CAP 722A | Seconda edizione
La seconda edizione del CAP 722A, rilasciata nel dicembre 2022, ha lo scopo di assistere i Richiedenti che sono coinvolti nella produzione di una Valutazione del Rischio Operativo (ORA) che sarà utilizzata come prova di supporto per una richiesta alla CAA per l'operatività di un Sistema Aeromobile Senza Equipaggio (UAS) nella Categoria Specifica.
L'intento del CAP 722A è quello di garantire che gli obiettivi di sicurezza operativa richiesti e i livelli di sicurezza proposti siano stati raggiunti dal Richiedente. Ciò garantisce la conformità normativa e l'adozione di pratiche standard di sicurezza aerea da parte degli operatori di UAS prima che questi siano autorizzati a operare nel Regno Unito.
L'obiettivo dell'OSC è presentare prove sufficienti che tutti i pericoli e i rischi per la sicurezza che ne derivano sono stati identificati per l'operazione proposta e sono stati adeguatamente ridotti a un livello tollerabile e il più basso possibile (ALARP). Ciò garantisce un livello di sicurezza accettabile per l'operazione proposta.
Questo documento mostra come i dati di consapevolezza situazionale di PilotAware possano essere utilizzati come prova per la mitigazione strategica e tattica che aiuterà le operazioni BVLOS nello spazio aereo non controllato ad essere effettuate al livello "As Low As Reasonably Practicable" (ALARP).
I confini delle operazioni LOS e BVLOS possono essere descritti come il volume operativo. Questo è composto dall'area operativa o geografia di volo e dall'area di emergenza o di continuità. Prendendo in considerazione anche l'altezza operativa, questo diventa il volume operativo. Anche un cuscinetto di rischio a terra è una considerazione prudente.
Il rischio di collisione in volo è una classificazione qualitativa generalizzata della frequenza con cui un UAV incontrerebbe un velivolo con equipaggio nello specifico Volume operativo.
I rischi di collisione intrinseci di un volume operativo possono essere ridotti attraverso una mitigazione strategica o tattica per raggiungere la categoria di rischio "As Low As Reasonably Practicable" (ALARP).
a) sotto il controllo dell'Operatore (mitigato da una restrizione operativa).
b) non sotto il controllo dell'Operatore (mitigato da regole e strutture comuni concordate o imposte).
Le mitigazioni strategiche, supportate da regole di volo comuni e strutture di spazio aereo comuni, sono estremamente importanti per ridurre i conflitti aerei o facilitarne la risoluzione.
Tuttavia, è la mitigazione tattica più dinamica fornita dalla consapevolezza situazionale disponibile dall'infrastruttura PilotAware che può ridurre il rischio di collisioni in volo. Questo è l'oggetto del presente documento.
In un mondo ideale, uno standard di segnaletica elettronica comune, moderno e universale, funzionante su un'unica frequenza e con diverse tecnologie, sarebbe utilizzato da tutti gli aeromobili per consentire la piena interoperabilità. Purtroppo, a causa di vincoli fisici, storici, operativi e finanziari, ciò non è possibile.
Di conseguenza, tutti i tipi di dispositivi di cospicuità elettronica cooperativa in uso oggi devono essere rilevati per una completa consapevolezza della situazione. Nel Regno Unito, questi diversi tipi includono: Mode-S, ADSB (DF17), CAP1391 (DF18), PilotAware, FLARM, OGN tracker, Fanet+ e applicazioni per dispositivi mobili.
Il diagramma seguente, tratto dal documento dell'EASA Easy Access Rules for UAS, mostra che la categoria di rischio aereo ARC-a è già a un livello "As Low As Reasonably Practicable" (ALARP) e non richiede necessariamente una mitigazione. Inoltre, poiché ARC-d si trova in uno spazio aereo controllato, l'operatore sarà sotto il controllo diretto dell'ATC responsabile, simile a quello fornito a un aeromobile con equipaggio. Per i volumi operativi con una categoria di rischio più elevata (TMPR) l'infrastruttura PilotAware può fornire dati specifici per la mitigazione strategica e tattica.
