我司发布无人机机载探测与避让系统及机载模块

2023-08-11 0

我司发布无人机机载探测与避让系统及机载模块



无人机与有人机.png


为保障飞行安全,各国目前大多将无人机活动限制在特定的空域内,与有人机隔离运行。但在有限的空域资源下,隔离运行方式将难以满足无人机日益增长的应用需求。无人机与有人机共享空域飞行是未来的发展趋势,避免无人机之间、无人机与有人机之间的碰撞危险是无人机进入融合空域亟待解决的关键问题。 

由于缺乏机载飞行员,因此可能需要使用适当的技术和程序,使无人机驾驶员具备类似于有人机驾驶员看见、察觉或探测交通冲突或其他危险并采取适当行动的能力,即无人机探测与避让Detect and Avoid, DAA能力

无人机的探测与避让SAA(保持与其他空中交通分离和碰撞规避的能力概念的扩展,它源自于有人机空中交通预警和防撞系统,对应着有人机的看见与规避系统,DAA是执行一系列相互关联的算法,然后获取执行结果的系统。借鉴有人机的机载防撞系统(TCAS)的防撞特点,无人机DAA需要具备一定的自主操作性,能探测合作和非合作空中飞行目标。无人机机载探测与避让系统是基于DAIDALUS算法和DO-365标准和运行准则所总结出的软件系统,结合我国空域国情和无人机技术发展趋势,可以满足无人机日益增长的应用需求,并使无人机在面对复杂多样的任务时拥有可保证的飞行安全性,为无人机融入有人机空域,整合空域资源作出了一定贡献。


1.jpg

系统介绍

功能目标ADS-B定位信息接入到上位机中并解码,将各个航空器的定位信息进行实时动态显示。接着,将GPS定位信息接入到上位机中并解码,作为本机的定位信息进行实时动态显示。然后,将数据接入无人机机载探测与避让系统中并根据需要进行配置。最后,输出包括探测信息,告警信息以及机动引导逻辑等信息。

系统架构DAA系统是为了协助无人机操作员(PIC)可以在国家空域系统中可以安全地操作无人机的职责而开发的。DAA系统由许多子系统和设备组成,包含无人机(Unmanned Aircraft, UA)、控制站(Control Station, CS)、入侵机、ATC等子系统,DAA系统支持地面监视、导航系统(NAV)、全球定位系统(GPS)以及通信系统(COMMS)。如图1所示。

DDA系统总体架构.png

整个系统包括机载探测设备,地面控制站和导航卫星。导航卫星用于广播导航信号,机载探测设备安装在无人机上,用于获取自身位置数据、获取周围空域的雷达数据、获取其他机载探测设备的TCAS数据,以及根据导航信号获取其他机载探测设备的ADSB数据,并将自身位置数据、雷达数据、ADSB数据和TCAS数据通过地空通信链路发送到地面控制站;地面控制站用于通过航迹融合算法对雷达数据、ADSB数据和TCAS数据进行融合得到航迹数据,根据自身位置数据和航迹数据生成引导建议信息以及碰撞威胁等级。通过上述方式实现无人机的有效探测与避让。

DAA处理器模块是系统的核心,也是我司的技术研发重点,根据DO-365标准,DAA设备应该具有7种功能,包括交通探测、航迹处理、DAA警告、引导维持DWC、当DWC丢失时,引导恢复DWC、显示交通状况等。基于这些功能,DAA处理器的工作原理如下图2所示。


