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无人机的规定

主要图片由Amy Robertson为弗吉尼亚理工大学提供。

在局外人看来,维吉尼亚州布莱克斯堡上空所发生的一切,就像是一场正在萌芽的灾难。两架无人机在空中呼啸而过,朝着对方飞去——而且飞行高度相同。迎面相撞迫在眉睫。

其中一个就像《杰森一家》(Jetsons)中的一架客机,全是长长的白色机翼,机身的颜色就像航天飞机的燃料箱——适合nasa操作的风暴无人机。另一种是四轴飞行器,这种经典的无人机有四个螺旋桨,但它携带了一个独特的东西:一个看起来像路由器的盒子。

那个盒子是解决无人机航班最具烦恼问题之一的关键。

美国联邦航空局要求空中的所有车辆都能看到并避开其他车辆。一架有人驾驶的飞机可以通过飞行员的眼睛、雷达等技术,以及空中交通管制来做到这一点。从定义上讲,无人机缺乏前者,而后者还不是很实用。

这是一个问题。

看到并避免:无人机监管的大障碍

为了满足“看到和避免”的要求,联邦航空局无人机法规要求无人机在视线范围内飞行。基本上,你必须看到它才能飞行。这限制了无人机的飞行距离,反过来也限制了它的功能。如果亚马逊的员工必须全程看到他们的无人机为你递送包裹,那么使用无人机就没有多大意义了。

约翰·考金说:“我的直觉告诉我,在‘发现并避免’的解决方案变得强大之前,无人驾驶飞机系统98%的经济潜力都无法实现。”

Coggin是弗吉尼亚科技的中大西洋航空伙伴关系(MAAP)的首席工程师,与美国国家航空航天局合作开发检测和避免无人机的能力。弗吉尼亚州飞行的无人机是Maap项目的一部分。

这架四轴飞行器装备了一个特别调整的雷达和程序,告诉它避免入侵者,成功地避开了另一架无人机和一架在弗吉尼亚州布莱克斯堡上空驾驶的塞斯纳飞机。照片由艾米·罗伯逊为弗吉尼亚理工大学提供。

这架四轴飞行器装备了一个特别调整的雷达和程序,告诉它避免入侵者,成功地避开了另一架无人机和一架在弗吉尼亚州布莱克斯堡上空驾驶的塞斯纳飞机。照片由艾米·罗伯逊为弗吉尼亚理工大学提供。

安柏瑞德航空学院的副教授克里斯蒂·基尔南说:“有两件事使它变得困难,那就是你必须能够同时检测合作和非合作的交通。”“同时你也在谈论需要探测的物体范围,从非常小到非常大。”

“合作交通”在任何时候都在广播信号,这使得避开更加容易;MAAP关注的是不合作的车辆,也就是不宣布自己存在的车辆。这些车辆在雷达上看起来都不一样,声音也不一样,行驶方式也不一样。

最重要的是,不管你建立什么系统,它都必须是这样的令人难以置信的可靠——无人机的法规和其他飞机一样严格。

这也许是FAA的无人机规则中最令人生畏的挑战。

如果驾驶舱内没有一对眼睛,则检测是第一步。Cogggin说:有三个将“入侵者”传染进入寄生虫的空域的候选人,雷达,听觉传感器和计算机视觉。所有这些都有他们的优点和缺点。

“在‘发现和避免’解决方案得到完善之前,无人机系统(UAS) 98%的经济潜力将无法实现。”

约翰乔贡弗吉尼亚理工大学中大西洋航空伙伴关系(MAAP)总工程师

听觉传感器需要能够忽略无关紧要的声音 - 就像自己的寄生虫的发动机一样 - 并挑选出那些所做的声音。计算机愿景将具有从任何向量中看到和建模各种形状的困难任务,并且需要相当高的高端摄像机,以获得最大的效果。

