本书由德国宇航中心（DLR）主导编写，系统呈现了 2016～2019 年 ALAADy（自动化低空货运）项目的核心研究成果，聚焦低空货运无人机技术与应用探索。 全书分为四部分，构建了完整的技术研究体系：第一部分奠定理论与实践基础，探讨运行风险考量、应用场景及经济前景；第二部分聚焦飞行器配置设计，分析不同机型适配性与结构优化；第三部分详解安全自主运行的核心技术，涵盖空域整合、探测与规避、数据链路等关键组件；第四部分通过模拟实验与技术演示，验证研究成果的可靠性。 作为无人机货运领域的权威著作，本书兼具技术深度与实践价值。它不仅揭示了从有人机改造到无人原型机的技术突破，更构建了“全系统思维”，直面空域规则重构、适航标准制定等行业痛点。书中 DLR 的三大核心设施建设、跨学科研究方法及与行业巨头的合作经验，为技术落地提供了完整参考。 本书可供航空工程研究者、无人机行业从业者及物流领域决策者阅读。无论是借鉴 “基于风险的设计” 思路，还是探索商业运营模式，本书都能提供欧洲前沿的技术路线图，助力读者在低空货运这一新兴赛道中找准方向，把握未来交通体系变革的机遇。

第一部分：无人货运飞行器的低风险运行 自动化低空货运系统：基于运行风险方法的概念和研究问题002 1 自动化低空货运系统简介 002 2 研究问题和研究假设 005 2.1 规范的开发周期 006 2.2 顶级飞行器要求 006 2.3 基于运行风险的无人机安全实现方法 007 3 研究重点和本书的结构 008 3.1 运营、用例和市场潜力 009 3.2 概念飞行器设计 010 3.3 SORA 背景下的安全自主 011 3.4 仿真和技术演示验证 013 参考文献 015 基于运行风险的概念，适用于低空特定货运无人机运行018 1 引言 018 2 欧洲载人航空监管框架 019 3 无人机系统的监管框架 020 3.1 特定类别的UAS运行 021 3.2 风险评估相关工作 022 3.3 特定运行风险评估 022 4 低空货运无人机运行的SORA 024 4.1 地面风险等级确定 024 4.2 空中风险等级确定 027 4.3 特定保证和完整性级别确定 028 4.4 SORA：相邻区域和空域要求 029 4.5 运行安全目标 029 5 未来工作 032 5.1 SORA 流程的进一步发展 032 5.2 认证类别的发展和与特定类别的重叠 032 5.3 其他风险评估方法 033 6 总结 033 参考文献 034 重型无人货运飞机的应用场景036 1 引言 036 2 UCA 的技术规格 037 3 UCA 和备件物流 038 3.1 备件物流概述 038 3.2 农业机械备件 039 3.3 CLAAS集团的备件物流 040 3.4 欧洲备件物流的UCA 041 4 用于将必需品运输到难以到达地区的UCA 045 4.1 偏远且具有物理挑战性的地点 045 4.2 用于非洲人道主义救援物资运输的UCA 045 5 UCA 和救灾 047 5.1 救灾概述 047 5.2 救灾中的交通 049 5.3 用于灾难响应操作的UCA 050 6 总结 051 参考文献 052 低空自动货物交付：商业案例和运营模式054 1 引言 054 2 农业备件交付 055 2.1 运营成本模型 055 2.2 操作用例 061 2.3 商业案例起草 069 3 人道主义援助 070 3.1 气旋“伊代”过后莫桑比克的初步情况 070 3.2 任务规格 071 3.3 对系统进行基准测试 074 3.4 运营成本 075 3.5 小结 077 4 总结 077 参考文献 078 第二部分：无人货运飞机配置 基于性能的无人货运飞机配置的初步设计和选择080 1 引言 080 2 飞行器类型的预选 081 2.1 管翼飞机 082 2.2 混合翼体飞机 082 2.3 旋翼机 083 2.4 倾转旋翼飞机 083 2.5 飞艇 083 2.6 其他 084 3 基于性能的固定翼飞机初步设计研究 084 3.1 考虑的飞机配置 085 3.2 性能计算和初步飞机设计 087 4 基于性能的旋翼机初步设计研究 093 5 飞行器选择 096 6 总结 097 参考文献 097 未来无人货运飞机的配置和特定研究099 1 引言 099 2 ALAADy工具的配置属性 100 2.1 固定翼设计 100 2.2 旋翼机设计 102 3 应急系统和策略 104 4 模型演示 106 4.1 风洞实验 108 4.2 飞行测试 112 5 总结 115 参考文献 116 低空重型无人货运飞机的结构设计117 1 引言 117 2 参数化有限元模型生成和设计过程（MONA） 119 3 无人机配置和有限元模型 120 3.1 飞机要求 