La mitigazione tattica del rischio aereo comprende l'implementazione dei principi di "rilevamento ed evitamento", derivati dalle tradizionali tecniche di "vedere ed evitare" potenziate con la cospicuità elettronica.
Le fasi di Individuazione ed Evitamento sono: Individuazione - Decisione - Comando - Esecuzione - Feedback.
In un sistema completamente autonomo, tutte le fasi sopra descritte saranno automatiche e indipendenti dal tipo di segnaletica elettronica utilizzata dagli altri utenti aerei nell'area operativa. Sebbene si tratti di un'aspirazione futura attualmente fuori dalla portata finanziaria, la tecnologia PilotAware è già disponibile nel Regno Unito per consentire agli operatori di ridurre i rischi MAC attraverso il coinvolgimento diretto dell'operatore.
Per effettuare operazioni BVLOS in un volume operativo definito a basso rischio (ARC-b) nell'Europa continentale, si deve essere in grado di rilevare il 50% di tutti gli aeromobili in quel volume. Questo sale al 90% di tutti gli aeromobili nel volume definito a medio rischio (ARC-c). È chiaro che per fare questo è necessario rilevare tutte le classi di aeromobili e la cospicuità elettronica.
Rilevazione delnumero massimo di velivoli possibile.
La sfida di rilevare il numero massimo di aeromobili in qualsiasi volume operativo consiste nel farlo in modo accurato ed economico;
i. Rilevare tutte le classi di aeromobili che trasmettono qualsiasi genere CE scelto dai piloti del Regno Unito.
ii. Superare l'oscuramento del segnale dovuto a colline, edifici alti, umidità e temperatura.
iii. Superare la cellula che blocca i segnali UHF trasmessi da tutti i dispositivi EC.
iv. Fornire una ridondanza sufficiente a superare i guasti di un singolo punto di rilevamento.
v. Rilevare altri UAV utilizzando qualsiasi CE fino al livello del suolo.
vi. Ridurre al minimo la latenza e la frequenza di aggiornamento su tutti i percorsi dei dati.
vii. Fornire informazioni RT e NRT in entrambe le direzioni attraverso l'interoperabilità.
Nel Regno Unito e in Europa, l'infrastruttura PilotAware utilizza diversi tipi di nodi di accesso per raccogliere dati da aeromobili a bassa quota che trasmettono uno o più dei principali segnali cooperativi di visibilità elettronica collegati a un indirizzo ICAO comune dell'aeromobile. Si tratta di ADSB (DF17) da un transponder, ADSB (DF18) da un ricetrasmettitore CAP1391 (solo nel Regno Unito), Mode-S, Fanet+, tracker OGN, FLARM, PilotAware e applicazioni mobili. Il diagramma seguente mostra un elemento dell'infrastruttura PilotAware: la stazione di terra ATOM .
PilotAware sviluppa sistemi di Electronic Conspicuity e Situational Awareness dal 2016. In questo periodo è emerso che le semplici soluzioni punto-punto non forniscono un'integrità e una ridondanza sufficienti per poter tracciare in modo coerente e continuo tutte le classi di aeromobili e i tipi di EC, soprattutto a bassi livelli. Ciò è dovuto alla natura dei segnali UHF trasmessi, che risentono dell'attenuazione e del blocco dovuti all'oscuramento della cellula e della topografia.
PilotAware ha sviluppato e perfezionato una tecnologia per superare questo problema utilizzando percorsi multipli di diverse tecnologie. La rete combinata rileva le trasmissioni degli aeromobili utilizzando risorse aeree e terrestri che rilevano, trasmettono e ritrasmettono le informazioni ad altri utenti e ai server di PilotAware.
