低空无人机交通管理概览与建议综述

大量无序飞行的低空无人机运行会对地面设施、公共安全、空中载人飞行器等带来危害。然而,目前民航空中交通管理不能适应未来数以百万架的无人机。为了应对该挑战,世界各国针对低空无人机空中交通管理开发了新框架。低空无人机空中交通管理属于近几年出来的新事物。藉此聚焦于低空无人机交通管理,从4个方面进行概览：低空无人机相关的空中交通基本概念及现状、低空无人机交通管理介绍、低空无人机交通管理的关键技术和低空无人机交通管理相关科学问题,以期望对无人机产业健康发展有一定的建议意义。     

基于改进人工势场法的无人机避让航迹规划

随着无人机技术的不断发展,以及无人机应用领域的不断扩展,无人机与有人机在低空空域的融合运行是我国通用航空事业发展的必然趋势,而感知与规避技术是无人机与有人机间避免碰撞的重要保障。在对感知与规避技术进行详细阐述的基础上,对其关键技术问题之一的避让航迹规划进行了研究。首先,针对传统人工势场法的局部震荡问题提出了解决方案;其次,结合感知与规避实际背景,对威胁区模型进行了优化,并对无人机自身性能约束进行了建模;最后,对改进算法进行了仿真验证,阐明了其对无人机动力能源消耗、避让时间和任务执行效率等方面的影响。     

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。     

低空小型无人机空域冲突视觉感知技术研究进展

无人机（UAV）空域冲突感知技术是国家空域集成中最具挑战的关键技术,针对小型无人机在低空空域应用愈加广泛、迫切需要融入低空空域的背景,综述了低空小型无人机空域冲突视觉感知技术的研究进展。首先,论述了低空小型无人机的应用现状,归纳了低空空域环境与小型无人机的典型特征;其次,根据感知对象的类型,将现有的空域冲突感知设备分为协同式与非协同式2类,通过对比总结了机器视觉作为低空小型无人机空域冲突感知设备的优势;然后,论述了视觉信息预处理、入侵目标视觉检测、基于视觉的避障路径规划这3项空域冲突视觉感知关键技术的最新研究进展;最后,总结了该领域有待进一步解决的难点,并对未来的发展方向进行展望。     

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...     

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。     

毫米波无人直升机避障雷达系统研究

由电力线所引起的无人直升机事故频频发生,因而确保无人机飞行安全一个很重要的方面就是对电力线的检测。文章采用毫米波宽带线性调频技术实现了对高压线小目标的探测分辨,研制了毫米波无人直升机避障雷达系统,解决了无人机低空巡线飞行的安全问题。通过实际挂飞试验说明,该系统可靠有效,满足装备要求。     

基于BSP-ANN的四旋翼无人机轨迹跟踪方法

为了降低无人机轨迹跟踪误差,提高系统抗干扰能力,对反步（Backstepping）法进行改进提出一种基于反步神经网络（BSP-ANN）的无人机轨迹跟踪方法。首先,建立了四旋翼无人机运动学模型;然后,结合Backstepping方法在无人机的姿态控制、轨迹跟踪控制系统中引入Sigma-Pi神经网络,同时设计Sigma-Pi神经网络控制率,并证明该控制率满足Lyapunov意义下的系统稳定;最后,分别给出了相应的仿真实验。仿真结果表明：该算法可以有效降低跟踪误差,缩短无人机跟踪时间,同时可以提高系统的抗干扰能力。     

无人机攻击预警机飞行仿真模型初探

高空快速反辐射无人机是未来攻击预警机的重要武器之一。以某型无人机的技术参数为原型,将某型预警机作为假想目标,讨论了将高速反辐射导弹技术与无人机技术相结合的途径,并建立了无人机攻击预警机的飞行仿真模型。对数字仿真的实时结果所进行的分析同时也表明,无人机攻击预警机是可行的。     

