向飞行员提供基于模型的空间迷失方向提醒的系统及方法技术方案

向飞行员提供基于模型的空间迷失方向提醒的系统及方法。一种监控例如飞行器移动和飞行参数之类的飞行器状态参数的系统和方法，将那些输入应用到空间迷失方向模型，并对飞行员何时可能变得空间迷失方向进行预测。一旦该系统预测到可能的迷失方向的飞行员，可增加用于提醒飞行员超过阈值的情况的敏感度，并允许较早提醒以减轻不正确控制输入的可能性。

【技术实现步骤摘要】
关于联邦资助研究或开发的声明本专利技术是依照NASA所颁布的NNL13AA00C而在政府的支持下进行的。政府具有本专利技术的某些权利。
本文所述的示例性实施例通常涉及辨认空间迷失方向并且，更具体地，涉及向可能空间迷失方向的飞行员并向已经迷失方向的飞行员提供基于模型的提醒(alert)。
技术介绍
研究表明，飞行器失控事件是在航空运输和通用航空操作两者中灾祸的主要原因。虽然交通工具困扰的直接原因是不同的，事件的调查结果表明乘务员可能变得迷失方向并且不能够响应于不寻常的姿态和其它的包线偏移(envelop excursion)。在飞行环境和人类感知系统之间相互作用的几个方面促成这些困难：1)飞行器生成可被误解为重力作用的力，使得难以建立垂直方向；2)俯仰(pitch)和摇摆(roll)操作通常不生成相对于重力的倾斜感(sense of tilt)；3)加速度可导致不准确的倾斜感，以及4)持续的旋转可阻碍感觉角向运动的能力。上述这些方面的影响可能在其中视觉线索缺乏的环境中更明显。在当存在这些元素中的许多的情况下，飞行员可能难以适当地反应。一般来说，可能通过交通工具移动和外力(危险或干扰)影响正常飞行，引起差的情况意识(分心)、空间迷失方向、以及模式混乱，导致异常姿态、异常轨迹以及飞行器失控，例如，失速(stall)。有助于平衡和空间方向感的人类前庭系统是感觉系统，该感觉系统提供有关移动和平衡感的主要贡献。前庭系统包括检测旋转和平移的两部分：指示旋转移动的半规管系统(三个正交的半规管)；以及指示线性加速度的耳石。前庭系统主要发送信号到控制眼球移动的神经结构，以及到允许人感觉直立位置的肌肉。水平半规管内的流体移动对应于头部绕垂直轴线的旋转，例如，当进行脚尖旋转时的颈部。前和后半规管检测例如当点头时头部在矢状平面中的旋转，以及例如当横翻跟头时头部在额平面中的旋转。流体的移动推动将机械移动转换成电信号的毛发细胞。来自前庭系统的经验被称为平衡感受(equilibrioception)。其主要用于平衡感以及用于空间方向。当刺激前庭系统而没有任何其它输入时，一个人体验了自己运动的感觉。例如，如果椅子转向左边，在完全黑暗中并坐在椅子上的人将感觉他或她已经转向左边。在电梯里的人，在基本恒定视觉输入的情况下，将觉得她在随着电梯开始下降而下降。尽管与视觉，触觉和听觉的其它感觉相比，前庭系统是用于生成反射以保持知觉和姿态稳定性的相对快速感觉，但是前庭输入在延迟的情况下被感知。因为人类感觉被认为是适于在地面上使用，仅在飞行期间由感觉输入来导航可能是误导的：感觉输入并不总是准确地反映飞行器的移动，引起感觉错觉。这些错觉对于飞行员来说可能是极其危险的。涉及耳朵前庭系统的半圆形和躯体旋转管道的错觉主要发生在不可靠的或不可用的外部视觉参考的情况下并且导致旋转和/或运动的错误感觉。这些包括偏斜(lean)、墓地螺旋和盘旋(graveyard spin and spiral)、以及科里奥利错觉。在飞行期间偏斜是最常见的错觉，并且由在飞行员未注意到的逐步和延长转向(turn)之后突然返回到水平飞行引起。飞行员未能注意到这种逐步转向的原因是对于每平方秒2度或更低的旋转加速度的人类暴露低于半规管的检测阈值。在这种转向后机翼的变平可引起飞行器在相反方向上侧斜(bank)的错觉。响应于这种错觉，飞行员可能在原始转向的方向上偏斜以纠正性地尝试恢复对正确的垂直姿势的感知。墓地螺旋是进入自旋(spin)的飞行员可能发生的错觉。例如，进入向左自旋的飞行员将最初具有在同一方向上自旋的感觉。然而，如果左旋继续，飞行员将具有自旋逐渐减少的感觉。在这一点上，如果飞行员施加右方向舵(right rudder)以停止左旋，飞行员将突然感觉在相反方向上的自旋(向右)。如果飞行员相信飞机向右自旋，反应将是施加左方向舵以抵消右旋的感觉。然而，通过施加左方向舵飞行员将不知不觉地再进入原始的左旋。如果飞行员交叉核对(cross-check)转向指示器，则在他感觉右转时，他将看到转向针指示左转。这创建了在飞行员在仪器上看到的内容与飞行员感觉到的内容之间的感觉抵触。如果飞行员相信身体感觉而不是相信仪器，左旋将继续。