C2 link และ Detect-and-Avoid

ตัวอย่างที่ 1 เครื่องบินสามลำบนจอ

โดรนตรวจแนวท่ออยู่ที่จุดกำเนิด มีอากาศยานสามลำ ประจันหน้าห่าง 4 km ความสูงใกล้กัน ตัดผ่านโดยจะผ่านห่าง 2 km และประจันหน้าแต่สูงกว่า 200 m (ข้อมูลสมมติ)

import numpy as np

FT = 0.3048
DMOD, HMD, ZTHR, TAU = 4000 * FT, 4000 * FT, 450 * FT, 35.0   # ค่า well clear ของ DO-365 (เฟส 1)

def check(p_rel, v_rel, dz):
    r = np.linalg.norm(p_rel)
    rdot = p_rel @ v_rel / r
    tau_mod = (DMOD**2 - r**2) / (r * rdot) if rdot < 0 else float("inf")
    t_cpa = max(0.0, -(p_rel @ v_rel) / (v_rel @ v_rel))
    hmd = np.linalg.norm(p_rel + v_rel * t_cpa)
    horiz = (r <= DMOD or 0 <= tau_mod <= TAU) and hmd <= HMD
    lowc = horiz and abs(dz) <= ZTHR
    return tau_mod, hmd, lowc

cases = {   # ตำแหน่งสัมพัทธ์ของอากาศยานอื่น (m), ความเร็วสัมพัทธ์ (m/s), ความต่างความสูง (m)
    "head-on 4 km": (np.array([4000.0, 0]), np.array([-70.0, 0]), 30),
    "crossing, passes 2 km": (np.array([3000.0, 2000]), np.array([-60.0, 0]), 30),
    "head-on 4 km, 200 m above": (np.array([4000.0, 0]), np.array([-70.0, 0]), 200),
}
for name, (p, v, dz) in cases.items():
    start = next((s for s in range(0, 121) if check(p + v * s, v, dz)[2]), None)
    tau, hmd, _ = check(p, v, dz)
    msg = f"loss of well clear in {start} s" if start is not None else "stays well clear"
    print(f"{name:26s} now: tau_mod {tau:5.1f} s  HMD {hmd:5.0f} m  -> {msg}")

head-on 4 km               now: tau_mod  51.8 s  HMD     0 m  -> loss of well clear in 15 s
crossing, passes 2 km      now: tau_mod  64.0 s  HMD  2000 m  -> stays well clear
head-on 4 km, 200 m above  now: tau_mod  51.8 s  HMD     0 m  -> stays well clear

ลำที่ประจันหน้าในระดับเดียวกันจะเสีย well clear ในอีก 15 วินาที ทั้งที่ตอนนี้ยังห่าง 4 km ส่วนลำที่ตัดผ่านห่าง 2 km และลำที่สูงกว่า 200 m (เกิน ZTHR ราว 137 m) ไม่เสีย well clear การตัดสินจากระยะปัจจุบันอย่างเดียวจึงผิดทั้งสองทาง ต้องดูทิศและความเร็วสัมพัทธ์

ตัวอย่างที่ 2 ต้องเห็นไกลเท่าใด

ใช้เวลาแต่ละขั้นตามค่าสมมติ เทียบความเร็วเข้าหากัน 60 และ 90 m/s และต้องหลบให้เสร็จก่อนเข้าระยะ DMOD

DMOD = 4000 * 0.3048          # m
steps_pilot = {"detect and track": 8, "C2 downlink + display": 1.5, "pilot decides": 12,
               "C2 uplink": 0.5, "manoeuvre takes effect": 8}
steps_onboard = {"detect and track": 8, "onboard decision": 1, "manoeuvre takes effect": 8}

for name, steps in [("pilot in the loop", steps_pilot), ("onboard avoidance", steps_onboard)]:
    t = sum(steps.values())
    for v_close in (60, 90):  # ความเร็วเข้าหากัน m/s
        r = v_close * t + DMOD
        print(f"{name:18s} timeline {t:4.1f} s  closing {v_close} m/s -> detect by {r/1000:.2f} km")

pilot in the loop  timeline 30.0 s  closing 60 m/s -> detect by 3.02 km
pilot in the loop  timeline 30.0 s  closing 90 m/s -> detect by 3.92 km
onboard avoidance  timeline 17.0 s  closing 60 m/s -> detect by 2.24 km
onboard avoidance  timeline 17.0 s  closing 90 m/s -> detect by 2.75 km

เมื่อผู้บังคับตัดสินใจผ่าน C2 เซนเซอร์ต้องเห็นอากาศยานที่ระยะ 3–4 km ขณะที่ระบบหลบบนเครื่องต้องการ 2.2–2.8 km เซนเซอร์บนโดรนขนาดเล็กหลายชนิดเห็นเครื่องบินเล็กได้ไม่ถึงระยะนี้ เครื่องรับ ADS-B จึงช่วยได้เฉพาะเครื่องที่ติดตั้งเครื่องส่ง ส่วนที่เหลือต้องใช้เรดาร์ภาคพื้น ผู้สังเกตการณ์ หรือมาตรการเชิงยุทธศาสตร์จากโมดูล 1