多尺度层级金字塔网络的无人机入侵检测方法

近年来,无人机的快速发展给众多领域带来便利,然而无人机入侵给机场安全带来了巨大的挑战。由于无人机目标小、背景复杂、飞行速度快等特点,现有的主流目标检测方法通常难以准确地识别出入侵的无人机,易产生误检漏检的现象。提出了多尺度层级金字塔网络的无人机入侵检测方法,同时利用特征融合模块赋予特征金字塔不同层级、不同尺度的图像语义信息,并通过网格删除和4-Mosaic数据增强技术,对小样本数据集进行扩充,有效地提高了模型的泛化性能。实验表明,方法较于目前最优的无人机检测方法性能提升了5.5%。     

碳纤维丝缠绕无人机毁伤效能分析

无人机的应用随着科技的进步迅速发展,但在交通等方面带来的安全隐患却逐渐凸显。基于碳纤维丝缠绕无人机毁伤机理,采用ABAQUS有限元分析软件对不同形状纤维丝缠绕无人机螺旋桨过程进行了数值仿真分析。结果表明,不同纤维丝形状对螺旋桨缠绕的效果不同：对螺旋桨旋转速度的影响,圆形纤维丝缠绕效能较优;而对螺旋桨前行速度的影响,矩形纤维丝缠绕效能更优,该结果可为以后此类反无人机方式中对于纤维丝的选取提供参考。     

基于DDPG算法的无人机集群追击任务

无人机的集群化应用技术是近年来的研究热点，随着无人机自主智能的不断提高，无人机集群技术必将成为未来无人机发展的主要趋势之一。针对无人机集群协同执行对敌方来袭目标的追击任务，构建了典型的任务场景，基于深度确定性策略梯度网络（DDPG）算法，设计了一种引导型回报函数有效解决了深度强化学习在长周期任务下的稀疏回报问题，通过引入基于滑动平均值的软更新策略减少了DDPG算法中Eval网络和Target网络在训练过程中的参数震荡，提高了算法的训练效率。仿真结果表明，训练完成后的无人机集群能够较好地执行对敌方来袭目标的追击任务，任务成功率达到95%。可以说无人机集群技术作为一种全新概念的作战模式在军事领域具有潜在的应用价值，人工智能算法在无人机集群的自主决策智能化发展方向上具有一定的应用前景。     

由美军无人机系统的发展引发的思考

简要介绍了目前美军无人机的研制发展和装备情况，着重分析了当前美军无人机发展的三大特点，即作战区域覆盖全球、作战任务类型繁多，大量新技术的应用以及强调无人机的能力和智能化程度。并对我国无人机的发展提出了系统规划无人机平台体系，改研和新研协调发展以及重视反无人机战术技术研究的建议。     

基于回归分析的低空空域资源可用性评价方法

低空空域资源一直是通用航空产业发展的瓶颈,是制约我国通用航空发展的关键因素之一。基于理论研究和实地调研,构建低空空域资源可用性评价指标体系,运用多元线性回归法对影响低空资源的军/民航各项因素进行系统分析,确定各级指标权重;以江苏省为例,深入分析该省低空可利用资源的现状,总结各地区实际情况和大量数据,通过多元线性回归结果显示各项因素对该地区的影响值;最后得出低空空域资源可用性结果。结果表明:采用回归分析方法分析低空空域资源,所得结果是科学且有效的,可为我国低空空域资源合理利用以及通用航空活动空域申报提供参考。     

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。     

无人机自主控制等级及其系统结构研究

正确制定无人机(UAV)自主控制等级,有利于了解中国无人机所处的自主控制水平,也有利于为中国无人机自主控制技术的发展提供正确的指导方向.鉴于无人机自主控制等级应该是由无人机代替有人驾驶飞机所能完成的驾驶员的智能行为等级这一认识,从人类智能活动的机理分析,给出了人类的智能控制行为等级.然后,在深入分析美国无人机自主控制等...     

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。     

天翼1无人机电动化改造可行性分析

电动飞机正在国内外通用航空领域蓬勃发展,并影响着未来航空的发展方向。利用电推进技术对无人机进行电动化改造,能大大提高无人机的安全性、可靠性和维修性,降低使用成本。以天翼1无人机为电动化改造对象,提出了电动化改造方案,详细计算分析了电推进系统中电动机和锂电池组的主要参数,并从无人机的重量重心、性能以及电推进系统的安装方式等方面分析了改造的可行性。分析结果表明,天翼1无人机电动化改造基本可行;并提出了后续改造实施中需注意的问题。