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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。

一个类似于吉特斯的乘坐航空公司,所有长的白色翅膀和机身的空间穿梭燃料箱的颜色适合,适用于美国宇航局操作的暴风机。另一个是一个Quadcopter,那种经典的无人机与四个螺旋桨,但它携带一些独特的东西:一个看起来像路由器的盒子。

这个盒子是解决无人机飞行中最棘手问题之一的关键。

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“见和避免”的任务,FAA无人机规定要求无人机在视线视线内飞行。基本上,你必须看到它飞行。这限制了无人机可以飞行,这反过来限制它可以做的事情。如果亚马逊员工必须看到他们的无人机整个时间来交付你的包裹,那么使用无人机就没有很大的意义。

“我自己的肠道感觉,”John Coggin说,“uas(无人机系统)的98%的经济潜力将无法实现,直到检测和避免解决方案是强大的。”

考金是弗吉尼亚理工大学中大西洋航空合作组织(MAAP)的首席工程师,该组织与美国国家航空航天局(NASA)合作开发无人机的探测和躲避能力。无人机直接飞过弗吉尼亚上空是MAAP项目的一部分。

这种Quadcopter,武装了专门调整的雷达和编程,告诉它避免入侵者,成功地躲避了弗吉尼亚州黑斯堡上方的天空中的另一个无人机和一名塞斯纳。照片由艾米·罗伯逊为弗吉尼亚理工大学提供。

这种Quadcopter,武装了专门调整的雷达和编程,告诉它避免入侵者,成功地躲避了弗吉尼亚州黑斯堡上方的天空中的另一个无人机和一名塞斯纳。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 - 无人机法规与任何其他飞机一样严格。

这可能是联邦航空局无人机法规中最艰巨的挑战。

驾驶舱内没有一双眼睛,侦查是第一步。Coggin说,感应“入侵者”进入无人机领空有三个主要的备选方案:雷达、听觉传感器和计算机视觉。它们都有各自的优点和缺点。

“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。”

约翰考金弗吉尼亚理工大学中大西洋航空伙伴关系(MAAP)总工程师

听觉传感器将需要能够忽略不重要的声音——比如他们自己的无人机引擎——并挑选出那些重要的声音。计算机视觉将有一个困难的任务,即从任何矢量上看到和建模各种各样的形状,它将需要非常高端的相机来获得最大的效果。

雷达单位是沉重的,昂贵的,并且需要微调,以确保无人机看到它想要的东西,需要看到 - 这不会始终是空中的一切。无论传感器的传感器或套件是无人机用途,它都需要具有成本效益和光明。

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,探测到闯入无人机领空的入侵者只是成功的一半。无人机必须有能力安全撤离并恢复飞行。为了实现这一目标,MAAP使用了美国国家航空航天局(NASA)的一个名为“伊卡洛斯”(ICAROUS)的项目(这或许是不明智的)。

ICAROUS是一种软件平台,可用于部署用于无人机的特定程序。弗吉尼亚理工大学的软件套件告诉无人机,在其空域中逃避入侵者并维持安全的缓冲区。

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。

“(伊卡洛斯算法的)主要成分是目标飞行器周围所有目标的位置,”NASA的Lou Glaab说,他是该项目的主要研究员。

武装那种信息,无人机可以预测可能发生的碰撞,以及避免它的机动。

Coggin说,研究人员假设入侵者永远不会意识到无人机的存在。无人机的责任是不要挡道。而且因为它没有飞行员,它可以采取更冒险的举动来避开迎风而来的车流——比如低飞,避开大多数入侵者,但对人类来说很危险。

Glaab说,拥有足够强大的检测和避免系统可以安全地飞过任何一类空域的系统。平衡传感器需要什么,他们是多大和力量,他们的成本使其成为一项棘手的任务。

避开无人机

回到布莱克斯堡山上,两架无人机仍在玩“小鸡游戏”,沿着预先设定的飞行路线飞行。

正如碰撞开始看起来迫在眉睫,那Quadcopter躲闪了暴风雨。独立和自主地,Quadcopter的雷达和算法看到了侵入的暴风雨并避免它。

“第一次这样做时,当你不知道每个车辆 - 或两个车辆 - 要真正做的时候,神经很高,”格拉布说。

Maap Engineer Jeremy Spink,弗吉尼亚理工大沼泽,本科实习马修福安将无人机带到其发射网站。照片由艾米·罗伯逊为弗吉尼亚理工大学提供。

Maap Engineer Jeremy Spink,弗吉尼亚理工大沼泽,本科实习马修福安将无人机带到其发射网站。照片由艾米·罗伯逊为弗吉尼亚理工大学提供。

使用Maap开发的系统,Quadcopter不仅逃避了NASA的无人机,而且还逃避了自由大学飞行员的塞斯纳。令人携带的飞机和无人机从未处于相同的高度,然而 - 安全首先。同样,如果事情变得Awry,就可以在地面上飞行的飞行员接管两个无人机。

看到成功的逃避留下了一个印象的Coggin,他转发了他的反应弗吉尼亚理工大学。

“这是我在测试网站经历过的最令人兴奋的时刻之一,目睹自治系统替换飞行员在感觉和避免时进行的。”

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