[00118581]无人机空管态势感知与规避技术

本项目是中国航空无线电电子研究所科技创新项目。 项目针对无人机空域融合、有人/无人协同等预研任务,分析所需的无人机空管态势感知与规避能力,集成协同监视、相关监视与自主威胁规避,研究具备综合化、集成化、高可靠、低成本等特征,符合无人机装机适应性的态势感知与威胁规避系统,技术上解决目前无人机无法进入非隔离空域,飞行安全管控机载设备能力不足的问题,确保无人机能够有序、安全地飞行。 该技术以国际民航发布的民用飞机相关功能性能标准（DO-185B、DO-181E、DO-260D等）为基础,融合TCAS主动询问监视信息和ADS-B广播式自动相关监视信息,综合彼此告警和状态信息,提升威胁检测概率,输出最适宜的监视、告警信息和避让建议。采用数字中频处理技术实现空空/空地数据链编解码算法、防撞测向算法,尽可能的减少射频复杂性、减小设备的体积和功耗,增加算法重用性、实时性,提升系统可靠性。利用多通道射频收/发技术简化射频通道,复用天线资源。利用功能分区和任务组织功能实现分区运行防撞算法、S模式应答算法、1090ES数据链算法,调度各类任务有序运行、有效复用处理器、存储器和接口等资源。 该技术包括如下功能 a)监视信息广播：通过间歇广播向周围飞机和地面站发出飞机识别信息（ID）、经纬度、高度、速度、航向等信息,与邻机1090ES数据链接收设备和1090ES数据链地面站之间建立监视数据链路,在邻机和地面站显示该机飞行航迹,实现飞行态势监视。 b)空中交通态势感知：接收邻近飞机广播的基于1090ES数据链的ADS-B信息,结合TCAS主动监视询问信息,建立周边目标航迹,比较并更新现存航迹,为地面指挥人员实现空中交通态势的显示。 c)危险规避功能：通过邻近飞机广播的基于1090ES数据链的ADS-B信息,结合TCAS主动询问应答信息,对接近的飞机进行跟踪,建立包括距离、相对方位和相对高度的跟踪信息,并计算接近飞机的相对位置、距离和高度变化率。利用跟踪数据的计算值确定接近飞机的潜在威胁进行评估,按威胁程度将接近飞机的类型分为决断告警、交通告警、接近告警或无威胁。对可能出现碰撞危险的接近飞机,确定出合适的垂直机动飞行建议,并为地面指挥人员给出决断告警显示,以便其主动操控无人机与接近飞机之间达到或保持安全间隔距离。 d)画面告警功能：为虚拟显示器输出入侵机的身份信息和位置信息,并根据入侵机威胁程度对显示的飞机进行不同类型的显示。 音像告警功能：为地面指挥人员提供适宜的监视、告警信息和避让建议。 e)空对空协调功能：对存在碰撞危险并装有TCAS系统的飞机,本机将会与接近飞机建立一个机动协调数据联系,确保两机间的决断告警是协调和兼容的。 f)应答机功能：从地面ATC站和安装TCAS的飞机接收询问信号（A/C/S模式）,解码、处理数据并按要求发送应答信号。 主要技术指标如下： a)发射频率：1090MHz±1MHz、1030MHz±0.2MHz。 b)接收频率：1030MHz±0.2MHz、1090MHz±1MHz。 c)询问信号最小触发电平（MTL）：-74dBm±3dBm。 d)1090ES消息接收灵敏度（MTL）：优于-81dBm。 e)应答信号接收灵敏度（MTL）：优于－81dBm。 f)发射峰值功率：54dBm±2dBm。 g)监视容量：跟踪：大于45架飞机;显示：最多30架飞机（按优先级）。 h)监视范围：水平360°。 i)告警时间：TA（交通告警）：20～48秒;RA（决断告警）：15～35秒。 项目总体研究处于国际先进水平。本项目首次提出了一种复用全向天线的混合监视防撞告警方法及其系统（专利授权号：ZL201310652599.2）,大幅降低了系统的体积和功耗,减少了天线的数量,降低了天线的尺寸,使系统具备了在工业级无人机上安装使用的条件;首次提出了一种基于空管数据链的无人机主动威胁避让技术（专利受理号：201611115343.8）,满足无人机在不同运行环境下对空中协同目标的规避需求;首次提出了面向无人机 空域避险的静态飞行路径规划算法,提高了无人机对禁飞区、障碍物的自主规避能力;首次提出了一种面向无人机空域融合的飞行安全管控能效评估技术（专利受理号：201610066023.1）,采用基于典型场景的无人机空域融合建模和多模式空管信号仿真方法（专利授权号：ZL201410561738.5）,为无人机空域态势感知与规避技术能效评估提供了一种有效手段。 项目研制了符合无人机装机条件的无人机空管态势感知与规避原理样机,构建了配套环境,完成了实验室环境下的演示验证（技术成熟度达到TRL-5）,并形成研究报告4篇,发表论文4篇,申请专利4项（其中2项已获得授权）、软件著作权1项。 本项目可有效提升无人机的综合空情态势感知、主动安全间隔保持和主动冲突解除能力,技术成果可应用于工业级无人机的空中交通安全管控,未来也可应用于有人作战飞机、通航飞机的空中防撞,军事和经济效益显著。