無人機電子跟蹤與識別技術的戰役

原標題:無人機電子跟蹤與識別技術的戰役

在過去的幾年裡，已經有許多關於未來10年如何正確監控跟蹤無人機的討論。關於這個話題引來了有了許多的觀點，當然，正如當下其他很多熱門話題一樣，你會聽到很多反對的聲音，比如為什麼這個或那個技術行不通：

「如果ADS-B系統安裝在每一架無人機上，那麼整個國家空域系統將會崩潰。。。」

「你真想會相信一個依賴於LTE的導航系統？如果信號中斷了你怎麼辦？」

在這一切的背後是一個毫無爭議的共識€€無人機一定需要被電子跟蹤和識別。

無人機需要「合作」，這是一個不爭的共識€€正如目前的載人飛機一樣。任何一架合作性飛機都有一個異頻雷達收發器（模式A/C/S或者ADS-B）使得飛機能夠被別的飛機或者航空管制中心看到。

在無人機行業中，真正的爭議來自於使用哪一種收發器。在這篇文章里，我會闡述3個主要的觀點並且分析他們各自的利弊。並且，這裡有一個小小的伏筆-他們各自服務於不同的目的並且並不存在完全的競爭關係。我將按照應用的技術成熟度（TRL）從高到低來進行排序說明。

ADS-B

優點：

ADS-B已經從大量增長的民航領域中延伸到了其他的領域。ADS-B已經成為一種國際標準，其監控、識別、以及避障功能被全球性的運用。根據檢測和規避（DDA）條理，無人機需要能夠檢測周圍的民航-如果民航上擁有ADS-B，這將非常容易實現。但更為重要的是，ADS-B使得民航可以利用已經普及的技術感知到無人機。由於ADS-B技術是為航空飛機設計的，它的技術成熟度在所有選擇中是最高的，已經成為了一種標準並廣泛的被應用。如今，通過製造商uAvionix的努力，使得ADS-B擁有一個大家都能接受的價格和一個為無人機設計的合適尺寸。

缺點：

對於ADS-B主要的爭議在於光譜容量或者控制塔屏幕上過多的信息使得駕駛員或者控制塔過載。我們設想了三個步驟的方法來阻止這些擔憂發生：

1.減少帶有ADS-B的無人機數量。規定所有的無人機都攜帶ADS-B是不現實的事情。更現實的辦法是的對那些進行危險操作的無人機進行管控和限制，比如飛過人群、視距外飛行、甚至在機場附近或者管制空域飛行。

2.降低發射功率。解決潛在的光譜問題的方法是大幅度降低收發器的輸出功率-這直接關係到信號的接收範圍。現如今規定的功率標準是應用於民航與控制塔系統之間的長距離通信的（100-200邁或者更多）。如果應用於無人機警告附近的飛機-那麼這功率能夠進一步減少。

3.減少傳輸次數。通過一個我們稱之為「惰性和警覺」的概念，我們可以監視無人駕駛飛機和空域並且僅在安全需要時發送信號。這些安全需要包括附近出現飛機、進入管制空域、超過海拔限制高度操作、或者丟失命令鏈接的情況。

綜上所述，我們認為ADS-B對於無人機來說並不像是民航那樣的追蹤或者是監控作用-而是作為一個集成在現有航空領域使得所有用戶更加安全的一項技術。

LTE

優點：

LTE或者其繼任者「5G」常被想成下一個無腦追蹤無人機的技術。重要的一些基礎設施已經架設好€€物聯網（loT）的成長，許多科研和商業機構已經在發展無人機隊交通管控技術UTM。儘管LTE的技術成熟度很高，但不像ADS-B那麼高，LTE仍需要一些改進來適應航空應用。

缺點：

那些信號中斷怎麼辦？這個答案取決於LTE系統是否直接影響飛機安全，或者只是影響信息的實時性。如果信號中斷，但飛機能夠自動重新連接，並且機上的其他安全措施能夠防止飛機碰撞，那麼不過會使飛行駕駛造成一些不便。但是，如果LTE是整體安全方案的一個重要部分，那麼LTE肯定還需要變得更加可靠。

另外，還有「漫遊」的問題€€或者說從一家運營商換到另外一家。從一個網路運行到下個網路所需要的認證過程是不容易且不和諧的。所以一個設備製造商必須大量投入資金以確保在所有的運營商網路都能夠運行。更重要的是，在機載應用通道的使用上還有一些限制。同時，現有的基礎設施天線都是為地面應用而建造的，這意味著還有一些固有的限制需要去克服。

當然，那些主要的運營商肯定能夠大量投入資金去解決這個問題。但最終的結果可能是，你會像支付你的手機賬單一樣，為每次無人機飛行向運營商支付一筆費用。最後，我認為LTE/5G最終能夠成為追蹤和監管的主導，但是讓它能夠像DAA或者C2那樣作為安全準則系統使用之前還有很長一段路要走。

車對車通訊技術（V2V）

優點：

V2V在過去的幾年中已經在NASA的UTM項目中成為了一個熱門課題。V2V的概念看起來似乎不僅僅是純監控作用，而具備了無人機之間通信意圖、飛行計劃或者其他UTM數據的能力。

無人機1：「嘿，我們的飛行路徑似乎會在一個點交匯€€但是似乎你將要朝南飛行100米所以又沒有問題了，對么？」

無人機2：「是的，這是計劃中的。別擔心。哥們「

無人機1：」好的。祝您今天過得愉快！「

聽起來很好，對么？是的，在達到這樣的技術之前我們還有很長一段路要走。這意味著不僅僅是在V2V系統要達到高度自動化和智能化，無人機飛行控制系統也要進化。好在V2V的技術可以在無人駕駛車上進行試驗。專用短程通信（DSRC）已成為一個研究課題，被譽為」安全駕駛的未來「。但是，這在無人機領域這僅僅是才開始。

缺點：

V2V還不存在，並且直到無人機交通管理系統UTM成熟的時候，它都可能只存在於研究室里。

所以，誰最終贏得了這個戰役呢？

我們將這3項技術一點一點的來進行對比，但最終發現他們都有不同的作用。非要評出一個最終的勝者，或許是不合理的。

1. ADS-B是一項在有人駕駛和無人駕駛飛機之間分享領空識別的技術。

2. LTE/5G看起來是一項有效的UTM跟蹤監控技術，但不像DAA或者C2能夠勝任關鍵的安全系統。

3. V2V則是更側重於半自動系統，使飛行器通過協商執行最佳路徑，高度依賴於UTM.

儘管我們不太可能選出一個最終的勝者，但我們可以根據現在的技術成熟度和可行性來選出一個較為符合當前情況的選擇。我們沒有更多的5年去等待傳統的標準提升或者等待LTE、V2V研發成熟並且變為全球準則。現如今為了讓飛行更安全並且防止失誤，我們僅有一個選擇。那就是ADS-B€€至少它是目前解決問題的暫時選擇，直到下一個更適合的技術出現。