Le posizioni degli aeromobili rilevate localmente possono essere consultate da un singolo Access Node a terra o i dati possono essere uniti per fornire una visione combinata regionale, nazionale o continentale disponibile agli utenti dai server centrali di PilotAware.
Tutti i dispositivi PilotAware Rosetta EC in volo rileveranno direttamente la posizione di altri utenti PilotAware, dei dispositivi ADSB e CAP1391 e delle trasmissioni Mode-C/S come bersaglio senza cuscinetti. Questo avviene istantaneamente con una linea di vista ininterrotta di 30-50 km. Questo copre un'area incredibile quando si guarda giù da 4000 piedi. Il computer di bordo incorporato nei dispositivi PilotAware in volo registra anche tutti gli aeromobili rilevati durante tutti i voli su base continua per la trasmissione successiva o per l'archiviazione, se necessario.
Per migliorare questo rilevamento di base aria-aria, è stata installata una rete di oltre 290 stazioni di terra nel Regno Unito e altri 60 siti nell'Europa continentale. Tutti gli aerei equipaggiati con PilotAware si collegano a una o più stazioni di terra ATOM nel raggio d'azione per condividere reciprocamente la conoscenza della situazione nell'area locale.
Inoltre, le stazioni ATOM rilevano tutti gli aeromobili che trasmettono segnali FLARM, FANET+, ADSB, CAP1391, PilotAware e Mode-S (utilizzando la multilaterazione) e ritrasmettono le loro posizioni agli aeromobili in volo equipaggiati con PilotAware, se necessario. Tutti i dati raccolti dalle singole stazioni di terra ATOM vengono trasmessi anche ai server PilotAware utilizzando una rete GRID software-defined a bassa latenza.
Nel Regno Unito, oltre alle 290 stazioni di terra ATOM , altre 1.300 stazioni di terra della 360 RADAR Ltd sono utilizzate per fornire dati sulla posizione degli aerei a bassa quota dotati di Mode-S utilizzando la multilaterazione.
Tutte le stazioni di terra ATOM sono interconnesse attraverso il PilotAware GRID definito dal software per garantire maggiore integrità, ridondanza e rilevamento del multi-path.
I segnali dei singoli velivoli ricevuti da più stazioni di terra e mezzi aerei vengono utilizzati per compensare l'oscuramento della cellula che influisce sulle semplici soluzioni punto-punto. In questo modo il velivolo bersaglio è sempre visibile per le applicazioni ATC e UAV.
Come discusso in precedenza, i segnali radio CE degli aerei e degli UAV a bassa quota sono suscettibili di essere oscurati (bloccati o attenuati) da ostacoli topografici come colline, foreste e grattacieli urbani. Per ovviare a questo problema, la tecnologia Sky GRIDTM , installata su tutti gli aerei PilotAware, rileva e trasmette la posizione degli aerei e degli UAV PilotAware che volano a bassa quota.
Questi relè vengono ricevuti dalle stazioni a terra e da altri velivoli per garantire che i dati contenenti la posizione del velivolo a bassa quota siano disponibili ad altri utenti e inviati anche ai server PilotAware. In questo modo, la posizione dell'aeromobile o dell'UAV a bassa quota non viene persa da un utente dell'infrastruttura PilotAware, sia esso un pilota in volo o un operatore UAV a terra.
Inoltre, le informazioni sulla posizione di tutti i velivoli all'interno di un'area operativa richiesta vengono trasmesse al velivolo a bassa quota o all'UAV. Questa migliore visione della situazione è particolarmente utile nelle regioni montuose e per le operazioni di volo a bassa quota sull'acqua. Questi dati, forniti a un UAV equipaggiato con PilotAware, sono stati utilizzati con successo per pilotare un software di intelligenza artificiale che ha dimostrato l'individuazione e l'evitamento autonomo di velivoli locali, indipendentemente dalla EC trasmessa.