DDA处理器工作原理.png

系统功能:
1、探测功能:ADS-BAutomatic Dependent Surveillance-Broadcast)的探测功能是指通过ADS-B系统,航空器可以探测并获取其他飞行器的相关信息。主要包括:航空器发现、跟踪和识别、追踪和报告。ADS-B的探测功能提供了飞行器之间相互感知和信息交流的能力,以实现空中交通的安全和高效。同时,它也为飞行员提供了更好的情境感知,以帮助他们做出正确的飞行决策。
2、同步与定位功能:GPS时间同步功能是指通过接收GPS信号,将设备的系统时间与GPS时间进行同步的功能。GPS定位功能是指利用全球定位系统(GPS)可以准确测量和确定设备或接收器在地球表面上的位置坐标的功能。在本系统中,GPS数据和ADS-B数据都作为输入数据使用,其中GPS数据用来定位本机的位置坐标以及运动状态,ADS-B获取入侵机的位置及运动状态。GPS同步功能和定位功能都依赖于接收GPS卫星信号,但它们的目的和应用不同。GPS同步功能关注时间的准确性和同步性,用于时间敏感的应用;而GPS定位功能关注位置的准确性,用于确定本机的精确的地理位置。
3、警报功能:警报是提供给PIC的听觉和视觉信息的组合。在某些相遇场景中,传感器可能在警报阈值内检测到入侵机,在这种情况下,入侵机最初就会被显示在警报状态。设计将DAA警报分为预防级,纠正级以及警告级三种警报。

4、引导功能:引导处理子功能会生成引导信息,并将这些信息提供给PIC,以维持和恢复DWC净空区。生成的引导信息是DAA机动的基础,将引导信息的类型大致分为正向引导(Positive guidance)和负向引导(Negetive guidance)两种。

总结:综上,DAA系统将无人机将ADS-B信号进行接收并解析,获得航空器航行状态的识别信息、经纬度高度信息、航行速度大小等信息,接着将接收GPS数据并解析,获得本机的高度、经纬度等信息。将这些信息发送到算法之中,基于冲突判别的结果和相关的飞行参数,进行冲突的预测。这可能包括计算飞机之间的最小间隔距离、最大相对速度等参数。根据冲突预测的结果,生成相应的解决方案和决策建议。这可能包括调整飞机的速度、航向或垂直路径,以避免潜在的冲突。能有效提高飞行员的运行态势感知能力,扩大监视覆盖范围,提高空中交通安全水平、空域容量与运行效率。


我司发布的机载探测与避让模块技术参数表

参数

无人机机载探测与避让模块

图片

避让模块.png

电源

DC 6.5~28V

功率

≤3W

尺寸

92*50*17.2mm

功能

自主定位、目标探测、告警计算、决策指导

GNSS参数

接收类型

56 Channels

GPS L1C/A

SBAS L1C/A

QZSS L1C/A

Galileo E1B/C

首次定位时间

冷启动:29秒;

温启动:28秒;

热启动:1秒;

辅助启动:5秒

灵敏度

导航跟踪:-162dbm;

重新捕获:-160dbm;

冷启动:-148dbm;

温启动:-148dbm;

热启动:-156dbm

水平位置精度

2.5米

时间脉冲信号的准确性

RMS  30ns

99%  60ns

时间脉冲信号的频率

0.25Hz~10MHz(可配置)

最大导航更新率

10Hz

速度精度

0.1m/s

航向精度

0.5°

运行限制

加速度:≤4g;

高度:50000m;

速度:500m/s

ADS-B IN参数

最大监视距离(视距)

200公里

接收机的灵敏度

-85dBm

目标处理能力

100批目标(均匀分布)

处理延时

≤50毫秒

工作频率

1090±1MHz

消息格式

DF17, DF18

告警与避让参数

数据处理

能够实时解析处理本机的GPRMC报文数据,获得本机位置、状态信息;能够实时解析处理DF报文数据,获得周边他机的身份信息、位置信息、状态信息等;

处理延迟

不超过50毫秒

参数配置

本机性能限制参数,DAA安全间隔要求,预警要求

预防级告警

水平间隔4000ft,垂直间隔700ft,最小平均告警时间55s,早期告警时间75s,晚期告警时间20s

纠正级告警

水平间隔4000ft,垂直间隔450ft,最小平均告警时间55s,早期告警时间75s,晚期告警时间20s

警告级告警

水平间隔4000ft,垂直间隔450ft,最小平均告警时间25s,早期告警时间55s,晚期告警时间15s

避让指令生成

根据冲突预测的结果,生成相应的解决方案和决策建议。这可能包括调整飞机的速度、航向或垂直路径,以避免潜在的冲突。

指令输出接口

串口UART,波特率115200



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