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【详解】无人机电子跟踪与识别技术的优缺点对比

字号+ 作者:乌龙君 来源:未知 2017-06-12 10:20 我要评论( )

在过去的几年里,已经有许多关于未来10年如何正确监控跟踪无人机的讨论。关于这个话题引来了有了许多的观点,当然,正如当下其他很多热门话题一样,你会听到很多反......

  在过去的几年里,已经有许多关于未来10年如何正确监控跟踪无人机的讨论。关于这个话题引来了有了许多的观点,当然,正如当下其他很多热门话题一样,你会听到很多反对的声音,比如为什么这个或那个技术行不通:
  “如果ADS-B系统安装在每一架无人机上,那么整个国家空域系统将会崩溃。。。”
  “你真想会相信一个依赖于LTE的导航系统?如果信号中断了你怎么办?”
  在这一切的背后是一个毫无争议的共识—无人机一定需要被电子跟踪和识别。
  无人机需要“合作”,这是一个不争的共识—正如目前的载人飞机一样。任何一架合作性飞机都有一个异频雷达收发器(模式A/C/S或者ADS-B)使得飞机能够被别的飞机或者航空管制中心看到。
  在无人机行业中,真正的争议来自于使用哪一种收发器。在这篇文章里,我会阐述3个主要的观点并且分析他们各自的利弊。并且,这里有一个小小的伏笔-他们各自服务于不同的目的并且并不存在完全的竞争关系。我将按照应用的技术成熟度(TRL)从高到低来进行排序说明。
  
  ADS-B
  优点:
  ADS-B已经从大量增长的民航领域中延伸到了其他的领域。ADS-B已经成为一种国际标准,其监控、识别、以及避障功能被全球性的运用。根据检测和规避(DDA)条理,无人机需要能够检测周围的民航-如果民航上拥有ADS-B,这将非常容易实现。但更为重要的是,ADS-B使得民航可以利用已经普及的技术感知到无人机。由于ADS-B技术是为航空飞机设计的,它的技术成熟度在所有选择中是最高的,已经成为了一种标准并广泛的被应用。如今,通过制造商uAvionix的努力,使得ADS-B拥有一个大家都能接受的价格和一个为无人机设计的合适尺寸。
  缺点:
  对于ADS-B主要的争议在于光谱容量或者控制塔屏幕上过多的信息使得驾驶员或者控制塔过载。我们设想了三个步骤的方法来阻止这些担忧发生:
  1.减少带有ADS-B的无人机数量。规定所有的无人机都携带ADS-B是不现实的事情。更现实的办法是的对那些进行危险操作的无人机进行管控和限制,比如飞过人群、视距外飞行、甚至在机场附近或者管制空域飞行。
  2.降低发射功率。解决潜在的光谱问题的方法是大幅度降低收发器的输出功率-这直接关系到信号的接收范围。现如今规定的功率标准是应用于民航与控制塔系统之间的长距离通信的(100-200迈或者更多)。如果应用于无人机警告附近的飞机-那么这功率能够进一步减少。
  3.减少传输次数。通过一个我们称之为“惰性和警觉”的概念,我们可以监视无人驾驶飞机和空域并且仅在安全需要时发送信号。这些安全需要包括附近出现飞机、进入管制空域、超过海拔限制高度操作、或者丢失命令链接的情况。
  综上所述,我们认为ADS-B对于无人机来说并不像是民航那样的追踪或者是监控作用-而是作为一个集成在现有航空领域使得所有用户更加安全的一项技术。
  
  LTE
  优点:
  LTE或者其继任者“5G”常被想成下一个无脑追踪无人机的技术。重要的一些基础设施已经架设好—物联网(loT)的成长,许多科研和商业机构已经在发展无人机队交通管控技术UTM。尽管LTE的技术成熟度很高,但不像ADS-B那么高,LTE仍需要一些改进来适应航空应用。
  缺点:
  那些信号中断怎么办?这个答案取决于LTE系统是否直接影响飞机安全,或者只是影响信息的实时性。如果信号中断,但飞机能够自动重新连接,并且机上的其他安全措施能够防止飞机碰撞,那么不过会使飞行驾驶造成一些不便。但是,如果LTE是整体安全方案的一个重要部分,那么LTE肯定还需要变得更加可靠。
  另外,还有“漫游”的问题—或者说从一家运营商换到另外一家。从一个网络运行到下个网络所需要的认证过程是不容易且不和谐的。所以一个设备制造商必须大量投入资金以确保在所有的运营商网络都能够运行。更重要的是,在机载应用通道的使用上还有一些限制。同时,现有的基础设施天线都是为地面应用而建造的,这意味着还有一些固有的限制需要去克服。
  当然,那些主要的运营商肯定能够大量投入资金去解决这个问题。但最终的结果可能是,你会像支付你的手机账单一样,为每次无人机飞行向运营商支付一笔费用。最后,我认为LTE/5G最终能够成为追踪和监管的主导,但是让它能够像DAA或者C2那样作为安全准则系统使用之前还有很长一段路要走。
  
  车对车通讯技术(V2V)
  优点:
  V2V在过去的几年中已经在NASA的UTM项目中成为了一个热门课题。V2V的概念看起来似乎不仅仅是纯监控作用,而具备了无人机之间通信意图、飞行计划或者其他UTM数据的能力。
  无人机1:“嘿,我们的飞行路径似乎会在一个点交汇—但是似乎你将要朝南飞行100米所以又没有问题了,对么?”
  无人机2:“是的,这是计划中的。别担心。哥们“
  无人机1:”好的。祝您今天过得愉快!“
  听起来很好,对么?是的,在达到这样的技术之前我们还有很长一段路要走。这意味着不仅仅是在V2V系统要达到高度自动化和智能化,无人机飞行控制系统也要进化。好在V2V的技术可以在无人驾驶车上进行试验。专用短程通信(DSRC)已成为一个研究课题,被誉为”安全驾驶的未来“。但是,这在无人机领域这仅仅是才开始。
  缺点:
  V2V还不存在,并且直到无人机交通管理系统UTM成熟的时候,它都可能只存在于研究室里。
  所以,谁最终赢得了这个战役呢?
  我们将这3项技术一点一点的来进行对比,但最终发现他们都有不同的作用。非要评出一个最终的胜者,或许是不合理的。
  1. ADS-B是一项在有人驾驶和无人驾驶飞机之间分享领空识别的技术。
  2. LTE/5G看起来是一项有效的UTM跟踪监控技术,但不像DAA或者C2能够胜任关键的安全系统。
  3. V2V则是更侧重于半自动系统,使飞行器通过协商执行最佳路径,高度依赖于UTM.
  尽管我们不太可能选出一个最终的胜者,但我们可以根据现在的技术成熟度和可行性来选出一个较为符合当前情况的选择。我们没有更多的5年去等待传统的标准提升或者等待LTE、V2V研发成熟并且变为全球准则。现如今为了让飞行更安全并且防止失误,我们仅有一个选择。那就是ADS-B—至少它是目前解决问题的暂时选择,直到下一个更适合的技术出现。

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