低空經(jīng)濟(jì)——無人機(jī)避撞技術(shù)

一、低空經(jīng)濟(jì)發(fā)展

日前，中國民用航空局副局長韓鈞表示，中國低空經(jīng)濟(jì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)中，無人機(jī)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢顯著。第三屆中國民用無人駕駛航空發(fā)展國際論壇調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，目前我國無人機(jī)企業(yè)、從業(yè)者數(shù)量大幅增長，無人機(jī)飛行量快速提升。截至2024年6月份，全國實名登記的無人機(jī)已達(dá)187.5萬架，無人機(jī)經(jīng)營性企業(yè)超1.4萬家，無人機(jī)駕駛員執(zhí)照超過22.5萬本。今年1至6月，全國民用無人機(jī)累計飛行981.6萬小時，較去年同期增加13.4萬小時。根據(jù)部分研究機(jī)構(gòu)測算，2023年中國低空經(jīng)濟(jì)規(guī)模已超過5000億元，2030年有望達(dá)到2萬億元”。

讓低空飛行器“看得見、呼得著、管得住”

隨著無人駕駛航空器數(shù)量近年呈爆發(fā)式增長，部分低空空域已有些“擁擠”。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，壯大低空經(jīng)濟(jì)需要更好統(tǒng)籌發(fā)展與安全，讓低空飛行器“看得見、呼得著、管得住”。

韓鈞表示，民航局將優(yōu)化直升機(jī)和無人駕駛航空器的適航標(biāo)準(zhǔn)、審定模式與技術(shù)，進(jìn)一步提升適航審定能力。同時，重構(gòu)低空飛行的安全監(jiān)管體系，進(jìn)一步提升安全監(jiān)管效能。

“要解決有限的地面、空域和頻譜資源共享共用的問題，避免重復(fù)建設(shè)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展；同時，解決低空飛行器‘看不見、呼不到、管不住’的安全問題，用先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)低空空域進(jìn)一步開放；此外，還要解決大規(guī)模、高密度飛行的安全、效率和成本問題，用數(shù)字化手段推動低空經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展?！币虼?，可預(yù)期未來在政策層面，對無人機(jī)安全、避撞的需求會進(jìn)一步提高。

二、現(xiàn)有避撞手段

1現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

無人機(jī)可能引發(fā)的危害主要包括無人機(jī)與地面障礙撞擊、無人機(jī)之間空中相撞、無人機(jī)與有人機(jī)之間空中相撞，其中無人機(jī)與有人機(jī)之間的空中相撞是首要關(guān)注對象，為保障飛行安全目前各國對無人機(jī)的運(yùn)行管理普諞采用將無人機(jī)限制在特定的空域內(nèi)與有人機(jī)隔離運(yùn)行。但隨著無人機(jī)在偵查、搜救、運(yùn)輸、軍事等多個領(lǐng)域的廣泛使用，其飛行活動量的不斷增加對空域環(huán)境內(nèi)的其他飛行器以及地面第三方帶來很大的安全隱患。在未來隔離運(yùn)行方式將難以滿足無人機(jī)日益增長的應(yīng)用需求，無人機(jī)與有人機(jī)共享空域飛行是未來的發(fā)展趨勢，因而防撞問題也成為制約無人機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。美國國防部也制定了空域集成計劃中，計劃逐步將無人機(jī)融入共享空域。

2當(dāng)前探測避撞技術(shù)

目標(biāo)探測是規(guī)避的基礎(chǔ)，無人機(jī)探測技術(shù)目前存在多種不同的解決方案，對于我國與歐美主流市場，有人機(jī)上ADS-B out系統(tǒng)普遍安裝。因此，意味著所有民用合飛行器目標(biāo)可通過共同的通信鏈路共享信息。

空中交通告警和防撞系統(tǒng)(TCAS)和廣播式自動相關(guān)監(jiān)視(ADS-B)屬于合作型感知探測設(shè)備，能夠直接精確全面的獲取裝載同類設(shè)備的目標(biāo)飛機(jī)的狀態(tài)信息，但必須依靠通信鏈路且探測目標(biāo)受限。視覺和雷達(dá)等屬于非合作型傳感器，能夠感知探測視場范圍內(nèi)的所有物體包括飛機(jī)、鳥類以及地形，但其探測性能受到無人機(jī)姿態(tài)影響而存在盲區(qū)且距離受限。

3.1空中交通告塾和防撞系統(tǒng)(TCAS)

TCAS是為減少空-空碰撞的發(fā)生率，從而改善飛機(jī)飛行安全的系統(tǒng)。TCAS最初設(shè)計是用于載人飛行,然而，同樣可用于無人飛行，不過，目前的價格(25,000-150,000美元)可能會妨礙TCAS在無人機(jī)領(lǐng)域的廣泛采用。

3.2廣播式自動相關(guān)監(jiān)視(ADS-B)

ADS-B+是一種相對較新的技術(shù)，它為防撞提供了巨大潛力。ADS-B不僅限于空-空監(jiān)視，它使用空對地通信并具有取代二次監(jiān)視雷達(dá)的潛力。使用了類似于TCAS使用無線電信號發(fā)收發(fā)附近飛機(jī)的信息的方式，但ADS-B的一個重要且明顯的區(qū)別在于其信息交換的類型。每架飛機(jī)應(yīng)分享的信息包括三維位置、速度、航向、時間和意圖。這些信息是對于防撞系統(tǒng)非常有價值。

三、現(xiàn)有技術(shù)限制

采用電力驅(qū)動的無人機(jī)和eVTOL，對載荷和續(xù)航的要求相對于傳統(tǒng)燃油飛機(jī)更為敏感，如何降低重量提升載荷和續(xù)航往往是很重要的考慮。另外增加ADS-B系統(tǒng)的成本不低，對本就成本不高的中小型無人機(jī)來說，是一筆不小的成本增加。而超小型化的ADS-B芯片，專為無人機(jī)應(yīng)用設(shè)計，在體積重量和功耗方面比傳統(tǒng)應(yīng)答機(jī)小大約10倍，基本不影響無人機(jī)的載荷和續(xù)航、成本也縮小到百元級別?？深A(yù)見未來ADS-B芯片將幫助中小型無人機(jī)實現(xiàn)ADS-B功能，讓低空飛行更安全，低空監(jiān)管更便捷。

四、ADS-B芯片市場概況

目前全世界僅有幾家公司做出了ADS-B芯片，天津鯤鵬信息技術(shù)有限公司生產(chǎn)的KS8100R是為ADS-B技術(shù)在無人機(jī)端應(yīng)用而國產(chǎn)自主研發(fā)的ADS-B IN射頻基帶一體化接收芯片。芯片集成了射頻前端、模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）、1090ES信號處理、電源管理等功能，可以極大的改善ADS-B IN接收設(shè)備的體積、重量與功耗，實現(xiàn)了ADS-B接收設(shè)備的低功耗與小型化。支持1090ES數(shù)據(jù)鏈的ADS-B數(shù)據(jù)解析，后續(xù)還會集成UAT接收功能、ADS-B OUT功能、組網(wǎng)功能。

五、結(jié)語

由于小型無人機(jī)受成本、重量、功耗等限制，無法為采用有人機(jī)傳統(tǒng)的防撞系統(tǒng)及傳感器系統(tǒng)，如高精度慣導(dǎo)、雷達(dá)、光電吊艙等。而鯤鵬ADS-B in芯片為中小型無人機(jī)搭載ADS-B功能提供了基礎(chǔ)設(shè)施，解決了無人機(jī)搭載ADS-B in成本高、體積大、部署慢難的問題。

審核編輯 黃宇