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61中国航班飞行与安全FlightandSafetyCHINAFLIGHTS中国航班航空与技术AviationandTechnologyCHINAFLIGHTS混合空域中无人机飞行防相撞技术刘雨航朱源昊|陆军航空兵学院摘要：无人机混合空域的防撞技术是无人机飞离隔离空域的关键，并因这种防撞技术才得以广泛应用于各个行业。本文首先分析了在混合空域中无人机的防撞要求。随后提出了无人机防撞系统的基本框架结构，并列举了几种应用在无人机防撞相关的关键技术。最后在当前技术水平的基础上，从概念出发谈论有关设计无人机在混合空域的防撞运行机理。关键词：混合空域；无人机；防相撞；航空管制随着近年来无人机技术的飞速发展，无人机正越来越广泛地应用于人们现实生活需求的各个领域，并且无人机的数量和质量也在逐步呈上升趋势。更甚者可以断定无人机将成为未来上空领域的首要组成成员之一。美国国防科学研究委员会和国会公共服务研究中心指出：“根据无人机的潜在能力和灵活性可以推断出今后可以将更多现有的人控驾驶飞机任务逐渐转向到无人机方向驾驶运输，或者将无人机和有人驾驶飞机共同飞行。”可是在这种状态下，过于大量的无人驾驶飞机行驶在领空中将可能带来不小的安全隐患。经总结，无人机的空域运行安全问题主要包括两种，即空中碰撞和地面撞击。无人机与有人驾驶飞机之间可能发生的空中碰撞是必须首先关注和解决的问题。目前，为了确保各类飞机在空域内飞行安全，各国对于无人机的飞行范围进行特殊限制，无人飞行只能在特定的空域范围内，并将其与有人驾驶飞机运行隔离。然而，在空域资源有限的情况下，这种隔离飞行的运行模式将难以满足无人机不断提高的应用需求。综上所述，无人机逐步加入空域的混合式飞行是无人机长期发展的必然趋势。笔者所谈的混合空域是指所有飞机（无人机和有人驾驶飞机等）均可申请运行的限制空域。在这种条件下，无人机与有人驾驶飞机之间的防撞问题能否解决是决定无人机能否向隔离空域正常运行的必要因素。近年来，对无人机的防撞研究很多，一些学者以飞机间的飞行联系为前提，还有学者提出空域中水平面上的协同防撞的策略，利用空域中可实时监控的交通预警系统与智能防撞系统的预算与决策功能，利用时间阈值等数据准确及时性划分飞机的避撞区域。因此，无人机和有人驾驶飞机之间的防撞问题已在领空运行法则基础上进行可操作方面的深入研究，并促进无人机的防撞研究进展。接下来笔者根据无人机的防撞要求，提出了无人机防撞系统的框架，结合无人机防撞系统的关键技术，从空域安全运行的角度出发，从航空控制发展实际现状出发，设计避免人机碰撞的方案和无人机在混合空域的防撞运行机理。最后，总结未来混合空域中无人机防撞技术的发展。1 需求与系统框架1.1 需求当前，随着无人机在各种领域的广泛应用，在飞机密度高的混合空域中无人机和有人驾驶飞机或无人机和无人机之间频频发生碰撞和坠毁事故。因此，碰撞冲突已成为当前阻碍无人机发展的首要问题。反观民航业所具有的成熟的防人机碰撞的防撞系统，可以有效解决空中人机碰撞并确保有人机的飞行安全，但无人机与有人机在混合空域中的防碰撞问题尚未得到有效解决。与载人飞机相比，无人机的防撞具有以下特点。第一，无人机与其操作员真正实现人机分离，无法做到“看见并避免”。其次，无人机无法完全自主化执行防撞措施。最后，大部分无人机在紧急状态下失去自主飞行能力。另外，无人机对周围环境的感知能力取决于其自带的智能传感器系统，操作者再通过无人机反馈的具体实时信息对无人机进行完整控制，这种人机分离存在一定的固有风险。一旦出现信息不正确或传输过程有问题，就难以把握无人机所处环境的实施信息。无人机就有一定的概率出现错误飞行，甚至影响或碰撞空域水平面内其他飞机。可以看出，在无人机的防撞问题中，有必要将无人机飞行性能、无人机机载设备和人机导航精度全面综合，并通过设置独立防撞系统确保无人机的安全。1.2 系统框架在混合空域中，无人机防撞要求无人机具有独立的防撞能力，还要求地面控制站和控制部门协调指挥和控制。其中，无人机的自身防撞技术是避免无人机碰撞的关键。该技术需要将无人机的外部环境态势感知和多源数据融合处理，并交给无人机进行自主决策，通过防碰撞算法进行飞行路径规划。人机依靠这些技术可以提高在混合空域中自主飞行的安全性，而控制部门也可以实时监控无人机，并通过无人机地面控制站为无人机提供控制服务。2 关键技术目前，无人机防撞关键技术的研究主要集中在无人机避碰技术上，但无人机通信导航技术，数据链路传输技术和自控技术等也可以防止间接性防止无人机发生碰撞。态势感知：无人机态势感知是指通过传感器获取、用来校正空间限制的环境元素的技术，它能够对信号级或像素级目标检测，并跟踪和识别提取相关信息。全面了解飞行过程周边环境，包括高级信息融合研究领域进行情况评估和威胁估算。３ 运行机制设计混合空域中无人机的防撞除了成熟可靠的技术之外，而且还需要科学合理的防撞运行设计。目前无人机的防撞系统还具有分散性、不完全独立性和标准化性不足以及效率低下的问题，而且缺乏对安全性的全面评估等，无人机与载人飞机的空中防相撞能力之间仍然存在差距。在无人机防撞技术不断发展的基础上，有必要与现有的飞机防撞系统建立完善的数据集成措施，并从管理的角度设计无人机的防撞运行机制，实现有无人机混合空域的安全运行。4 结语无人机混合空域飞行已是无人机应用领域必然发展的趋势，本文所探讨的无人机防撞问题研究正是无人机脱离孤立空域进入混合空域的关键之一。未来，无人机的防撞主要依靠无人机的自卫防撞技术，人工控制手段起辅助协调的作用。本文分析了混合空域无人机的防撞要求和关键技术，提出了无人机防撞系统的框架，从概念上设计了无人机在混合空域的防撞运行机理。在现有无人机防撞技术的基础上，从人类控制的角度探讨了无人机的防撞方法，构建了与现有控制系统兼容的无人机防撞系统。最后，在混合空域飞行提供了一种安全可靠的机制，可确保无人机在军事和民用中的广泛使用，并有效地提高当前空域的利用效率，这可为我国未来的无人机防撞设计有着参考作用。参考文献[1]刘慧颖,白存儒,杨广珺.无人机自主防相撞关键技术与应用分析[J].航空工程进展,2014(2):141-147.[2]李春锦,文泾.无人机系统的运行管理[M].北京:北京航空航天大学出版社,2011.[3]蔡志浩,吴慧垚,王英勋.基于系统分类和安全评估的无人机空域集成[J].北京航空航天大学学报,2013,39(11):1497-1502.