La più recente tecnologia PilotAware iGRID collega i dispositivi PilotAware in volo ai server PilotAware attraverso la rete mobile per garantire una maggiore ridondanza e portata, oltre a registrare la posizione di tutti gli aerei rilevati da ogni dispositivo in volo.
Tutte le trasmissioni sono marcate temporalmente in modo da utilizzare solo i dati più recenti, garantendo la minima latenza. I dati possono essere trasferiti dai server PilotAware direttamente a singoli o multipli aeromobili o UAV, all'ATC o all'operatore UAV per mostrare tutti gli aeromobili rilevati in un determinato volume operativo.
Il diagramma seguente mostra i percorsi combinati di rilevamento e segnalazione dell'infrastruttura PilotAware. Questa infrastruttura a maglie interconnesse è altamente intelligente e garantisce un'elevata integrità e ridondanza grazie all'integrazione di più nodi e più tecnologie.
In questo modo si garantisce che i singoli punti di guasto nella rete siano ridotti il più possibile. Tutti i dati di volo vengono conservati sui server per la successiva trasmissione e analisi. Non ci risulta che nessun'altra azienda sia in grado di fornire dati così dettagliati come PilotAware.
Grazie all'infrastruttura PilotAware sopra descritta, i piloti GA che utilizzano i dispositivi PilotAware ricevono informazioni di qualità su un numero maggiore di tipi di aeromobili rispetto a qualsiasi altro sistema. Come mostrato, i dati combinati di ATOM GRID, Sky GRIDTM e iGRID assicurano il massimo rilevamento continuo di aeromobili che trasmettono qualsiasi forma di EC.
Le trasmissioni di velivoli rilevati direttamente vengono ricevute alla velocità della luce con una latenza minima. Allo stesso modo, la ritrasmissione dei dati FLARM e Fanet+ viene rilevata alla velocità della luce, con un ritardo tipico di 10mS.
Gli aeromobili dotati di Mode-S vengono rilevati utilizzando la multilaterazione della loro risposta a un'interrogazione SSR o TCAS. Questa interrogazione a 1030 MHz può provenire da più fonti terrestri o aeree. La frequenza di aggiornamento della posizione MLAT è causata principalmente dalla frequenza di interrogazione a 1030 MHz. Quando l'interrogazione proviene da un singolo interrogatore, la frequenza di aggiornamento è compresa tra 4 e 9 secondi. Il processo di calcolo della multilaterazione richiede una latenza inferiore al secondo. Ciò è commisurato alla latenza e alle frequenze di aggiornamento inerenti al rilevamento tradizionale primario e SSR dei bersagli Mode-S utilizzato dagli ANSP.
La latenza all'interno della rete mobile è più variabile e dipende da molti fattori, tra cui la regione di funzionamento, l'altezza dell'aereo, la densità del traffico e la portata.
Il GRID criptato definito dal software PilotAware comporta una bassa latenza, con un ritardo tipico di pochi 100mS.
L'utilizzo delle tecnologie multiple sopra descritte offre un elevato livello di disponibilità e ridondanza. La fedeltà del sistema dipenderà dal numero e dalla qualità delle risorse di raccolta dati disponibili nel volume operativo. La tecnologia PilotAware che consente di ottenere questo risultato è disponibile da subito per l'installazione nella vostra area operativa.
Riteniamo di aver dimostrato che la tecnologia PilotAware rileva e presenta la più ampia quantità di dati provenienti dalla più ampia gamma possibile di aeromobili. Come può essere utilizzata al meglio, ora e in futuro?
I casi d'uso operativi sono molteplici e non esiste una soluzione unica per tutti. Quella adatta al monitoraggio continuo delle linee differirà dalle operazioni UAV che necessitano di una maggiore flessibilità operativa. Tuttavia, per la mitigazione della sicurezza tattica è necessaria una piena consapevolezza della situazione di tutti i velivoli nel volume operativo.