如果在辨认出这个错觉之前失去了足够的高度并且未采取纠正的行动，则可能发生与地形的冲突(impact)。墓地盘旋比墓地螺旋更普遍，并且其与在延长的侧斜转向之后返回到水平飞行相关联。例如，进入向左侧斜转向的飞行员最初将具有在同一方向上转向的感觉。如果左转继续(达超过约20秒)，则飞行员将体验到飞机不再向左转的感觉。在这一点上，如果飞行员试图使机翼变平，这个动作将产生飞机正在相反方向上(向右)转向并侧斜的感觉。如果飞行员相信右转的错觉(其可能是非常迫不得已的)，则他将重新进入原始左转以尝试抵消右转的感觉。由科里奥利引起的错觉涉及两个半规管的同时刺激并且与在飞行器转向时飞行员头部的突然倾斜(tilt)(向前或向后)相关联。这可能发生在使头部向下倾斜(查看进场图或在膝垫上书写)，或者向上(查看头顶仪器或开关)或向侧面时。这可产生飞行器正同时摇摆、俯仰和偏航三者的压倒性感觉，这可与滚下山坡的感觉相比较。这个错觉可使飞行员快速地变得迷失方向并且失去对飞行器的控制。体重力错觉是由线性加速度引起的。涉及前庭系统的胞囊和小囊的这些错觉最可能在具有不可靠的或不可用的外部视觉参考的情况下发生。因此，当当前飞行参数产生了其中飞行员可能迷失方向的情况时，向飞行员提供提醒是所希望的。此外，根据结合附图以及上述
和背景所进行的随后的详细描述和所附权利要求，示例性实施例的其它所需特征和特性将变得明显。
技术实现思路
提供了一种用于提醒飞行员可能空间迷失方向的系统和方法。在示例性实施例中，一种提醒交通工具的乘务员可能存在空间迷失方向的方法，包括感测多个交通工具状态参数；通过与人类感觉系统相关的至少一个传递函数来传递被感测交通工具状态参数，以便估计被感知交通工具状态参数；比较被感知交通工具状态参数和被感测交通工具状态参数；以及如果被感知交通工具状态参数和被感测交通工具状态参数之间的差异超过预定阈值，则提醒乘务员空间迷失方向的可能性。在另一示例性实施例中，一种提醒飞行器的乘务员可能存在空间迷失方向的方法，包括感测至少一个飞行器状态参数；在与人类前庭系统相关联的计算模型内根据被感测飞行器状态参数来估计被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提醒飞行器的乘务员可能存在空间迷失方向的方法，包括：感测至少一个飞行器状态参数；在与人类前庭系统相关联的计算模型内根据被感测飞行器状态参数估计被感知飞行器状态参数；在所述计算模型内将被感测的飞行器状态参数与感知的飞行器状态参数相比较以提供比较的飞行器状态参数；将所述比较的飞行器状态参数与已知已先前引起空间迷失方向的存储的飞行器状态参数相关联，所述计算模型包括预定阈值；根据所述关联来调整所述预定阈值；以及如果实际的飞行器状态和感知的飞行器状态参数之间的差异超过被调整的预定阈值，则提醒乘务员空间迷失方向的可能性。

【技术特征摘要】
2013.07.16 US 13/943,5491.一种提醒飞行器的乘务员可能存在空间迷失方向的方法，包括：
感测至少一个飞行器状态参数；
在与人类前庭系统相关联的计算模型内根据被感测飞行器状态参数估计被
感知飞行器状态参数；
在所述计算模型内将被感测的飞行器状态参数与感知的飞行器状态参数相
比较以提供比较的飞行器状态参数；
将所述比较的飞行器状态参数与已知已先前引起空间迷失方向的存储的飞
行器状态参数相关联，所述计算模型包括预定阈值；
根据所述关联来调整所述预定阈值；以及
如果实际的飞行器状态和感知的飞行器状态参数之间的差异超过被调整的
预定阈值，则提醒乘务员空间迷失方向的可能性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述感测包括：
感测多个飞行参数。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定阈值包括：
飞行器的坡度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定阈值包括：
飞行器的俯仰度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述飞行器状态参数的估计包括：
使用计算模型估计。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
根据被感知交通工具状态参数与被感测交通工具状态参数的比较修改所述
预定阈值。

【专利技术属性】
技术研发人员：K·J·康纳，S·马塔，S·约翰逊，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US