雷达设备笨重、昂贵,需要进行微调,以确保无人机能看到它想要看到和需要看到的东西,而不是总是能看到空中的一切。无论无人机使用何种传感器或传感器套件,它都需要具有成本效益和轻便性。

Coggin说:“最大的挑战之一是在保持低成本和低重量的同时扩大传感器的能力。”

盘旋在弗吉尼亚山坡上的MAAP无人机携带了一个调整过的Echodyne雷达箱,以完成“探测与躲避”的“探测”部分。但即使有眼睛,它也需要大脑。

鲍勃和编织

当然,将入侵者检测到无人机的空域中只有一半的战斗。无人机必须有能力安全地走开,并恢复飞行。为实现这一目标,Maap使用了名为的美国国家航空航天局计划(可能是不适当的)浅般的。

ICAROUS是一个软件平台,可用于部署无人机的特定程序。弗吉尼亚理工大学使用的软件套件告诉无人机避开其领空的入侵者,并保持一个安全缓冲区。

美国国家航空航天局(nasa)操作的风暴无人机,充当了MAAP四轴飞行器的入侵者。这架四轴飞行器利用雷达和美国宇航局“伊卡洛斯”(ICAROUS)操作系统上的一个程序成功探测并躲避了这架无人机。照片由艾米·罗伯逊为弗吉尼亚理工大学提供。

美国国家航空航天局(nasa)操作的风暴无人机,充当了MAAP四轴飞行器的入侵者。这架四轴飞行器利用雷达和美国宇航局“伊卡洛斯”(ICAROUS)操作系统上的一个程序成功探测并躲避了这架无人机。照片由艾米·罗伯逊为弗吉尼亚理工大学提供。

“主要成分(十字架算法)是目标飞机对其周围所有目标的位置,”NASA的LOU GLAAB是该项目的主要调查员。

有了这些信息,无人机就可以预测可能发生碰撞的地点,并采取机动来避免碰撞。

Coggin说,研究人员认为入侵者永远不会意识到无人机。Onus是在无人机上保持不变。而且由于它没有飞行员,它可能需要冒险的举动,以避免迎面而来的流量 - 像飞行低,避免大多数入侵者,但对人类危险。

格拉布说,拥有足够强大的探测和躲避系统、能够安全穿越任何空域的无人机可能还需要几年的时间。平衡传感器的需求、它们的体积和耗电量,以及它们的成本,这一切都是一项棘手的任务。

躲避无人机

回到黑斯堡山上,两个无人机仍在玩鸡,沿着他们的预编程飞行路径飞行。

就在一场碰撞即将来临之际,四轴飞行器躲开了暴风雨。四轴飞行器的雷达和算法能够独立自主地看到入侵的风暴并加以避免。

格拉布说:“当你第一次这么做时,你会非常紧张,因为你不知道每一辆车,或者两辆车真正要做什么。”

MAAP的工程师杰里米·斯宾克(Jeremy Spink)和本科生实习生马修·福兰(Matthew Foran)将无人机带到发射地点。照片由艾米·罗伯逊为弗吉尼亚理工大学提供。

MAAP的工程师杰里米·斯宾克(Jeremy Spink)和本科生实习生马修·福兰(Matthew Foran)将无人机带到发射地点。照片由艾米·罗伯逊为弗吉尼亚理工大学提供。

使用map开发的系统,四轴飞行器不仅成功地躲过了美国宇航局的无人机,还躲过了利伯缇大学飞行员驾驶的塞斯纳飞机。然而,载人飞机和无人驾驶飞机从来没有在同一高度,安全第一。同样,这两架无人机都是自动飞行的,如果出了问题,地面上的飞行员可以接管它们。

看到他成功地躲开了,柯金留下了印象,他把自己的反应转述给弗吉尼亚理工大学。

“这是我在测试现场经历的最激动人心的时刻之一,目睹一套自动驾驶系统取代了飞行员在感知和回避方面的操作。”

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