Sebbene il volo completamente autonomo, controllato dall'intelligenza artificiale, sia l'obiettivo finale, oggi disponiamo della tecnologia per fornire i dati necessari a garantire la consapevolezza della situazione nel Volume Operativo e oltre.
Le tecnologie Direct Detection, ATOM GRID e SkyGRID descritte in precedenza sono ora disponibili per gli UAV che utilizzano un PilotAware Rosetta installato.
Rosetta pesa 230 grammi ed è alimentato da un alimentatore esterno da 5,2 V e 2,5 V. La tecnologia iGRID è disponibile anche se l'UAV dispone di una connessione mobile accessibile.
Utilizzando Rosetta, un operatore UAV con accesso a Internet avrà una maggiore consapevolezza situazionale del volume operativo, proprio come se fosse seduto nell'UAV sotto il suo controllo. In altre parole, i velivoli locali appariranno con l'UAV al centro.
Inoltre, l'UAV sarà visualizzato sugli schermi remoti dell'USP come un UAV unico rilevato direttamente dalla rete di terra ATOM o trasmesso attraverso Sky GRID e iGRID da velivoli equipaggiati con PilotAware nel raggio d'azione.
Nelle operazioni normali, l'UAV vola molto più in basso rispetto all'aereo con equipaggio. Nella schermata sottostante, l'UAV vola all'altezza massima assegnata di 125 m (400 piedi) e sfrutta le tecnologie Direct, ATOM GRID e Sky GRID di bordo per avere una piena consapevolezza della situazione delle altre tecnologie.
La schermata RADAR qui sotto è una delle tante visualizzazioni che possono essere utilizzate dagli operatori UAV. Questa mostra l'UAV al centro e i vari velivoli nel volume operativo rispetto alla sua posizione. La rosa dei venti è orientata verso l'alto. Le scale verticali e orizzontali possono essere ingrandite o ridotte a seconda delle necessità.
I dati in tempo reale possono essere facilmente importati direttamente nelle applicazioni locali per migliorare le mappe esistenti di terze parti, comprese quelle di oggetti fissi e topologia, o per animare mappe in movimento.
È possibile costruire schermate personalizzate per i singoli casi d'uso, con dati per un volume operativo con un raggio di 30 km. Le stazioni ATOM locali installate per una specifica operazione UAV saranno integrate con i dati di tutte le stazioni ATOM e le risorse aeree all'interno di un volume di raccolta dati concordato.
I dati vengono archiviati per l'analisi post-missione, mostrando tutti i velivoli rilevati che si sono avvicinati e come l'UAV e gli altri velivoli hanno risposto.
Le mappe di calore dei volumi operativi, e non solo, possono essere facilmente prodotte per fornire prove per la mitigazione strategica o per aiutare a ridurre un'area a una categoria di rischio inferiore a quella originariamente definita.
Questo può essere fatto in 4 dimensioni su tutta la CE e a livelli bassi predeterminati. Ad esempio, la seguente schermata mostra la vista degli ultimi 3 mesi di tutti gli aerei rilevati al di sotto dei 500 piedi di altitudine nella regione del Solent, nel Regno Unito.
Sono chiaramente visibili le aviosuperfici GA di Sandown, Bembridge e Lee on Solent e le aree a minore densità. Si tratta di una combinazione di tutti gli aerei trasmessi dalla CE, compresi deltaplani e parapendii.
In genere gli aerei GA non presentano piani di volo in spazi aerei non controllati, tuttavia, avere dati aneddotici su dove si concentra la maggior parte dei voli nel tempo e nello spazio aiuterà la pianificazione delle rotte. In alternativa, le aree a bassa densità di voli possono essere facilmente individuate come prove di mitigazione strategica a varie altezze e ore del giorno.
La tecnologia PilotAware è estremamente innovativa e utilizza tutti i generi tecnologici per raggiungere l'obiettivo di fornire la migliore consapevolezza operativa possibile.
