自由飞行-无人机感知和规避系统探究

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1、自由飞行:无人机感知和规避系统探究　　自动分离与防止空中碰撞：无人机进入国家空域需解决的问题过去10年，在伊拉克和阿富汗的作战行动中，无人作战系统的运用实效得到印证，同时民用领域的运用范围也在扩大。目前，各种无人机系统正常规用于战场和国家空域。然而，使无人机系统完全进入国家空域带来了一系列重大挑战，尤其是技术上的挑战。无人机系统必须适应错综复杂的航空规章，才能日常同有人驾驶同伴比翼齐飞。以协调无人机系统航空空域飞行为重点的重大项目包括由美国国防部和联邦航空管理局主持的项目，英国以业界为主导的“自主系统技术相关空中评估”项目，以及由欧洲航管

2、机构组织实施的欧洲研究计划。尽管这些项目可能具有不同的体系、监管问题以及项目进程表，但核心目标是共同的，即开发有效的感知与规避系统。美国联邦航空管理局将感知和规避的技术核心归纳为具有两个要素一自动分离和防止空中碰撞。解决问题方案：陆基/空中感知与规避各国解决无人机空域安全方案主要分成所谓“陆基感知与规避”和“空中感知与规避”。美国国防部将前一开发任务交给美国陆军，后者交给美国空军。8简言之，目前在研的感知与规避系统——无论是陆基的还是空中的——都是旨在为无人机系统及其操作人员提供“看见与避让”以及飞行的安全保障技术。这其中最大的挑战之一在

3、于所谓协同式飞行，即无人机与有人驾驶飞机均在已建立的空中航道和空中交通基础设施内有序飞行。尽管这对有人驾驶飞机已不是什么问题，但对于无人机系统来说却是亟待解决的。也许最显而易见的解决办法是在无人机系统中增加机载雷达。尽管由于自身尺寸、质量和电力的限制意味着这将不是所有各类无人机系统的解决方案，但对于可以容纳这种载荷并能产生所需电能的较大航空器而言确实是个不错的选择。美国通用原子航空系统公司在感知与规避系统研制中独占鳌头。鉴于该公司的“捕食者”无人机和“收割者”无人机被美国和世界许多国家军队广泛采用，以及各种机型被美国国土安全部和海关边境保

4、护局所选用，该公司能够获得利益最大化就在于使这些系统进入各国的国家空域。通用原子航空系统公司研究感知与规避系统的项目工程师布兰登·苏亚雷斯称，研制无人机机载雷达系统不是一件容易的事，他说：“这非常具有挑战性，因为我们要受到尺寸、质最和电力的限制。我们要设法搞出一个只需要很少电力的低成本解决方案。”8通用原子航空系统公司研制出了所谓的智能微感雷达，并于2012年12月在海关边境保护局的“卫士”无人机上成功进行了原型系统的飞行试验，期间，该雷达同时实时跟踪并规避5架无人机，并将跟踪情况适时传输至无人机系统的地面控制站显示屏上。苏亚雷斯称，该雷

5、达现在已进入“工程发展模型”阶段，并且该公司将把从原型系统飞行试验中获得的经验应用于他们认为能够满足对这种雷达全而需求的系统中。这些“工程发展模型”雷达将用以提供给选定的用户。“自动相关监视-广播”与“人在回路”：当前研究验证的技术虽然机载雷达能给无人机系统提供感知与避让能力，但这对大多数系统而言并非可行的解决办法。然而，这并不是说雷达技术不能以另外的方式加以利用。美国MITRE公司无人机系统集成主管安迪·勒谢尔解释说，他的团队一直在试验一系列不同的感知与规避技术，包括分置雷达布局，即两个雷达系统组件——发射机和接收机——不位于同一处。8

6、勒谢尔认为这种方法可以在一定程度上解决尺寸、质量和电力问题，并能提供完整机载雷达系统相当一部分的功能，具体视无人机系统使用的方式和空域而定。他解释说：“雷达发射机置于地面上，而接收机置于无人机上，操控人员时刻侦听雷达反射波。置于地面的发射机是需要有相当大尺寸、质量和电力的东西，而景于无人机上的接收机则是轻型的、低功率的。”勒谢尔补充说，公司对这种方法的技术可行性信心较高，但还有很多工作要做，还存在一些技术风险。在MITRE公司迄今试验的技术中，勒谢尔称，研究最多的是利用“自动相关监视-广播”系统的优势。“自动相关监视-广播”被认为是推动向

7、高级空中交通管理系统转换所需的关键技术。现在转换工作已在进行中，各空中交通管理局正在制定“自动相关监视-广播”飞行程序、建立操作标准、建设系统保障以及设置操作人员设备指令等。这个系统包括两大基本组成部分。一是航空器信息传输设备，它自动将航空器的位置、航向、高度、速度和其他数据广播到远至150海里内的周边空域，通常每秒发射一次。二是战略位置地面接收机网络，通过它将数据传送至最近的空中交通管制中心，以供空中交通管制中心管控。“自动相关监视-广播”系统的一个非常重要的优点是很小的尺寸、质量和电力需求——接收机只有几克重，从而可安装于小型的无人机

8、系统。勒谢尔称，MITRE公司提出了一种新方法，为配备有“自动相关监视-广播”系统的无人机提供由空中交通管制生成的有关飞机航迹的信息。8“除了可以监控装备‘自动相关监视-广播’系统的无人机，通