面向低空经济的直升机航电架构和关键技术发展趋势
根据上述“低空经济”对直升机航电系统提出的五个方面的需求，结合系统架构和研发流程，可牵引得出直升机航电架构及关键技术的未来发展趋势。
一、模块化分布式架构
为了实现直升机的多场景、多功能使用，空、天、地信息互联及开放生态共建，航电系统架构需要同时满足通用化、模块化和支撑智能化实现的要求，在包含传统飞行器基本航电架构的同时，还要包含开放式、智能化以及具有云原生特性的服务化架构。
图1 直升机航电模块化分布式架构
如图1 所示，直升机航电模块化分布式架构的基础在于构建统一的标准规范体系、数据算力中心、敏捷开发验证环境，通过公开的标准规范支撑开放的生态环境，基于通用的运行环境提供共享共建的处理资源。敏捷开发验证环境能够帮助打通和细化研制链条，使得设计、制造、验证各个环节执行更加顺畅; 在此基础上，在开放的生态中研发和选用符合标准规范的直升机控制系统、计算资源、显控设备、态势感知设备、任务执行设备，通过即插即用方式实现直升机的平台能力，在开放生态中实现“观察－判断－决策－行动”( OODA) 闭环; 依托可靠的机内网络、强韧的空天地协同网络，实现机内的信息汇集共享，将点连线组网，建设信息“高速路”; 在开放式和智能化基础平台之上，通过互联互通互操作形成低空体系中相关的态势服务、感知服务、决策服务和跨平台远端资源共享服务，在应用商店中选用和定制开发面向用户使用的各种功能APP，并且通过云原生技术推送到终端，从而将低空场景中的各种服务直升机航电模块化分布式架构在技术方面是一套开放的功能逻辑物理架构，支持符合标准的各类物理形态与多样的软件应用组合; 在面向市场方面，该架构的软硬件具有解耦和可配置的特点，可以衍生出适应低空飞行的高中低选配、定制化的航电系统，满足各类消费群体的需求; 在使用和运维方面，该架构能够快速迭代各种服务并将其推送给各类用户来发挥作用和创造价值; 在产业群体中，该架构公开共享标准，可以有力支撑开放生态，促进共同创新和多元化发展，利于持续产生“低空经济”效益。但这种分布式架构的形成需要统一构建框架以及全行业的共同努力。
二、智能化探测感知技术
直升机在低空飞行过程中，需要探测识别各类障碍物、目标和环境信息，从而感知形成完整统一的态势，以支撑低空飞行器的安全运行和各类任务的完成。尤其是在复杂气象环境中，更需要具备增强的探测感知能力。
探测传感技术是获取数据信息的基础，可以应用多频段雷达、多光谱光电等新型探测传感器，获取多维信息，如图2所示。智能化信息处理技术是信息提取融合的基础，结合模型算法与多学科技术的综合，开展数据级、特征级和决策级的分析、识别、分类和融合处理，共享构成统一态势，实现即时感知定位、障碍物和目标持续跟踪、数字空间重建，为决策和操控提供依据。
图2 智能化探测感知技术示意图
目前，各种物理场的探测传感器种类繁多，同时各型传感器的性能提升空间还较大; 传感器的数据格式和性能标准等有待规范和统一; 传感器数据检测识别算法、多传感信息融合技术的准确度和虚警率还可以持续优化; 低空直升机探测感知领域需不断改进。
三、智慧化决策规划技术
在获取周围环境信息的基础上，针对各种飞行场景和任务的智慧化决策将为飞行和任务执行提供辅助，是高效安全地完成各种低空任务的有力支持，能够有效提高直升机的易用性。
随着智能飞控技术的应用，直升机能够实现自动驾驶。未来通过进一步引入知识图谱、深度学习、强化学习等智能算法，可以结合环境感知后的结果，实现低空环境下的三维航路规划、空中交通管理、飞行引导、障碍物预测告警、辅助起降和着陆等自动驾驶功能，如图3 所示。智能飞控甚至能在执行特定任务时提供多种辅助决策方案，在授权情况下自动控制传感器和任务设备实现特定功能，使飞行员有更多精力享受飞行和做好监控，减轻飞行员的工作负荷，提升飞行舒适性和安全性。
图3 智慧化决策规划技术示意图
为支撑智慧化决策，一方面还需要大量的低空数据积累，另一方面针对获取的数据还有大量的数据挖掘工作需要做，尤其是跨专业跨学科的数据分析和使用; 还需要结合场景、使用和先验数据开展大量的算法研究，构造虚实结合的数字平行空间进行训练和验证，持续优化迭代可用的程序和算法，为低空飞行器打造更智慧的大脑。
四、智感化人机交互技术
无论有人直升机的飞行员还是无人直升机的操作员，都需要通过人机交互界面了解直升机的状态、所处环境和执行的任务，乘客也希望通过更多交互方式增加飞行体验感和沉浸感，这都将催生新技术与人机交互的赋能融合。
