NASA无人机运行管理系统ICAROUS框架分析

NASA和FAA提出了无人机系统交通管理(UTM)概念,旨在将低空无人机运行纳入国家空域范围,实现无人机在城市、应急等运行场景下的大规模安全运行。作为UTM项目的一部分,NASA开发了无人机运行管理系统的“无人系统可靠运行集成可配置算法框架(ICAROUS)”,该框架集成了无人机低空安全运行所需的飞行决策、地理围栏、路径规划以及空中交通冲突探测与避让等关键功能,并提供了软件在环仿真和地面控制站接口。通过剖析ICAROUS源代码分析了NASA无人机运行管理框架的研究进展,从架构、算法实现以及关键参数等方面解读了该框架的若干核心功能。最后,为中国无人机运行管理技术的发展提出了建议。     

无人机低空交通管理系统综述

低空空域改革是提高低空空域利用率和促进低空产业发展的重要举措,无人机的低空运行是低空空域改革的重点。低空无人机的数量与低空空域使用需求急剧增加,亟待发展与空中交通管理系统相称的无人机空中交通管理系统。为了解低空无人机运行现状和发展无人机低空运行关键技术,从无人机交通管理系统/智能交通管理系统、无人机低空运行关键技术和无人机低空运行飞行规则三个方面对无人机低空交通管理系统的现状进行了总结介绍,并探讨了无人机低空交通管理系统的发展趋势。     

多因素影响下的四旋翼无人机安全间隔模型

随着自动化技术和电力推进技术的迅猛发展,无人机在低空空域进行高规模运行成为可能。由于低空环境及四旋翼无人机机动的特殊性,低空交通管理技术亟需有效的风险管控。从风、降雨及定位误差三个因素角度出发,提出了一种基于PID控制的多因素条件下四旋翼无人机飞行碰撞。建立基于GPS位置误差的四旋翼无人机位置偏移概率模型,通过给定的等...     

低空反无人机技术现状与发展趋势

近年来,随着无人机技术的不断发展与完善,无人机不仅在军事领域发挥着重要作用,在民用领域也得到了广泛应用。然而,随着使用难度的不断降低,无人机在给人们生产生活带来巨大便利的同时,其"黑飞"与滥用也给国家、社会和人民造成了安全危害。因此,对低空无人机进行反制与防护的需求在军、民领域均十分强烈。围绕无人机在不同领域的应用状况,介绍了低空无人机非合作飞行带来的安全问题,对威胁种类及来源进行了讨论;在此基础上,着重对国内外反无人机技术的发展现状进行了深入分析,对现有反无人机技术体系的组成及相关系统的优缺点进行了综述。此外,结合低空反无人机系统研发的智能化、一体化、自主化问题,分析并讨论了低空反无人机中探测与防护关键技术的未来发展趋势。     

无人机低空域安全飞行管理概述

无人机具备的飞行时间长和灵活性高等特点是许多有人机无法比拟的优势。随着自动化和传感器技术的不断进步,无人机在成本方面的巨大优势使其在军事和民用领域的应用日益增多。如何在今后的空域环境中对无人机进行有效的空中交通管理成为首要考虑的问题。本文针对今后无人机空中交通管理提出了一些设想,建议采取基于网络的空中交通控制模式,通过自动路径优化和协作以避免发生冲突,并从战略和战术层面对任务进行管理和分配,实现对网络的无缝化监管,确保空域内无人机的安全飞行。     

低空无人机路径规划算法综述

随着无人机技术的发展,无人机在低空的应用场景越来越多,复杂的低空环境对无人机路径规划算法提出了新的要求。本文总结了近年来常用的无人机路径规划算法,包括图搜索算法,线性规划算法,智能优化算法（遗传算法、粒子群算法、蚁群算法）,强化学习算法;对这些算法的原理、适用场景及其优缺点进行了归纳分析;并基于无人机发展现状对无人机路径规划算法进行了展望。     

