[0169] 运动型合驾飞机实施飞行驾驶的典型过程如下：1、飞行空域
对合驾飞机所用的起飞和着陆机场，划设飞行空域和等待空域，并与相邻机场飞行空域相互调整使用，满足多架次飞行的监控需要。可划设以机场为中心的多象限辐射状且避免重叠和穿越的平面作业区（对不规则空域可以拟象限化对应显示），并按高度分层规则设置上下基本对应的各高度层平面作业区，使飞行空域最大化和安全性兼顾，而各平面作业区可以在监控大厅显示，以便监控席位实施飞行指挥。

[0170] 2、飞行计划与监控大厅：地面人员制定飞行计划，写入选项显示组件CDU内。飞行计划主要包含本次飞行的机场，本机导航数据库，控制等级，划定范围（三种范围），预定航线，应急方案等。飞行前将驾驶员的CDU飞行计划与地面监控站的飞行计划进行同一性检查，并赋予数据和指令的只读属性。CDU也存储本机常用数据，包含性能数据库，控制函数（可写入机上设备中），有关机场进近航线库等。航空器飞行时，地面监控站将机上下传的实时数据信息与飞行计划数据进行对比监视，自动对差异情况给出提示或报警。在监控大厅的显示屏上，航空器的飞行表示为移动或闪烁，叠加在显示高度层的平面作业区内，监控人员可以随时点击打开任何一架航空器显示其航线飞行，周边它机态势情况。监控人员可以对任何一架航空器发送控制指令。监控大厅与本机场和有关机场地面管制区有通信连接，可以互相协助执行飞行的监控。

[0171] 3、选择控制等级与飞行：地面人员或飞行经营人将根据驾驶员的驾驶技能，确定其控制等级。由控制等级确定航空器组合控制负载的控制规律，驾驶员选择的各飞行控制模式都由飞行管理系统依据控制等级进行相应等级的控制，保证驾驶安全。最初级的控制等级将驾驶员当做乘客如表1，按照预定航线，从起飞到着陆全程自动飞行，与驾驶员选择自动模式的自动飞行相同，并且，CDU不接受驾驶员选择手动模式。其它的控制等级允许驾驶员进行相应的机动驾驶，并随时可以选择自动模式，保障飞行安全。

[0172] 4、飞行训练与公务旅行的监控保障：普通人参加飞行，担任驾驶员角色，从最初级的驾驶训练开始，甚至只是乘坐体验飞行。飞行教员可以不用坐在机上，地面监控人员就可兼飞行教员。驾驶员在机上的操纵过程可以听到语音提示，操纵的记录数据可以既可在机上实时显示动态航线与预定航线的偏差，也可在地面回放，显示动态航线与预定航线的差别，从中获得教员的讲解，自己比较，从中学习。达到一定程度熟练后，可以申请难度更高的控制等级，最高级可到达自驾大机动飞行、结伴编队飞行。地面监控站总是保持任何合驾飞机的飞行进行监控或记录。驾驶技能达到一定的驾驶等级，可以自驾观光飞行，甚至由经营人帮助驾驶员申请办理远距离旅行飞行计划，或者进行公务自驾飞行。地面监控站仍然全程监控保驾安全。

[0173] 5、货运快递、工农业飞行的监控：普通人可以从事工农业作业飞行，经过一定的驾驶技能培训后，可由合驾飞机服务机场提供申请办理工农业作业飞行计划，为飞行提供飞行前CDU准备，由监控大厅进行飞行全程和应急过程的监控保障。特别是货运和快递的飞行服务，驾驶员经过起降滑行的纠偏调整操作培训后可以自驾飞行，而遥感作业，救援作业的所需驾驶等级要求较高一些，但是都比通用航空飞行的驾驶技能简单并有地面监控的保障。

[0174] 当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。

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