In de drone-industrie het wordt "het probleem met detecteren en vermijden" genoemd. Drones in staat stellen om nabije vliegtuigen te detecteren en uit de weg te gaan, is lange tijd een van de meest formidabele barrières geweest tussen een technologie die zich beperkt tot gespecialiseerde toepassingen en een technologie die zijn potentieel bereikt.

"Er zijn talloze nuttige toepassingen voor drones, " zei Mark Blanks, de directeur van het Virginia Tech Mid-Atlantic Aviation Partnership (MAAP). "Maar om ze praktisch en schaalbaar te maken, de industrie heeft technologie nodig waarvan bewezen is dat deze een veel grotere autonomie mogelijk maakt, vooral in detecteren en vermijden."

MAAP is een van de zeven testlocaties die door de FAA zijn aangewezen om het onderzoek te leiden ter ondersteuning van de integratie van drones in het nationale luchtruim. Nu hebben ze de industrie dichter bij een oplossing voor een van de belangrijkste uitdagingen gebracht met een real-world evaluatie van een "end-to-end" detectie- en ontwijksysteem:een set componenten waarmee een drone niet alleen indringers kan detecteren , maar om autonoom uit de weg te manoeuvreren.

De tests waren het hoogtepunt van een jaar lang project genaamd RAAVIN, de nieuwste aflevering in een langlopende samenwerking tussen MAAP en NASA die mogelijke oplossingen onderzoekt om te detecteren en te vermijden.

Een van de redenen waarom detect-and-avoid-technologie zo cruciaal is voor de industrie, is omdat het vluchten over langere afstanden mogelijk maakt door een drone te bevrijden van zijn afhankelijkheid van het gezichtsvermogen van zijn piloot op de grond of een visuele waarnemer in de buurt.

De federale wet vereist dat alle vliegtuigen een manier hebben om ander luchtverkeer te zien en te vermijden. Voor drones om het luchtruim veilig te delen, ze moeten aan deze eis kunnen voldoen. Maar terwijl de piloot van een bemand vliegtuig altijd het luchtruim kan scannen vanuit de cockpit, de piloot van een drone verliest het vermogen om ervoor te zorgen dat het luchtruim vrij is zodra de drone voorbij het punt vliegt waar hij zijn omgeving visueel kan scannen.

Daarom bepalen de voorschriften van de FAA voor commerciële dronevluchten dat de drone binnen het gezichtsveld van de operator moet blijven.

Er kan worden afgezien van de gezichtslijnvereiste als de operator kan aantonen dat de specifieke operatie die hij voorstelt veilig kan worden uitgevoerd. Maar om drones hun economische potentieel te laten bereiken, zullen die langere vluchten routine moeten zijn, niet geautoriseerd door individuele goedkeuringen die van geval tot geval worden bepaald. Dat zal pas gebeuren als onderzoekers een technologie kunnen bedenken, of een reeks technologieën, die het vermogen van de ogen van een piloot om de lucht af te tasten kan nabootsen.

De belangrijkste kanshebbers zijn optische sensoren, akoestische sensoren, en radarbeelden. Maar sensing is slechts een derde van de puzzel:het systeem moet ook onveilige situaties kunnen detecteren en een gepaste uitwijkmanoeuvre kunnen sturen.

"We komen nu op het punt waarop deze drie componenten - de detectie, alert, en vermijd stuk - volwassen genoeg zijn om ze te kunnen monteren en goede resultaten van de test te krijgen, " zei John Coggin, MAAP's hoofdingenieur, die toezicht hield op het RAAVIN-project.

Om één veelbelovend systeem op de proef te stellen, het onderzoeksteam rustte een multirotor-drone uit met een ultramoderne Echodyne-radar en een NASA-detectie-en-vermijd-softwaresysteem genaamd ICAROUS.

In een landelijke testfaciliteit in de buurt van Blacksburg, het team voerde een reeks mogelijke ontmoetingsscenario's uit tussen de drone en het 'indringer'-vliegtuig - een andere drone, geëxploiteerd door NASA, en een Cessna gevlogen door piloten van Liberty University - waarin de indringer op een pad leek te zijn dat hem te dicht bij de drone zou brengen.

Als de radar- en navigatie-algoritmen succesvol samenwerkten, de drone zou uit de weg manoeuvreren om een ​​hockeypuck-vormige bufferzone te behouden die een veilige afstand tussen zichzelf en andere vliegtuigen definieert.

"Die eerste keer dat we hem zijn autonome manoeuvre lieten uitvoeren, Ik was opgewonden, " Herinnerde Coggin zich. "De NASA ICAROUS-software voerde een zachte manoeuvre uit om uit de buurt van het bemande vliegtuig te blijven en de drone gedroeg zich zoals het hoorde."

"Dit was een van de meest opwindende momenten die ik heb meegemaakt op de testlocatie, om getuige te zijn van een autonoom systeem, te vervangen door wat de piloot doet als het gaat om voelen en vermijden, " hij zei.

Lou Glaab, het assistent-hoofd van de afdeling luchtvaartsystemen van NASA's Langley Research Center en NASA's hoofdonderzoeker van het project, voegde eraan toe dat "RAAVIN een geweldige samenwerking tussen MAAP en NASA was en de stand van de techniek in autonome zin aanzienlijk heeft veranderd en technologie heeft vermeden met resultaten die kunnen worden gebruikt voor toekomstige ontwikkeling en testen."

Toen het team de gegevens daarna verwerkte, het meten van het dichtstbijzijnde naderingspunt tussen elke indringer en de drone en het vergelijken van de coördinaten die de radar meldde voor de locatie van de indringers met hun eigen GPS-records, het versterkte het succes van de test.

"Het is moeilijk om in het veld te zeggen hoe goed het werkt, " zei Andrew Kriz, de MAAP-ingenieur die het praktische werk voor het project leidde. "Toen we daarna de gegevens begonnen te verzamelen en te animeren, we konden zien dat er twee vliegtuigen frontaal op je af kwamen en toen de radar het verkeer zag maakte het een mooie geleidelijke bocht naar rechts en ging uit de weg. Het is heel mooi om het echt te zien werken."

De tests werpen ook licht op enkele van de uitdagingen waarmee detect-and-avoid-technologie wordt geconfronteerd wanneer deze wordt gebruikt in een complexe real-world omgeving. en mogelijkheden voor verder werk, bijvoorbeeld verbetering van het vermogen van het geïntegreerde systeem om valse doelen te identificeren en te verwerpen.

Kriz, Coggin, en het MAAP-team blijven samenwerken met NASA om die uitdagingen aan te pakken, het optimaliseren van het vermogen en de betrouwbaarheid van de radar en algoritmen om dichter bij een praktische oplossing voor detectie en vermijding te komen.