低成本雷達網路：實現無人機即時追蹤與防撞功能

隨著無人機活動呈指數級增長，安全管理低空飛行空域已成為一項挑戰，尤其是在人口密集地區。就在上個月，一架未經授權的無人機在洛杉磯野火上空與一架「超級舀水機」飛機相撞，導致該飛機停飛數日，影響了滅火工作。

傳統雷達系統功能強大，但無法有效探測400英尺以下的低空飛行飛機。雖然美國聯邦航空管理局（FAA）有一些規章來管理小型無人機系統（UAS），但追蹤和安全問題仍難以解決，尤其是在擁擠或受限的空域。楊百翰大學（BYU）的研究人員或許找到了解決方案。

工程學教授卡米・彼得森（Cammy Peterson）和她的同事們利用小型、低成本雷達網路，為無人機打造了一套空中交通管制系統，能夠有效且精準地追蹤特定低空空域內的任何物體。

論文共同作者、楊百翰大學電機與電腦工程教授卡爾・沃尼克（Karl Warnick）表示：「雷達技術已經存在很長時間了。我們沒有像機場那樣價值1000萬美元的旋轉雷達天線，而是用幾百美元就能製作的簡單裝置。小型雷達雖不具備高階雷達的所有功能，但多個小型雷達組成的網路可以有效協同工作。」這項研究成果發表在《智慧機器人系統期刊》上。

彼得森解釋了無人機空中交通管制系統的運作原理：這種轉換能讓所有地面站精準解讀物體在真實空間中的位置。要獲得動態的空中交通圖景，每個雷達單元都必須進行校準，或者獲得必要資料，以便從區域性座標系轉換到全球座標系。

另一位研究人員、楊百翰大學機械工程教授蒂姆・麥克萊恩（Tim McLain）說：「每個雷達指向天空時都有一個視野範圍。我們要對雷達進行校準，讓它們都能在天空中同一位置看到同一架飛機。」研究人員表示，小型雷達有可能安裝在路燈桿或行動電話基站等建築物上。

彼得森最近發表了一篇關於利用他們的空中交通管制系統追蹤無人機的論文，指出他們的研究能更確定無人機的即時位置，這對於考慮如何防止無人機相撞非常重要。

楊百翰大學的研究人員目前聚焦於三個雷達，每個雷達能夠追蹤直徑約500英尺的圓形空域，但這項技術可以擴充套件到包含更多雷達的更廣泛網路。彼得森說：「像亞馬遜或沃爾瑪這樣的公司，不可能獨佔整個空域一小時，對吧？為了提高成本效益，你需要允許不同公司的多架無人機在同一時間段內透過同一區域。如果要保障安全，你就得知道其他無人機的位置。」

該系統的有效性可能會因天氣或有物體撞到雷達裝置，導致其移動並指向意外方向而受到影響。但線上校準功能可以讓雷達單元在收集資料時，針對位置的意外變化進行調整，並解決任何問題。

研究生兼論文共同作者布雷迪・安德森（Brady Anderson）表示：「這個空中交通管制系統令人興奮的一點是，在10秒內，我們的雷達就能針對單元的新位置進行校正。」為了得出10秒的校正時間，安德森專注於一個用於線上校準的數學方程式。研究團隊證明，這種動態校準技術相比使用記錄或『批次』資料的研究有明顯改進。彼得森表示，透過驅動系統的演演算法，雷達單元可以更換或增加，從而根據不同需求實現不同功能。