用于海上作戰的無人駕駛飛機系統；具有軟體在環評估的感覺和規避子系統
無人駕駛航空系統在現代社會中的重要性不斷增加，但也帶來了許多未解決的問題。其中之一是在非隔離空域運作這些系統時面臨的法律問題。
為了解決碰撞風險，需要開發和測試可靠且安全的機制。介紹海上巡邏無人空中系統開發的感覺和規避子系統。
系統通過全球定位系統擷取無人機位置，通過資料鍊路與地面控制站報告其他飛行物的位置。
算法基于博弈論，以統一處理威脅檢測和防撞機動。這項工作是在名為"海鷗"的研究項目中完成的，旨在提高海上态勢感覺能力并解決碰撞問題。
大多數沿海國家在海上态勢感覺方面存在問題，資源有限且巡邏區域廣闊。
無人駕駛航空系統(UASs)作為一種低成本且高效的替代方案受到關注。
然而，在非隔離空域中使用UASs存在法律和安全問題，特别是避免碰撞的需求。介紹為海上巡邏無人空中系統開發的感覺和規避子系統。通過全球定位系統擷取UAS位置，通過資料鍊路報告其他飛行物體位置。
基于博弈論的算法統一處理威脅檢測和防撞機動，并針對海上巡邏場景進行研究。文中提及的方法基于動态規劃技術，使用确定性差分零和遊戲理論架構。
該方法可以識别任意形狀的威脅區域，并在離線計算最佳控制指令，實時操作要求較低。是海鷗項目的擴充，通過仿真驗證了所提算法的有效性，并對項目成果進行了讨論。
海鷗系統采用開放架構，利用标準元件、協定和接口建構。
系統結構包括平台指令和控制功能（SEC2）以及用于探測物體的有效載荷傳感器和系統（SEP）。系統由計算部件和硬體元件構成。計算部件負責導航控制和任務有效載荷軟體，而硬體元件包括無人機本身，負責執行飛行操作。這種架構提供了互操作性、靈活性和耐用性，并降低了開發和建設的時間和成本。
海鷗系統的平台指揮和控制系統采用Piccolo自動駕駛儀作為核心裝置，通過DGPS、慣性和大氣資料傳感器控制無人機的發動機和操縱面。
自動駕駛儀與嵌入式指令和控制計算機（SEC2）通過串行鍊路通信，SEC2通過以太網與有效載荷子系統（SEP）通信。此外，自動駕駛儀還與地面控制站（ETC2）通過無線電鍊路連接配接，并與有效載荷地面站（ETP）進行相關資料傳輸。
計算機采用PC104架構，具有高處理能力和子產品化設計，SEC2和SEP計算機分别由主機闆和擴充闆組成。無人機配備AIS和計算機視覺系統，用于接收船隻的自報資訊和進行目标檢測與跟蹤。地面站采用堅固的筆記本電腦，适應惡劣環境條件。
海鷗系統使用機器人作業系統（ROS）中間件進行開發，具有資料記錄和豐富的函數庫。在各項驗證和任務執行飛行中，系統表現良好，各元件在不同氣候條件下運作穩定可靠。
海鷗系統由無人機、地面控制站（GCS）、有效載荷站（ETP）和外部SISOM站組成。通信通過UHF波段和衛星通信建立。ETC2控制和監控無人機子系統，ETP監測任務資料。無人機包括結構、推進、通信、輔助飛行、電源、有效載荷和主飛行子系統。Alfa Extended無人機具有特定參數。各子系統實作控制、通信和任務功能。
控制政策利用确定性微分二人零和博弈理論，受控飛機的目标是避免進入禁區，這些禁區是根據先驗模型來描述飛機和障礙物運動而确定的。
控制器擴充了Nimmich和Goward的方法，考慮了具有瞬時速度改變能力和受限曲率運動的障礙物。還讨論了該控制器在計算機平台上的實作。
為提出一種針對最壞情況調整的防撞系統，確定與同速或低速飛行物體的碰撞安全。該系統是完全反應式的，不需要預先了解障礙物的軌迹。
所提出的感覺和規避系統基于确定性差分零和博弈架構，相較于純幾何方法具有優勢，能夠識别任何形狀的飛機禁區的威脅區域。
該方法對非簡單形狀的禁止區域（如3D圓柱體）減少偏離期望路徑的次數。此方法對實時操作要求低，因為最佳指令針對每個可能的障礙物相對姿态是離線計算的。
通過模拟測試，該系統符合原型開發目标。原型展示了無人駕駛飛行器在巡邏葡萄牙專屬經濟區方面的實用性，提高了飛行器的安全性能。
測試的防撞算法對于搜尋與救援以及海上監視等任務的發展具有重要貢獻，提升對海上情況的認知，并降低人為因素對任務操作成本的影響。
參考文獻
1. Nimmich J, Goward D. Maritime domain awareness: the key to maritime security. Leg challenges. Marit Secur, Leiden
2. Geyer CM, Singh S, Chamberlain LJ. Avoiding collisions between aircraft: state of the art and requirements for UAVs operating in civilian airspace.