基于风险地图的城市物流无人机路径规划研究

近年来物流无人机技术迅猛发展,但城市低空空域的复杂性、电磁环境的干扰以及城市内居民的生命财产安全都对物流无人机在城市的推广提出挑战。在此背景下,研究评估无人机运行综合风险并生成的风险地图,以无人机运输安全性、经济性和路径平滑程度为目标规划无人机全局路径,并增加对无人机航线保护区结构的约束。在原始NSGA-III算法的基础上对航路点选择机制、交叉和变异操作进行改进,使算法更适应路径规划的需求。实验证明,模型能有效地避开禁飞区,确保路径的多样性、经济性和安全性,为物流运输经营者和低空空域监管方提供高质量、多样化的备选路径,满足不同决策者需求,为无人机城市物流活动的安全高效运行提供有效的解决方案。     

国内民用无人机适航管理思考

研究了国外民用无人机适航管理现状,分析了国外各个主要民航管理机构的民用无人机适航管理整体思路和框架.梳理了我国当前民用无人机适航管理相关政策.在此基础上,结合我国国情,对国内民用无人机的适航管理提出了顶层思路与管理框架建议.     

太阳能/氢能无人机总体设计与能源管理策略研究

针对小型低空长航时电动无人机需求,给出了太阳能/氢能混合能源动力系统集成方案和小型低空长航时无人机构型。针对典型任务剖面,综合考虑太阳能电池和氢燃料电池特性,提出了一种考虑全机重量能量耦合关系的总体设计方法和任务剖面驱动的能源管理策略;建立了能源系统模型,给出了能源控制流程,开发了能源管理仿真平台。以1.5 kg任务载荷为例,完成了无人机总体方案设计,仿真分析了各种能源特性对飞行结果的影响。结果表明:能源管理策略能够根据任务剖面的要求合理配置能源系统的功率,满足各阶段的功率需求;无人机在冬至日航时为21 h、夏至日可实现跨昼夜飞行;在能源系统重量相同情况下,该混合能源无人机的航时分别是纯锂电池无人机和燃料电池无人机的5.5倍和1.2倍。     

美国、以色列小型无人机发展概览

概述了小型无人机的发展历程,详细介绍了美国、以色列两国研制的几种小型无人机,简述了小型无人机相关技术发展动态。     

Flight safety measurements of UAVs in congested airspace

Describing spatial safety status is crucial for high-density air traffic involving multiple unmanned aerial vehicles (UAVs) in a complex environment. A probabilistic approach is proposed to measure safety situation in congested airspace. The occupancy distribution of the airspace is represented with conflict probability between spatial positions and UAV. The concept of a safety envelope related to flight performance and response time is presented first instead of the conventional fixed-size protected zones around aircraft. Consequently, the conflict probability is performance-dependent, and effects of various UAVs on safety can be distinguished. The uncer-tainty of a UAV future position is explicitly accounted for as Brownian motion. An analytic approximate algorithm for the conflict probability is developed to decrease the computational consumption. The relationship between safety and flight performance are discussed for different response times and prediction intervals. To illustrate the applications of the approach, an experi-ment of three UAVs in formation flight is performed. In addition, an example of trajectory planning is simulated for one UAV flying over airspace where five UAVs exist. The validation of the approach shows its potential in guaranteeing flight safety in highly dynamic environment.     

基于能量优化的无人机机动轨迹生成方法

基于能量优化的无人机机动能够使无人机在不失去决定性位置优势的情况下获取相对于对手的能量优势，足够的能量优势可转换为有效的位置优势，有利于无人机在空战中随时改出当前机动并投入下一机动动作，对于无人机获取空战胜利至关重要。开展了基于能量优化的无人机机动轨迹生成方法研究，通过在无人机机动飞行包线内设计合适的机动指令，使得无人机能量性能指标最优。以上升转弯机动为例进行了机动轨迹生成的详细设计，并与常规上升转弯机动轨迹生成结果进行对比，仿真结果显示所设计的机动动作完成时间缩短了28.6%~83.8%，总能量变化减少了64.7%~70.1%，实现了无人机机动飞行的能量优化。     

