无人机夜航灯光规范
中华人民共和国民用航空行业标准
合理设置无人机夜航灯光是法规要求和飞行安全的关键保障。以下内容涵盖核心规范、法规依据及安全操作建议。
核心灯光规范与要求
| 要求类别 | 具体规范 | 参考法规/标准 |
|---|---|---|
| 灯光配置 | 应配备航行灯（前视左红右绿）、防撞灯（建议白色）和报警灯 | |
| 可见距离 | 所有灯光需确保在晴朗夜间300米外可见，且不被遮挡 | |
| 防撞灯标准 | 需在4.8公里（3英里）外可见，闪烁频率40-100次/分钟 | |
| 灯光开启 | 夜间或低能见度条件下必须开启灯光系统 |
灯光闪烁小知识
（昏暗环境）人眼对 5 Hz 闪烁最敏感
（明亮环境）人眼对对15~20Hz信号最敏感
人类对光的感知是依靠视网膜(retina)细胞。cones(圆锥细胞)负责感知光度(较强光)和色彩, rods(杆状细胞)仅能感知光度，不能感知颜色，但其对光的敏感度是cones的一万倍。在微软光环境下rods起主要作用，因此我们不能在暗环境中分辨颜色。一些数码相机的夜光拍摄模式也模拟了这一特性。
视网膜中三种圆锥细胞(cones) 有重叠的频率响应曲线，但响应强度有所不同，他们 分别对红(570nm), 绿(535nm), 蓝(445nm)光有最敏感，共同决定了色彩感觉。光度(luminance) 正比于视网膜细胞接受到的光强度能量，但人类对相同强度不同波长的光具有不同的敏感度。可感知的波长范围380nm~780nm，称为可见光。其中对绿色(550nm)光产生最大的光强敏感度。
人类对亮度信号较敏感，对色度信号较不敏感。可以把色度信号的采用频率降低到亮度采样频率的一半(甚至1/4),例如YUV信号里面可用4:2:0 , 4:2:2采样。
(请快速转动眼睛看看, Hermann grid illusion)
对空间的感知：
眼睛的空间分辨能力，即视力，通常用可分辨视角(degree)的倒数为单位。正常人的最少可辨视觉阀值约0.5”，最大视觉范围200度(宽)×135度(高)。
空间频率即影像在空间中的变化速度。用亮度呈空间正弦变化的条纹做测试，亮度Y(x,y) = B(1+mcos2πfx), 给定条纹频率f为一固定值(看作是宽度)，改变振幅m(看作对比度)，测试分辨能力。显然m越大分辨越清楚，测试不同条件下(不同cpd)可分辨的最少m值，定义1/mmin为对比敏感度(contrast sensitivity)。定义人眼的对空间感觉的角度频率：cpd: cycle / degree ，表示眼球每转动一度扫过的黑白条纹周期数。对给定的条纹，这个值与人眼到显示屏的距离有关，对于同样大小的屏幕，离开越远，cpd越大。
通常人眼对空间的感觉相当于一个带通滤波器。最敏感在2~5个cpd ，空间截止频率为30cpd。比如我们看油画和电视机屏幕时，当距离离开一定远，cpd增大，人的眼睛就分辨不了象素点细节，便感觉不到颗粒感了。
当人观察一个静止影像时，眼球不会静止一处(精神病人除外), 通常停留在一处几百毫秒完成取像后，移到别处取像，如此持续不断。 这种运动称为跳跃性运动(saccadic eye movement)。研究表明跳跃性运动可以增大对比敏感度，但敏感度峰值却减少。
对时间频率的感知：
时间频率即画面随时间变化的快慢。Kelly.D.H用亮度按时间正弦变化的条纹做实验，亮度Yt) = B(1+mcos2πft)。改变m, 测试不同时间频率f下的对比敏感度。
实验表明时间频率响应还和平均亮度有关。在一般室内光强下，人眼对时间频率的响应近似一个带通滤波器。对15~20Hz信号最敏感，有很强闪烁感(flick)，大于75Hz响应为0，闪烁感消失。刚到达闪烁感消失的频率叫做临界融合频率(CFF)。在较暗的环境下，呈低通特性，且CFF会降低，这时对5Hz信号最敏感，大于25Hz闪烁基本消失。电影院环境很暗，放映机的刷新率为24Hz也不感到闪烁, 这样可以减少胶卷用量和机器的转速。而电脑显示器亮度较大，需要75Hz闪烁感才消失。闪烁消失后，亮度感知等于亮度时间平均值(塔鲁伯法则)。这种低通特性，也可以解析为视觉暂留特性，即当影像消失/变化时，大脑的影像不会立刻消失，而是保留一个短暂时间。生活中常感受到的动态模糊，运动残像也和这个有关。有很多电子产品设计利用了这一现象，例如LED数码管的动态扫描，LED旋转字幕等。
对运动物体感知
观察一个运动物体，眼球会自动跟随其运动，这种现象叫随从运动(eye pursuit movement)。这时眼球和物体的相对速度会降低，我们能更清晰地辨认物体。例如观看球类比赛(如棒球)，尽管棒球的运动速度很快，由于随从运动，我们仍够看得到球的大概样子 (但会有运动模糊)。如果我们把眼睛跟着风扇转动方向转动，会发现对扇叶细节看得较清楚。眼球随从最大速度为4～5度/秒，因此我们不可能看清楚一颗子弹飞行。
| 特性 | 明亮环境 (光适应状态) |
昏暗环境 (暗适应状态) |
|---|---|---|
| 滤波器类型 | 带通滤波器 (Band-pass) |
低通滤波器 (Low-pass) |
| 最敏感频率 | 约 15-20 Hz | 约 5 Hz |
| 临界融合频率(CFF) | 较高 (例如 >75 Hz) |
较低 (例如 ~25 Hz) |
| 典型应用 | 电脑显示器 (刷新率通常为75Hz以上) |
电影院放映 (刷新率为24Hz) |
主要法规依据
- 中国：
- 民航局规定夜间飞行需提前申请空域和飞行计划
- 起飞重量＞250克无人机需实名登记，灯光改装需报备
- 美国（FAA）：
- 夜间飞行需安装3英里外可见的防撞灯
- 操作者需通过额外考试并获得许可
- 欧洲（EASA）：
- 需安装符合EN 300 328标准的可见灯光
- 操作者需持有A2操作证
多旋翼 vs 固定翼灯光配置差异
| 特性维度 | 多旋翼无人机 | 固定翼无人机 |
|---|---|---|
| 核心功能 | 垂直起降、悬停、低速机动 | 高速前飞、滑跑/弹射起飞 |
| 航行灯配置 | 简化设计（前白后红或左红右绿） | 标准航空灯（左红、右绿、尾白常亮） |
| 防撞灯 | 顶部/底部高亮频闪灯 | 频闪灯+大中型机配备旋转信标灯 |
| 特殊灯光 | 着陆补光灯、状态指示灯 | 起落架指示灯、滑行/着陆灯 |
| 安装要求 | 机臂分布，避免遮挡螺旋桨 | 翼尖/尾翼集成，考虑气动影响 |
安全操作建议
飞行前检查：
- 白天勘察环境障碍物
- 测试灯光系统状态
- 确认电池满电量（灯光额外耗电）
- 查询当地最新夜航法规
飞行中注意事项：
- 保持目视接触（飞行速度≤10m/s）
- 理解灯光语言（如红灯常亮=低电量报警）
- 注意避障系统夜间可能失效
- 作业时可加装认证LED补光灯（FCC/IP等级）
重要提示：以上规范可能存在地区差异，飞行前务必查询当地民航部门最新规定!