I drönarbranschen, det kallas "upptäcka och undvika problemet." Att göra det möjligt för drönare att känna av närliggande flygplan och gå ur vägen har länge varit en av de mest formidabla barriärerna mellan en teknik som är snävt begränsad till specialiserade applikationer och en som når sin potential.

"Det finns otaliga fördelaktiga applikationer för drönare, " sa Mark Blanks, direktören för Virginia Tech Mid-Atlantic Aviation Partnership (MAAP). "Men för att de ska vara praktiska och skalbara, industrin behöver teknik som har bevisat att den kan möjliggöra mycket större autonomi, speciellt när det gäller att upptäcka och undvika."

MAAP är en av sju testplatser som utsetts av FAA för att leda forskningen som stödjer integrationen av drönare i det nationella luftrummet. Nu har de flyttat branschen närmare en lösning för en av dess viktigaste utmaningar med en verklig utvärdering av ett "end-to-end" system för att upptäcka och undvika:En uppsättning komponenter som gör att en drönare inte bara kan upptäcka inkräktare , men att manövrera självständigt ur vägen.

Testerna var kulmen på ett årslångt projekt kallat RAAVIN, den senaste delen i ett långvarigt samarbete mellan MAAP och NASA som undersöker potentiella lösningar för att upptäcka och undvika.

En anledning till att tekniken för att upptäcka och undvika är så avgörande för branschen är att den kan möjliggöra långdistansflygningar genom att släppa en drönare från sitt beroende av synen av sin markbaserade pilot eller en närliggande visuell observatör.

Federal lag kräver att alla flygplan har ett sätt att se och undvika annan flygtrafik. För att drönare ska dela luftrummet på ett säkert sätt, de måste kunna uppfylla detta krav. Men medan piloten på ett bemannat flygplan alltid kan skanna luftrummet från cockpiten, piloten på en drönare förlorar förmågan att se till att luftrummet är rent i samma sekund som drönaren flyger bortom den punkt där de visuellt kan skanna omgivningen.

Det är därför som FAA:s bestämmelser för kommersiella drönarflygningar stipulerar att drönaren måste hålla sig inom operatörens visuella siktlinje.

Kravet på siktlinje kan frångås om operatören kan hävda att den specifika operationen de föreslår kan utföras på ett säkert sätt. Men för att drönare ska nå sin ekonomiska potential måste dessa längre flygningar vara rutinmässiga, inte godkänts av individuella godkännanden utmätt från fall till fall. Det kommer inte att hända förrän forskare kan komma med en teknik, eller en uppsättning tekniker, som kan replikera förmågan hos en pilots ögon att skanna himlen.

De ledande utmanarna är optiska sensorer, akustiska sensorer, och radar. Men avkänning är bara en tredjedel av pusslet:systemet måste också kunna upptäcka osäkra förhållanden och styra en lämplig undvikandemanöver.

"Vi har precis kommit till den punkt där dessa tre komponenter - upptäcka, varna, och undvik bitar – är mogna nog att kunna montera dem och få bra resultat från testet, " sa John Coggin, MAAP:s chefsingenjör, som övervakade RAAVIN-projektet.

För att sätta ett lovande system genom dess takt, forskargruppen utrustade en drönare med flera rotorer med en toppmodern Echodyne-radar och ett NASA-system för att upptäcka och undvika mjukvara som heter ICAROUS.

På en lantlig testanläggning nära Blacksburg, teamet utförde en serie potentiella mötesscenarier mellan drönaren och "inkräktare"-flygplan – en annan drönare, drivs av NASA, och en Cessna som flögs av piloter från Liberty University – där inkräktaren verkade vara på en väg som skulle ta den för nära drönaren.

Om radar- och navigeringsalgoritmerna fungerade framgångsrikt, drönaren skulle manövrera ur vägen för att bevara en hockeypuckformad buffertzon som definierar ett säkert avstånd mellan sig själv och andra flygplan.

"Första gången som vi tillät den att faktiskt köra igenom sin autonoma manöver, Jag var överlycklig, " Minns Coggin. "NASA ICAROUS-mjukvaran beordrade en försiktig manöver för att hålla sig borta från det bemannade flygplanet och drönaren betedde sig som den skulle."

"Detta var ett av de mest spännande ögonblicken jag har upplevt på testplatsen, att se ett autonomt system ersätta vad piloten gör när det gäller att känna av och undvika, " han sa.

Lou Glaab, biträdande grenchef för flygteknikavdelningen vid NASA:s Langley Research Center och NASA:s huvudutredare för projektet, tillade att "RAAVIN var ett fantastiskt samarbete mellan MAAP och NASA och avsevärt flyttade den senaste tekniken i autonom mening och undviker teknik med resultat som kan utnyttjas för framtida utveckling och testning."

När teamet behandlade uppgifterna efteråt, mäta den närmaste inflygningspunkten mellan varje inkräktare och drönaren och jämföra koordinaterna som radarn rapporterade för inkräktarnas plats med deras egna GPS-poster, det förstärkte testets framgång.

"Det är svårt att säga på fältet exakt hur bra det fungerar, sa Andrew Kriz, MAAP-ingenjören som ledde det praktiska arbetet för projektet. "När vi började dra data efteråt och animera dem, vi kunde se att du hade två flygplan på väg rakt mot varandra och när radarn såg trafiken gjorde den en bra gradvis högersväng och gick ur vägen. Det är riktigt snyggt att faktiskt se det fungera."

Testet belyser också några av de utmaningar som upptäcker och undviker teknologin möter när den används i en komplex verklig miljö, och möjligheter till vidare arbete, t.ex. förbättra det integrerade systemets förmåga att identifiera och avvisa falska mål.

Kriz, Coggin, och MAAP-teamet fortsätter att arbeta med NASA för att tackla dessa utmaningar, optimera kapaciteten och tillförlitligheten hos radarn och algoritmerna för att komma närmare en praktisk lösning för att upptäcka och undvika.