120 3.2 无人机配置 121 3.3 有限元模型 124 4 概念载荷和结构分析 127 4.1 载荷工况和概念载荷分析 127 4.2 概念性结构分析 130 5 配置的结构优化结果 131 6 总结 133 参考文献 134 未来无人货运飞机全电动和混合动力推进的概念与运行风险激励完整性监测135 1 引言 135 2 混合动力总成配置 136 2.1 最先进的系统组件 136 2.2 基于可用系统组件和设备初步设计标准的动力总成系统设计 138 2.3 高安全性的动力总成系统详细设计 141 3 动力总成在线健康监测 148 4 总结 149 参考文献 150 无人机运行场景下的货物装卸、运输与物流流程151 1 引言 151 2 地面及航空货运处理基础 152 2.1 民用航空中的地面及航空货运处理 153 3 UCA 货运地面处理流程的自动化水平 158 3.1 人工地面处理流程 158 3.2 半自动地面处理流程 158 3.3 全自动地面处理流程 159 3.4 出发和到达流程的自动化对比 159 3.5 不同自动化水平的对比 163 4 目的地有/无基础设施情况下的货物地面处理 163 4.1 UCA 在航空货运供应链中的整合 164 4.2 目的地无基础设施情况下的货物地面处理 164 5 ALAADy项目中货运领域的额外挑战 171 5.1 货机货舱门的综合分析 171 5.2 将货舱门分析结果转移至UCA 173 5.3 旋翼机配置在装载过程中面临的挑战 174 5.4 UCA 的集装箱解决方案 175 6 总结 176 参考文献 177 第三部分：系统组件与安全自主 超低空货运无人机空域融合181 1 引言 181 2 相关工作 182 3 空域结构 182 4 G+类 184 4.1 空域位置 184 4.2 通信基础设施 185 4.3 U-space兼容性 187 4.4 机场空域融合 188 5 风险缓解 190 5.1 避开居民区 190 5.2 空中碰撞 190 5.3 因湍流导致的失控 191 5.4 控制数据链中断 191 5.5 ALAADy网络中断 191 5.6 定位方案失效 191 6 与有人驾驶空中交通的协同运行 192 7 总结与展望 192 参考文献 192 基于不同风险分类的系统架构及其开发工作194 1 引言 194 2 相关工作 195 3 监管框架 195 3.1 SORA 概述 196 3.2 可能的运行场景 197 3.3 由此产生的技术要求 198 4 系统定义 199 4.1 监控系统 199 4.2 通用假设 200 4.3 术语 201 5 系统方案 203 5.1 所需组件 203 5.2 系统风险评估 204 5.3 系统架构 209 5.4 开发工作量估算 211 6 未来展望 213 7 总结 213 参考文献 214 无人驾驶航空运输地面控制站的人机交互界面相关方面216 1 引言 216 2 UAS控制中的人为因素挑战 217 2.1 感官隔离 217 2.2 系统自主性分类 218 3 人机交互界面开发 218 4 地面控制站U-FLY 221 4.1 适用于ALAADy演示的UAS监控概念 221 4.2 U-FLY人机交互界面 222 5 飞行测试活动 223 6 总结与展望 224 参考文献 224 在运行风险背景下的无人机数据链概念226 1 引言 226 2 相关工作 227 3 数据链概念的要求 228 3.1 运行边界条件与要求 228 3.2 JARUS SORA 框架下的数字数据链 230 4 数据链架构 231 5 评估的前提条件 234 5.1 低空空对地无线信道模型 234 5.2 LTE模型与链路预算 237 5.3 德国货运无人机的LTE覆盖分析 239 5.4 天线辐射方向图 242 6 LTE数据链模拟器与系统仿真 243 6.1 LTE数据链模拟器说明 243 6.2 LTE数据链模拟器实时性的预处理 244 6.3 LTE数据链模拟器的评估 244 7 总结 246 参考文献 246 超低空空域无人机的探测与规避248 1 引言 248 2 相关工作 249 3 BVLOS任务的DAA 系统架构 249 3.1 机载DAA 架构 250 3.2 地基DAA 架构 251 3.3 混合式DAA 架构 251 4 无人机的协作式DAA 传感器 252 4.1 ADS-B 253 4.2 FLARM 254 4.3 网络安全考量 254 5 仿真评估 256 5.1 假设条件 256 5.2 结果 257 5.3 讨论 261 6 总结 261 参考文献 262 货运无人机的轨迹风险建模与规划263 1 引言 263 2 