杨百翰大学的新研究旨在完成 FAA 无法做到的事情 — 跟踪低空飞行的无人机
快速阅读: 据《犹他州 Deseret Morning News》最新报道，美国注册的无人机已超过100万架，但现有雷达系统难以追踪小型低空飞行器。杨百翰大学的研究团队开发了一种低成本雷达系统，能有效追踪低空空域中的物体，有望改善无人机管理和空中交通安全。该系统通过多个地面雷达单元协同工作，实现精确追踪并帮助避免无人机与有人驾驶飞机的碰撞。
要点：美国注册的无人机超过100万架。现有的雷达系统难以追踪小型低空飞行器。杨百翰大学的研究人员开发了一种低成本雷达系统来追踪无人机。
小型空中无人机的数量在美国以惊人的速度增长，同时在限制空域内的目击事件、接近遭遇和涉及危险互动的事件也在增加，这些互动包括有人驾驶飞机和其他无人机。但杨百翰大学研究团队开发的新雷达技术可能代表了管理新兴且日益拥挤的空中交通领域的第一步。去年年底，在新泽西州、纽约州和宾夕法尼亚州上空受保护空域附近出现了一系列无人机目击事件后，美国国防部发布了一份十二月的新闻稿，指出美国注册的娱乐和商用无人机超过100万架。然而，实际数量可能更高，因为并非所有小型飞行器都登记在册，包括那些低于0.55磅注册要求的车辆。注册的无人机数量远超美国民用飞机机队，后者目前约有215,000架。
模式正在成型
十二月，一位来自弗鲁特黑茨的居民告诉KSL.com，她看到大约10架她认为是无人机的飞行器在希尔空军基地上空飞行。希尔空军基地的一位发言人后来确认，确实有无人机在基地周围飞行，基地周围5英里范围内没有许可禁止活动。“我们可以确认最近在（希尔空军基地）附近发现了无人航空系统。”发言人肯德尔·约翰逊告诉KSL。“迄今为止，无人航空系统尚未影响（希尔空军基地）的运营，所有适当的措施都在采取中以保障（希尔）人员、资产和基础设施的安全。”
杨百翰大学的一支工程研究团队刚刚发表了一篇论文，详细描述了他们为无人机开发的一种新型空中交通控制系统，该系统可以有效追踪低空空域中的任何物体。| 卡米·彼得森，杨百翰大学
根据联邦航空管理局的数据，飞行员、市民和执法部门报告的无人飞行器目击事件持续增加，该机构目前每月收到的机场附近此类报告超过100份。盐湖城机场管理部门报告称，2024年在其管辖的设施内，包括盐湖城国际机场以及南谷地区和托伊尔谷机场，共发现9次无人机目击事件。然而，这些目击事件均未被视为“事件”，其中三份报告为授权无人机使用。
为什么无人机如此难追踪
根据战略与国际研究中心的一份报告，联邦航空管理局负责将无人航空系统的运行整合到国家空域系统中，该系统每天管理超过45,000次飞行，覆盖近3000万平方英里的美国空域。分析指出，传统雷达系统难以追踪无人机，因为它们最适合追踪具有大雷达截面的高空目标，而无人航空系统通常在较低高度飞行。虽然机场雷达系统有时可以检测到无人机，但由于雷达无法单独分类检测到的目标，可能会误以为这些目标是鸟类。报告还指出，无人机能够快速改变飞行路径和速度，以及成群或集群操作，这使得它们更难以用传统雷达追踪。
分析指出，传统雷达系统难以追踪无人机，因为它们最适合追踪具有大雷达截面的高空目标，而无人航空系统通常在较低高度飞行。相关起飞：新协议为犹他州电动飞机网络铺平道路
杨百翰大学的创新低成本解决方案
这就是杨百翰大学工程学教授卡米·彼得森及其研究团队的工作发挥作用的地方。利用一套小型定制低成本雷达，彼得森及其同事建立了一个无人机空中交通控制系统，可以有效准确地追踪识别出的低空（低于400英尺）空域内的任何物体。彼得森共同撰写了这篇近期发表在《智能与机器人系统期刊》上的研究论文。以下是该系统工作原理的概述：
多个地面站计算机连接到雷达单元，这些雷达单元分布在区域内。雷达单元指向天空，检测其视野内的任何移动物体。当雷达单元识别到一个物体时，它记录该物体的位置以及雷达单元本身的位置。然后将这些信息转换为全球坐标系，与其他地面站共享，以创建区域空中交通的全面时间变化图。在《德塞雷特新闻》的采访中，彼得森指出基于这项新研究的系统可以部署并与机场的追踪雷达系统集成，以帮助避免无人机与有人驾驶飞机之间的互动。该系统还可以用于确保越来越多的无人机，包括已在某些犹他社区上空运营的商业无人机，能够安全运行。“当然，其中一个应用场景可以应用于包裹递送，多家公司共享同一空域。”彼得森说。“该系统可以解决共享空间的问题，并为商业无人机运营商提供态势感知，包括跟踪业余操作的飞行器。”
在《德塞雷特新闻》的采访中，彼得森指出基于这项新研究的系统可以部署并与机场的追踪雷达系统集成，以帮助避免无人机与有人驾驶飞机之间的互动。该系统还可以用于确保越来越多的无人机，包括已在某些犹他社区上空运营的商业无人机，能够安全运行。自2022年以来，无人机包裹递送服务一直在犹他州飞行，包括Intermountain Health和沃尔玛在内的公司在南乔丹、赫里曼和林登运营。
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彼得森，她的专长包括追踪和多车辆运动协调，表示研究工作的很大一部分涉及创建新的算法，将小型雷达的观测空间结合在一个“公共框架”中，并微调这些单元识别和追踪无人机的能力，即使是非常小的无人机，也能区分飞机与其他空中的“噪声”，如鸟类。
查看评论部分到目前为止，该系统仅在控制的小规模环境中进行测试，但彼得森表示，它设计为可扩展，并可以在多种设置中部署，包括民用或军事机场操作，甚至在农村或住宅区的手机信号塔上追踪包裹递送无人机。“一家公司……不能独占一小时的整个空域，对吧？”彼得森说。“为了经济实惠，你需要允许不同公司的多架无人机在同一时间段内穿越同一区域。如果你想安全，你就想知道其他无人机在哪里。”
除了创新新的无人机追踪技术外，杨百翰大学的研究还得到了国家科学基金会资助，开发了一种非常经济有效的部署系统。“雷达已经存在很长时间了，”研究合著者、杨百翰大学电气与计算机工程教授卡尔·沃尼克在一份声明中说。“我们不需要像机场那样的1000万美元旋转碟形天线，我们可以用几百美元建造一个简单的东西。小型雷达不具备高端雷达系统的所有功能，但一套小型雷达可以有效地协同工作。”
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