On Integrating Unmanned Aircraft Systems into the National Airspace System pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Netherlands

作者:Konstantinos Dalamagkidis

出品人:

页数:220

译者:

出版时间:2009-12-28

价格:USD 89.95

装帧:Paperback

isbn号码:9789048179480

丛书系列:

图书标签:

无人机
航空
空域管理
集成
无人系统
航空交通管制
安全
法规
技术
未来航空

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具体描述

Commercial interest for unmanned aircraft systems (UAS) has seen a steady increase over the last decade. Nevertheless, UAS operations have remained almost exclusively military. This is mainly due to the lack of a regulatory framework that allows only limited public and civil UAS operations with usually crippling restrictions. Although efforts from the Federal Aviation Administration and its partners are already underway to integrate UAS in the National Airspace System (NAS), the appropriate regulation will not be ready for several more years. In the meantime UAS developers need to be aware of the current operational restrictions, as well as make informed decisions on their research and development efforts so that their designs will be airworthy when the regulatory framework is in place. This monograph aims to present an overview of current aviation regulation followed by an investigation of issues and factors that will affect future regulation.

航空交通管理与系统整合：迈向高效、安全的未来空域本书聚焦于二十一世纪航空领域最紧迫的挑战之一：如何将快速发展的无人机系统（UAS）安全、高效地整合到现有的、由有人驾驶航空器主导的国家领空（NAS）之中。本书并非简单地罗列技术规范，而是深入剖析了这场深刻变革所涉及的系统架构、监管哲学、技术瓶颈以及运营模式的根本性转变。随着无人机技术的成熟及其在物流、监测、公共安全等多个领域的广泛应用，其对传统空中交通管理（ATM）体系构成了前所未有的压力。传统的ATM系统是围绕着高空、高速、高可靠性的有人驾驶飞机设计的，其核心理念是基于“物理隔离”和“人为决策”。然而，UAS，特别是小型、低空、自主或半自主飞行的系统，挑战了这些基本假设。本书将整合的复杂性分解为几个相互关联的层面进行详尽阐述：第一部分：空域划分与基础设施的重构空域不再是一个均匀的、静态的资源。本书首先探讨了“多维空域”的概念，即如何根据无人机的性能、任务类型和风险等级，在垂直和水平维度上对空域进行动态、灵活的划分。我们审视了“分层空域”（Layered Airspace）模型的构建，从低空（如城市峡谷）到中空，不同层级的交通密度和管理要求如何被定义。关键在于“地理围栏”（Geofencing）和“数字空域”（Digital Airspace）的实现。这不是简单的GPS限制，而是需要一个可靠、实时的数字基础设施来感知和管理空域中的每一架航空器。我们详细分析了实现这一目标的必要技术组件，包括： 1. 高精度地图与三维定位技术：探讨如何利用传感器融合、GNSS增强系统（如SBAS和GBAS）来确保无人机在复杂城市环境中厘米级的定位精度。 2. 数据链路与通信标准：讨论在低空环境下，如何克服城市环境中的信号遮挡和干扰，确保C2（控制与监视）链路的韧性。这包括对5G网络在UAS集成中的潜力和局限性的深入评估。 3. 共享态势感知（SSA）：阐述构建一个统一的、可信赖的态势感知平台的重要性。这个平台必须整合来自雷达、ADS-B、光学传感器以及无人机自身报告的数据，为所有空域使用者提供一个同步的、无缝的视野。第二部分：无人机交通管理（UTM）系统的架构与演进 UTM是整合低空无人机飞行的核心解决方案，它与传统的空中交通管制（ATC）系统形成了功能上的互补而非取代关系。本书将UTM的架构视为一个“服务生态系统”，而非单一的控制中心。我们详细分析了UTM服务提供商（USPs）的角色、责任边界以及它们如何与空管机构（如FAA或EASA）进行数据和决策的交互。重点关注了以下几个关键功能模块：自动化路径规划与冲突检测/解决（CD&R）：研究先进的算法，这些算法必须能够在毫秒级内处理大量并发请求，并根据预设的规则集自动生成无冲突的飞行路径。讨论了基于四维（4D，包括时间）轨迹管理的挑战。性能基于的空域操作（PBN-O）：探讨如何将有人机领域的PBN概念扩展到UAS，定义不同性能等级的无人机可以安全飞行的特定空域操作规程（SOPs）。系统弹性与安全保障：深入探讨UTM系统如何应对网络攻击、传感器故障或数据欺骗等恶意行为。这包括对“信任锚点”（Trust Anchors）的构建和基于区块链技术的潜在应用前景。第三部分：监管框架的现代化与风险评估技术的发展速度往往超过了监管机构的适应能力。本书对当前全球主要监管机构在UAS集成方面所采取的策略进行了比较分析。我们强调，成功的整合需要从“基于规则”向“基于性能和风险”的监管模式转变。风险评估模型：详细介绍如何科学地量化低空无人机飞行的特定风险，例如“坠落概率模型”、“地面敏感区域影响评估”等。探讨了如何使用这些模型来动态地授予或撤销飞行权限。适航性与可信度：探讨无人机本身的认证问题。对于自主系统，传统的“零部件适航”认证模式面临挑战。本书分析了“设计保证”和“持续适航管理”的新范式，确保无人机在整个生命周期内的性能和安全性。操作人员能力标准：随着自动化程度的提高，对远程驾驶员和超视距（BVLOS）操作员的要求如何变化？本书探讨了新型的培训、认证和授权机制，以适应日益复杂的飞行任务。第四部分：超越集成——对未来航空系统的展望本书最后展望了完全集成后的空域愿景，特别是当“空中出租车”（eVTOL）等载人高密度交通工具进入低空空域时所面临的终极挑战。我们探讨了： 1. 人机协作的极限：当ATC人员需要管理数百架自主无人机和几十架载人飞行器时，决策支持系统（DSS）将扮演什么角色？如何确保人类专家在自动化系统中保持关键的监督权和干预能力？ 2. 社会接受度与环境影响：安全与效率固然重要，但公众对低空噪音、隐私和视觉污染的担忧是整合成功的关键阻碍。本书讨论了如何在系统设计初期就融入“城市友好型”的声学和视觉标准。通过对这些前沿问题的系统性梳理和深入分析，本书为政策制定者、工程师、系统架构师以及航空专业人士提供了一个全面、前瞻性的路线图，指导他们如何共同构建一个安全、高效、可持续的、能够无缝容纳有人机与无人机的新型国家领空系统。它强调的不是技术的简单叠加，而是系统哲学的深刻重塑。