INSKY｜低空下半场：自主飞行与空间智能

低空上半场：垂直起降飞行器电动化

过去五年电动垂直起降飞行器（VTOL）快速发展成为低空经济的热点，新型飞行器的总体构型、气动布局和结构材料主要得益于分布式电推进技术的突破：

1.动力系统技术进步

• 电池能量密度不断提升：通过锂离子电池、固态电池等新型电池技术的发展，飞行器电池能量密度显著提高；

• 电机效率持续优化：永磁同步电机、无刷直流电机等高效电机技术广泛应用，大幅提升了电动驱动系统效率；

• 电池管理系统和冷却系统改进：先进的BMS和高效制冷系统的应用，增强了动力系统的可靠性和安全性。

2.轻量化设计提升性能‍‍

• 碳纤维等复合材料广泛使用：大幅降低飞行器机体重量,有效提升VTOL的续航能力。

• 结构优化和空气动力学设计：通过优化机身布局、机翼形状等,进一步改善了气动特性，进一步提高了续航性能。

• 垂直起降飞行器噪音控制：通过叶片设计优化、电机噪音控制、主动噪音抑制等方法提升乘坐品质，降低噪音污染。

3.新构型飞行器的适航

各地局方（美国FAA、欧洲EASA和中国民航CAAC）发布了针对VTOL飞行器的适航专用条件，全球范围内陆续有各类VTOL飞行器通过局方的型号认证（TC）。狮尾智能INSKY飞行控制技术持续帮助主机厂商推进VTOL飞行器的适航认证。

低空下半场：自主飞行与空间智能化

• 为什么是自主飞行？

未来低空空域必然是高密度、高频次、高复杂度的运营场景。如果说低空上半场主要是分布式推进电动化发展，那么下半场的关键推动力在于自主化和智能化，这也是各类低空飞行器得以规模化应用的关键。

（1）自主飞行提高飞行安全性

人工驾驶操控存在着因疲劳、反应迟钝等因素导致的安全隐患，据报道有接近一半的航空事故由于人因导致。自主飞行系统可以实时感知环境，快速做出精准决策，大大降低事故风险，提高飞行安全性。

（2）大幅降低成本，增强运营效率
自主飞行可以节省飞行员成本，降低飞行员负担和培训成本，实现全自动化执行飞行任务，缩短起降、巡航等各阶段时间，提高整体的运营效率。同时自主系统还可以优化飞行路径，减少能耗，进一步提升运营成本效益。

（3）拓展低空的新应用场景
自主飞行技术可以使各类飞行器在恶劣环境、特殊任务中执行操作，如建筑巡检、水域巡检、紧急救援等领域，扩展了飞行器的应用范畴。传统人工操控在这些场景下往往受到局限。

基于自主飞行的未来城市空中交通将成为现实，改变人们的出行方式和生活方式。这需要机载自主飞行技术的支撑，以及相关基础设施、管理机制等配套体系智能化的协调发展。

文章参考：

• 自主飞行核心技术包括哪些？

自主飞行是智能感知、自主决策和飞行控制的集大成者，其发展推动了新型传感器在人工智能、机器学习等前沿技术在航空领域的深度应用。这些技术创新也将反过来促进自主飞行系统的进一步完善。

（1）飞行器智能检测避障（DAA）技术

• 检测跟踪与冲突预测：VTOL飞行器需要利用多传感器融合，如雷达、光电、红外等，实时检测周围的其他飞行物体，并持续跟踪它们的位置和运动状态。这需要先进可靠的目标检测与跟踪算法。基于检测和跟踪信息，VTOL飞行器需要能够预测自身与其他飞行物体之间是否存在潜在的冲突风险，判断是否需要采取规避措施。这需要高精度的轨迹预测模型和冲突检测算法。

• 决策规避与协同通信：一旦预测到潜在冲突，VTOL飞行器需要能够自主做出规避决策，如改变飞行高度、速度或航向，从而安全避开其他飞行物。这需要高安全可靠的决策算法和实时控制技术。为确保DAA系统的可靠性，VTOL飞行器需要与周围其他飞行物建立协同通信，相互交换位置、速度等关键信息，增强感知和预测的准确性。

• 机载设备适航认证：VTOL飞行器的DAA系统需要满足相关航空法规的要求，确保飞行的高度的安全可靠。如遵循机载设备本身的适航安全，以及超视距飞行运营法规等规定。

（2）智能航电飞控技术

狮尾智能（INSKY）设计了面向VTOL飞行器的智能航电飞控架构，核心组件包括高算力飞行器管理系统和多余度飞行控制系统。

• 高算力飞行器管理系统(High-Performance Flight Management System)
  负责VTOL飞行器的智能决策和任务管理，集成了先进的传感器融合、路径规划、故障诊断等软件模块，基于环境和飞行器数据进行实时分析和决策。

• 多余度飞行控制系统(Redundant Flight Control System)
  负责VTOL飞行器的实时飞行控制，包括飞行器底层操纵与增稳。它采用多重冗余设计，确保即使出现单点故障也能保持安全飞行。

（3）飞行器极简操控（SVO）技术

极简操控（SVO）技术旨在大幅降低VTOL飞行器的操控难度，使其能够被更广泛的驾驶员群体所掌握。它通过先进的自动化、智能化手段，极大简化了VTOL飞行的各个环节,让驾驶员只需输入简单指令，就能轻松完成起降、巡航、过渡飞行等复杂操作。具体来说包括以下几个关键方面：

• 自动飞行模式，如自动起降、自动巡航、过渡飞行等，大幅降低驾驶员的操作负担。

• 采用触摸屏、语音等直观人机交互方式，取代传统复杂的仪表盘设计。

• 配备智能飞行辅助功能，如自动避障、故障诊断等，能自动监测并规避潜在危险。

• 针对常见操作提供一键式执行功能,进一步简化驾驶流程。

文章参考：

（4）智能通信导航监视（CNS）技术

城市空中交通（UAM）的通信导航监视（CNS）技术发展趋势是向更高度自主、智能、协同的方向演进。这不仅能大幅提升各类VTOL飞行器的安全性和可靠性，也将为城市空中交通管理和应用带来全新的发展机遇。低空CNS技术发展仍然需要经历较长时间的发展验证，除了国内通信运营商主推的5G-A通感一体方案外，还有很多技术路径可探索：

UML-4条件下的空域运营示意图：

（5）智能AI航空技术‍‍‍‍‍‍‍

在航空领域，欧盟航空安全局(EASA)在2020年2月发布了人工智能路线图，随后在2021年12 月发布了第一份主要的可交付文件，即《第一级机器学习应用的可用指南》。这一份文件最近被更新为第02期，于2023年2月公布征求意见，以涵盖Level 1和2的人工智能应用。EASA人工智能概念的这些文件为欧洲航空安全局未来的ML应用审批指导奠定了基础，并辨识了一些需要进一步研究的领域，以确定 "人工智能可信度 "目标的有效和可行的符合性方法。最近EASA更新了其路线图2.0，确认了作为机器学习应用审批 (MLEAP) 项目参考的学习保证框架。