随着“低空经济”的发展，低空飞行器的密度会越来越高，近地飞行的态势情况、航路管控动向、威胁告警、故障提示、任务提醒等信息的互动会更加频繁。可以结合智能化信息推送处理和多模态交互技术，实现智能感知交互，将众多维度信息科学合理地推送给相应的人员。在信息呈现方面，可以基于混合现实技术实现三维视景，将真实外景三维地形和虚拟引导图像进行融合，通过大屏显示器、风挡玻璃和头戴式显示器呈现给飞行员、乘客和空中交通管理人员，实现身临其境、真实直观的环境感受。在人机交互方面，可以通过眼动、手势、语音识别、三维语音、体感、生理特征监控等应用，实现多通道控制和信息传递，从而提供更加敏捷、直观的感知操控方式。
诸多关于显示控制的工程应用技术的成熟度还需要提升，满足各类环境的全彩头盔和视景构建显示、精确的动作理解和意图识别、高亮度环境下风挡信息的显示、多维信息推送与多通道人机交互的有机结合、个体差异化的交互特征信息处理等，尚需从应用验证走向成熟应用。
五、低空智联网技术
通过网络链路实现的信息共享是发挥体系协同、大数据应用、信息增值的高架桥; 环境态势信息、航路管控信息、任务信息的实时确定性传递更是保证飞行安全和任务完成的关键。如何结合使用场景，应用多种链路实现各类数据有效传输非常重要。低空飞行可用的无线电频谱资源丰富，波形和组网协议的组合可以实现灵活多变的通信; 地基、空基、天基的无线传输和通信中继构建了互联互通的网络信息传输信道; 此外结合无线电定向测距原理还可以实现低空飞行的导航定位。为了实现可靠互联，如图7 所示，可以构建新一代低空通讯、低空定位以及低空三维立体网格空域图，将低空空域建设成类似现代地面交通的空域网格化指挥与服务系统，不仅能提供通信感知导航管控一体的全维服务，打造低空智联网，还能自主评估信道质量和网络安全状况，自动采用高可靠通信方式实现互联和信息传递。
由于飞行器上的空间、能源有限，各种天线的共孔径技术、高增益辐射、低灵敏度探测接收技术和网络信息安全技术等还需要改进; 此外需要进一步探索、研发和验证通感一体化信道设计、多天线组网感知与干扰控制、时频域感知和资源分配等多学科交叉融合技术。
六、全态势多维空域管理技术
低空飞行器作为将融入交通运输体系的新鲜力量，在创新应用和发挥效用的同时，也需要结合低空飞行的特点确保规范有序使用; 除了自身适航要求还需要与地面、中高空飞行做好协同的空域管理，全态势多维空域管理是实现飞行安全、高效运营的保障。
随着低空经济规模逐步扩大，并且考虑到低空可以衔接陆海空，低空空管将可能成为比公路、铁路、民航等交通运输方式更加复杂的管理体系。届时低空大密度、高频次、多类型的飞行活动将需要更高效完备的审批、监督、管控规则和措施。除了传统的飞行许可、航线管理、起降管控外，还需要: ①对低空空域分类及相应准入办法等新规则进行研究和应用验证，划分不同安全等级要求的立体飞行区，许可不同技术状态的飞行器运营执行相应的任务，规避可能发生的空中交通冲突; ②针对飞行器多维度状态的实时监控和任务全周期管控制定数据规范; ③建设信息平台，打通构建涵盖陆、海、低空、中高空的全域全平台全态势的信息系统，通过信息系统进行数据汇集和处理，及时识别和管理技术状态不合法、飞行行为不合理的飞行器进入许可以外的空域。
目前这种全态势多维全覆盖的空域管理技术和体系还需要进一步研究和构建。
七、全场景智能验证技术
低空飞行场景多样，交互对象和信息丰富，涌现出的增值服务和创造的低空经济价值层出不穷; 同时新技术的充分验证和快速迭代需要敏捷构建相应的验证环境。如何针对需要，反复迭代验证的技术，实现低成本高效测试验证工作是一个重要命题。
传统单平台系统的测试验证，常常采用系统综合联试的方式开展。低空飞行场景复杂，又涉及多平台的协同和它们之间的互联互通互操作，场景构建困难。相比地面验证，飞行验证的环境建设成本高、代价大、周期长，且涉及安全的测试项目风险高、难度大。随着虚拟现实技术和AIGC( AI－GeneratedContent) 的发展，在数字平行空间中开展验证成为可能。AIGC 依据给定的环境要求和测试边界自动生成各类测试场景和相应的测试用例，并在数字化环境中反复执行测试验证程序并记录分析结果，成本代价低，构建迅速，还可加速运行，能够支持新技术在DevOps 的循环中实现快速研发、迭代升级和价值闭环。
除了可见光仿真，数字平行空间还涉及多光谱、力、热、电磁的多维仿真; 同时还需要保证仿真模型相对真实环境的高逼真度; 需要研究AIGC 构建时空统一的多维高仿真环境技术，并将包括开发、测试、运行和试验记录的工程研发环境与仿真环境无缝接入，支持全场景智能验证。(作者：张子俊，葛晨，孟浩，雷咏春)