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Ansys的博客

2019年11月21日

开发全自动无人机技术面临的挑战

在某种程度上,自主无人机技术已经可用。

为了演示,让我们假设航空航天工业我们将采用汽车行业的五大自动驾驶级别.如果是这样,那么我们可以定义:

  • 级别0:没有自主权。
  • 第一级:有自主系统,如高度控制,但由飞行员控制。
  • 第2级:多个自动系统同时运行,但由驾驶员控制。

目前使用的是无人机
调查、环境
研究和侦察

  • 第三级:飞行器在一定条件下可以自主运行,但飞行员必须监控其进程。
  • 4级:飞行器在大多数情况下是自主的;飞行员可以接管,但通常不需要。
  • 5级:无人机是完全自主的。

目前,该技术处于3级和4级之间,无人机可以做一些决定,但需要一定程度的人工监督。

为了使这项技术完全自主,我们必须克服一些挑战,以确保无人机符合当地法律、法规、空中/道路交通条件和安全标准。这些挑战包括:

  • 设计、测试和认证传感器、雷达和摄像头,能够观察到无人机可能遇到的任何环境,特别是在不利的天气
  • 开发、测试和认证功能安全和可靠的软件
  • 通过改善空气动力学,减轻重量和提高电池或推进系统性能,增加旅行距离和运载能力

通过帮助我们优化单个部件和认证整个系统,模拟将在解决这些挑战中发挥关键作用。

无人机和无人机的区别是什么?

无人机是一个通用术语,不是一个技术术语。它们通常等同于无人驾驶飞行器(uav)。

一架无人机在日落时飞行

无人机可以远程控制或自主控制。虽然它们通常与军事有关,但它们也可以用于航空摄影等其他应用。

无人机也与小型飞机有关,而大型的自动飞行飞机——如空中出租车——通常与术语“城市空中机动”车辆有关。

无人驾驶无人机何时问世?

这不是我们什么时候能得到自动驾驶无人机的问题,而是我们希望它们有多自动的问题。其中一些已经有了表面上的自治。

相对而言,设计一架无人机很容易,它可以安全地在城市的两个预先定义的点(或垂直点)之间的高空飞行。但在城市环境中,要设计一辆能把披萨送到你家门口的车要困难得多。

在无人机把你的
披萨,我们需要发展
新的自主技术

任何飞行中最具挑战性的部分是进近、降落和起飞。在城市地区,披萨机器人需要执行这些动作,同时避开房屋、宠物、人、晾衣绳、天气、鸟类和天空中的其他物体。在自动驾驶飞行器能够在城市环境中可靠地执行这些操作之前,准备好给送披萨的人小费吧。

目前的无人机技术存在局限性。例如,许多功能都是自动化的,但通常由专家监督飞行,随时准备控制。一般来说,技术还没有准备好:

  • 处理复杂、不可预测的情况
  • 应对恶劣天气
  • 在人口密集地区不受限制地飞行

我们已经开始看到无人机被用于远程资产检查、向偏远地区运送物资以及在危险情况下紧急使用。在几年内,这些应用和其他应用将变得普遍。

一旦这些应用证明了该技术的可行性和商业成功,能够运送人类的全自动无人机将成为现实。简而言之,要让我们放心地放弃终极安全功能——远程飞行员,还需要一段时间。

如何用全自动无人机和飞机保持空域安全?

这就是我们目前所面临的挑战。这将需要新的规则、空中/道路交通控制系统、预先确定的路线和增强的技术来感知、反应和避开障碍。

首先,传感器必须能够清楚地感知环境,而不会被雾或光线条件(如眩光或阴影)所欺骗。这些传感器必须是负担得起的和轻的,以最大限度地提高无人机的运载能力或机动性。

雷达和应答器就可以
无人机的危险遭遇
飞机是不太可能出现的

传感器还必须能够观察飞船周围各个方向的空域。

我们已经拥有了避免空中交通冲突所需的技术。现代飞机使用雷达和应答器来感知其他飞机。这些技术可以被添加到无人机系统中。

接下来,软件和人工智能将需要获取所有传感器信息并做出决定。模拟将测试和训练这些系统,以确保它们能够在任何可能的情况下做出最安全的选择。

最后,完全自主的无人机可能是电动或混合动力的,以降低城市排放。然而,电池的能量密度有限。因此,为了让飞机飞得更远、载重量更大并保持效率,我们需要更好的电池和更轻、高可靠性的部件。

仿真是自主无人机技术的关键

自主无人机技术将需要设计、测试和(在人工智能(AI)的情况下)训练,以确保公共安全。

这些任务将包括无人机可能面临的环境、城市和天气条件的模拟模型。通过调整每个模拟,我们可以比使用物理原型更快地测试、优化和验证自动驾驶技术的安全性。

仿真可以保证自动驾驶
无人机可以跟踪所有
可能遇到的空中/道路交通

模拟还可以用于:

  • 优化、验证和认证相机、激光雷达、雷达和其他传感器的性能
  • 验证和验证软件逻辑和AI系统
  • 测试传感器、软件和虚拟世界之间的连接
  • 利用软件、人工智能和传感器进行功能安全评估
  • 轻量级组件
  • 优化电池、电机和电力推进性能

要深入了解未来的空中机动以及更多自主、互联和电动飞机带来的挑战,请查看以下信息图:面对未来空中交通的挑战

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