感知与避障
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感知与避障
小型无人机 (sUAV) 的态势感知
匿名作者 2015年6月11日，星期四
当我听到态势感知 (SA) 这个词时，我自动就会想到 Jagwire™，因为这款产品从诞生之初我就参与其中。它是一个地理空间数据采集、管理和分发系统，主要为作战人员提供 SA，现在也正在进军新市场。
作为五月份 AUVSI 展会的参与者，另一种形式的 SA 系统引起了我的兴趣，那就是感知与避障 (SAA)，也被称为探测与避障 (DAA)。飞行器可以收集数据，为不同用户提供态势感知，而飞行器自身的飞行员也需要了解其态势感知以避免碰撞。这正是感知与避障系统发挥作用的地方。
图片由 SKYTECH 提供
就在展会前不久，我们公司另一个部门的同事发布了 Symphony RangeVue，这是一款为美国境内无人机系统 (UAS) 操作设计的空域态势感知工具。它可以用作 UAS 地面控制站的感知与避障附加组件，具有灵活的地理围栏工具，可在无人机接近空域边界或有其他飞行器在附近时向操作员发出警报。
什么是 SAA/DAA？
这些名称是自解释性的：感知 或 探测 飞行器周围的物体（如其他飞行器）和自然威胁（如鸟类），并避障 以防止空中碰撞。无人机需要能够对彼此以及周围环境做出反应。创建这些 SAA 系统的技术已经存在，并且针对空军和陆军使用的大型无人机，已有系统正在开发和测试。然而，小型无人机 (sUAV) 的集成及其尺寸、重量和功率 (SWAP) 被证明是具有挑战性的。与传统飞行器和大型无人机不同，较低的飞行高度和速度也是影响因素。
为什么这很重要？
除了显而易见的安全性原因外，为了使商业无人机完全融入国家空域系统 (NAS)，美国联邦航空管理局 (FAA) 必须认证一种能提供空中防撞能力的感知与避障系统。今年，FAA 已经为第一批小型商业无人机共享国家空域系统提供了便利（根据《FAA 现代化与改革法案》第 333 条）。此外，他们还制定了一项临时政策，以加快为获得第 333 条豁免权的特定商业无人机运营商提供空域授权。
图片由 3DR 提供 - FAA 授予了 3DR 无人机商业使用的第 333 条授权
第 333 条豁免持有者会自动收到一份覆盖 200 英尺高度的“一揽子”运行许可证书 (COA)，并遵守一系列飞行限制，例如保持在视距内 (VLOS)。具体细节可在 FAA 网站上找到。对于这个快速发展的技术和行业来说，这是向前迈出的一大步。你可能会问：“这是否意味着亚马逊很快会用四轴飞行器给我们送货了？” 目前还没有，短期内也不太可能。
技术与挑战
为了探测飞行器和野生动物，许多感知与避障系统混合使用了多种传感器：可见光和红外相机、雷达、激光雷达，包括空中防撞系统 (TCAS) 和广播式自动相关监视 (ADS-B)。并非所有飞行器都配备了 TCAS 和 ADS-B 系统，并且它们只能探测到配备相应收发机或应答器的其他飞行器。
手动的感知与避障系统会将信息传递给无人机飞行员。对于小型无人机而言，感知与避障技术必须体积小、重量轻，这构成了一个挑战。如果使用雷达等传统方法探测其他飞行器，则需要考虑足够的有效载荷能力及其尺寸和重量。此外，小型无人机的速度通常比其他飞行器慢。要识别以更快速度飞行的飞行器，需要感知与避障技术具有更快的反应时间以避免碰撞。更进一步的复杂性在于无人机的功耗和电池续航时间，以及该技术需要在不同天气条件下运行的能力。
无人机行业在许多方面都在快速发展。例如，DJI 最近宣布了其首个引导系统，这是一种感知与避障的硬件附加装置。通过结合超声波传感器和立体相机，无人机能够探测到最远 65 英尺的物体，并将飞行器保持在一个预设的距离上。该引导系统可与大疆的新型 Matrice 100 无人机配合使用。
图片由 DJI 提供：大疆的“Guidance”系统和搭载了“Guidance”的 Matrice 100 无人机
展望未来…
这个令人兴奋的新兴行业仍然很年轻，未来有着巨大的增长潜力和可能性。一旦安全和可靠性的障碍得到解决，它将为无人机共享空域并用于更广泛的用途（而不仅仅是监测农田、公用设施等）打开大门。