Abbiamo sviluppato e stiamo testando una versione integrata più piccola di Rosetta (DX) che pesa solo 90 grammi e ha tutte le funzionalità del dispositivo GA Rosetta descritto in precedenza. Rosetta DX sarà disponibile in commercio nel 2023.
La roadmap di Rosetta (DX) prevede l'inclusione di un modulo Mobile Tx/RX per consentire la funzionalità iGrid per la consapevolezza situazionale bidirezionale per quegli UAV che non sono già dotati di dispositivi mobili. Tutta la tecnologia PilotAware è retrocompatibile.
Nel corso del 2022 PilotAware ha supportato l'EASA nello sviluppo del set di messaggi standard definiti in
Specifica tecnicaper le trasmissioni ADS-L che utilizzano la banda di frequenza SRD860(ADS-L 4 SRD860) METODI, TECNICHE E PRATICHE ACCETTABILI PER ESEGUIRE TRASMISSIONI ADS-L SULLA BANDA DI FREQUENZA SRD860 COME PERMESSO AI SENSI DELLA AMC1 SERA.6005(c) PUNTO (a)(3)(i)
Questo è il set di messaggi standard proposto per
SERA.6005 Requisiti per le comunicazioni, il transponder SSR e la visibilità elettronica nello spazio aereo Uper cui, gli aeromobili con equipaggio che operano nello spazio aereo designato dall'autorità competente come spazio aereo U e che non sono dotati di un servizio di controllo del traffico aereo da parte dell'ANSP, devono rendersi costantemente visibili elettronicamente ai fornitori di servizi dello spazio U.
L'obiettivo è che gli aeromobili con equipaggio forniscano informazioni continue sulla posizione agli USSP, in modo che gli operatori di UAS possano utilizzarle per eliminare i rischi di collisione tra gli aeromobili con equipaggio e gli UAS che operano congiuntamente nello spazio aereo U-space.
Successivamente, l'EASA ha pubblicato, tramite l'NPA 2021-14, la bozza dei mezzi accettabili di conformità (AMC) e del materiale di orientamento (GM) per i regolamenti sullo spazio U. Uno dei mezzi tecnici proposti per soddisfare il nuovo requisito SERA è la trasmissione della posizione dell'aeromobile da parte di dispositivi/sistemi che utilizzano la banda di frequenze SRD-860. La bozza di specifica AMC1 SERA.6005(c) descrive ulteriori dettagli tecnici di queste trasmissioni per consentire agli U-space Service Provider (USSP) di ricevere le informazioni trasmesse e di elaborarle in conformità con le normative dello spazio U.
Un ulteriore obiettivo della bozza di specifica tecnica è quello di migliorare l'interoperabilità aria-aria dei sistemi di traffic awareness esistenti che trasmettono sulla banda di frequenza SRD-860. PilotAware trasmette sulla banda SRD-860 (869.525)
PilotAware ltd sostiene pienamente questo approccio dell'EASA e lavorerà per aiutarli a raggiungere la piena conformità.
Nel settembre 2021 PilotAware e la University of Central Lancashire (UCLan) hanno dimostrato il volo autonomo di UAV, compreso il rilevamento e l'evitamento di droni che volano autonomamente utilizzando le posizioni del traffico vicino fornite dalla rete PilotAware. In questa dimostrazione è stato dimostrato che non è necessario che l'UAV riceva tutti i generi di EC se la sua posizione. L'integrazione è stata effettuata centralmente da PilotAware con una bassa latenza dimostrabile. Da questa dimostrazione, PilotAware ha aumentato la quantità e l'integrità del traffico rilevato attraverso i molteplici nodi disponibili con l'introduzione di Sky GRID e iGRID nel 2022.
PilotAware e UCLAN sono alla ricerca di partnership per sviluppare ulteriormente questo concetto e portare questa tecnologia autonoma sul mercato.