相关研究与前期工作 265 2.1 风险建模 266 2.2 基于采样的路径规划 267 3 用于轨迹规划的地理空间数据库 269 3.1 地理空间数据集的处理 269 3.2 计算水平和垂直净空距离 270 3.3 评估飞越地面的潜在危害 271 4 安全飞行终止的风险评估 273 4.1 飞行终止的定义 273 4.2 飞行终止系统的设计与功能 274 4.3 ALAADy框架内的飞行终止 275 4.4 启发式风险评估 276 4.5 基于贝叶斯的风险建模 277 5 基于采样的运动规划 283 5.1 搜索图初始化 283 5.2 航线规划 284 5.3 轨迹生成与平滑 285 5.4 实验结果 285 6 总结与未来工作 288 参考文献 289 特定类别无人机的安全运行监测292 1 引言 292 2 相关工作 293 3 安全运行监测 294 3.1 安全运行监测示例:地理围栏 296 3.2 安全终止的缓冲区计算 298 4 案例研究 300 4.1 FencyCreator——一款用于缩放地理围栏和生成地理围栏规范的工具 300 4.2 基于 Lola的形式化运行时监控 302 4.3 实验结果 303 5 采用 FPGA 的 Lola地理围栏 307 6 总结 308 参考文献 310 第四部分：验证、确认和讨论 低空无人运输多学科场景仿真313 1 引言 313 2 无人机仿真环境相关工作 315 3 ALAADy仿真的应用案例 316 3.1 验证任务 317 3.2 设计权衡决策 318 3.3 仿真开发的各方面内容 318 4 仿真框架 319 4.1 仿真架构 319 4.2 自动化仿真构建流程 320 4.3 系统模块 321 4.4 环境模块 322 4.5 自动化执行与参数变化 323 5 讨论 326 6 未来展望 328 7 总结 328 参考文献 329 货运无人机纳入机场进近区对其容量与工作负荷的影响研究331 1 引言 331 2 相关研究 332 3 仿真环境 332 3.1 仿真设施 332 3.2 仿真场景 333 3.3 飞行器模型 334 3.4 空域环境 334 4 实验流程 335 5 评估 336 5.1 评价标准 336 5.2 结果 337 6 总结 339 参考文献 339 旋翼机无人机技术验证机设计与飞行测试341 1 引言 343 2 研究动机与问题陈述 344 3 机身结构 345 4 运行概念 346 4.1 初始飞行测试的手动控制策略 346 4.2 正常运行 347 4.3 飞行测试区域 348 4.4 机组团队 348 5 安全概念 350 6 特定运行风险评估 352 6.1 固有地面风险等级的确定 352 6.2 最终地面风险等级的确定 354 6.3 初始空中风险等级的确定 355 6.4 特定保证和完整性级别的确定及运行安全目标 355 6.5 基于邻近区域和空域的考虑 356 7 设计与开发策略 356 8 系统概念 357 8.1 飞行器接口系统 359 8.2 机电作动器 360 8.3 电源系统 361 8.4 传感器 361 8.5 飞行计算机 362 8.6 无线电通信 363 8.7 有效载荷 364 8.8 地面支持设备 365 9 软件 367 9.1 软件架构 367 9.2 核心接口计算机 (CIC)软件架构 368 9.3 飞行控制计算机 (FCC)软件模块 369 9.4 通信中间件 371 9.5 飞行数据记录 372 9.6 地面控制站软件 373 10 开发流程、发布与测试 374 10.1 单元测试与台架测试 375 10.2 飞行员训练 375 10.3 硬件在环仿真 376 10.4 维护与整体系统测试 378 10.5 地面与滑行测试 378 11 飞行测试操作 379 11.1 飞行测试区域介绍 379 11.2 飞行测试日程安排 380 11.3 大气条件 380 11.4 飞行测试 381 12 总结 381 13 未来展望 382 参考文献 383 低空运输无人机：设计与运行的系统视角385 1 引言 385 2 ALAADy项目回顾 386 3 研究讨论 388 3.1 相互关系:应用场景与无人机系统可靠性 388 3.2 相互关系:飞行器配置与应急概念 390 3.3 相互关系:可操作性与安全自主性 392 3.4 相互关系:空域整合、探测与规避 395 4 实验验证 396 4.1 用于知识获取与验证的仿真 396 4.2 技术演示 397 4.3 实验环境下的应用案例验证 399 5 总结与未来工作 400 5.1 关于SORA 应用的总体思考 400 5.2 总结 401 5.3 未来工作 402 参考文献 403