无人机空中冲突探测与避撞研究

近年来，无人机运输业迅猛发展，其飞行过程中的冲突探测与避撞问题成为亟需解决的关键问题。在无人机周围建立合理的三维空间模型，优化包括紧急避撞区域、一般避撞区域、监视及提前避撞区域的三级避撞区域系统，并利用ADS-B 报文提供的无人机位置、速度等信息，基于无人机一般二维平面上的冲突探测与避撞算法，通过增加垂直方向上的冲突识别来改进冲突探测算法，对比调速、调向两种避让方案在各避撞区域的成功率。结果表明：改进算法能在无人机数量大幅增加的情况下有效识别冲突无人机，同时采用先调速后调向的避让方案，避撞成功率达到99.75%，可为保障无人机的飞行安全提供有效策略。     

基于零空间方法的四旋翼无人机避障与协同编队控制

针对四旋翼无人机在编队飞行执行任务时可能遭遇障碍物问题,考虑多无人机避障及机间避撞的需求,提出 1种基于零空间方法的四旋翼无人机避障与协同编队控制算法。首先,建立四旋翼无人机动力学模型,并建立虚拟控制量简化控制模型;其次,基于零空间方法进行避障与协同编队控制算法研究,将无人机任务执行分解为目标趋向任务、避障避撞任务和协同编队任务,并根据优先级进行任务融合得到期望速度;再次,基于 PID方法设计控制律;最后,通过仿真验证所提控制算法的有效性。所提方法可保证四旋翼无人机在编队飞行中遭遇障碍物时的飞行安全。     

高空长航时太阳能无人机总体设计要点分析

高空长航时（HALE）太阳能无人机（UAV）的基本工作原理与常规动力飞机相比有显著的区别,体现在飞机总体设计方法上有其独到之处,方案设计中还需要对一些关键技术细节进行认真权衡。阐述了高空长航时太阳能无人机总体设计中遵循的重量不变和能量平衡原则的机理,同时从太阳能无人机巡航平飞功率需求、布局形式选取、飞行剖面优化和临近空间使用环境影响等方面出发,研究了太阳能无人机总体设计中的若干注意事项,主要结论可用于高空长航时太阳能无人机总体设计和方案优化。     

Green UAV communications for 6G: A survey

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have received a wide range of attention for military and commercial applications. Enhanced with communication capability, UAVs are considered to play important roles in the Sixth Generation (6G) networks due to their low cost and flexible deployment. 6G is supposed to be an all-coverage network to provide ubiquitous connections for space, air, ground and underwater. UAVs are able to provide air-borne wireless coverage flexibly, serving as aerial base stations for ground users, as relays to connect isolated nodes, or as mobile users in cellular networks. However, the onboard energy of small UAVs is extremely limited. Thus, UAVs can be only deployed to establish wireless links temporarily. Prolonging the lifetime and developing green UAV communication with low power consumption becomes a critical challenge. In this article, a comprehensive survey on green UAV communications for 6G is carried out. Specifically, the typical UAVs and their energy consumption models are introduced. Then, the typical trends of green UAV communications are provided. In addition, the typical applications of UAVs and their green designs are discussed. Finally, several promising techniques and open research issues are also pointed out.     

飞翼布局无人机抗侧风自动着陆控制

飞翼飞机是一种先进的飞行结构。但由于气动外形的特殊,无垂直尾翼的飞翼飞机在横侧向稳定性方面不如常规飞机。特别是在着陆阶段,极易受到侧风的干扰而使其偏离航线。本文针对飞翼飞机的特性,采用不同于常规飞机的控制律,设计了3种抗侧风控制方案。设计出的抗侧风控制系统经过仿真试验,结果显示,达到了预期的控制目标。     

一种无人机定距盘旋跟踪制导律及稳定性证明

对地面目标的定距盘旋跟踪问题是无人机（UAVs）在任务应用阶段需要面临的重要问题之一,如何在传感器信息受限的情况下完成跟踪任务是目前的研究热点。首先针对地面固定目标设计了一种仅依赖测距传感器的制导律,不再需要传统的视线角信号以及目标和无人机自身的定位信息;其次,设计了李雅普诺夫函数对该制导律的稳定性进行了严格数学证明;最后,将该制导律推广到对地面匀速和变速移动目标的跟踪制导。相比于现有制导律,所提出的制导律结构更为简洁,仅有一个设计参数,并且制导策略更为合理。仿真结果表明所提出的制导律能够实现无人机对地面固定和移动目标的稳定跟踪。