CAP 722A - andra upplagan
Den andra upplagan av CAP 722A som publicerades i december 2022 är avsedd att hjälpa sökande som är involverade i produktionen av en operativ riskbedömning (ORA) som kommer att användas som stödjande bevis för en ansökan till CAA om drift av ett obemannat luftfartssystem (UAS) i den specifika kategorin.
Avsikten med CAP 722A är att säkerställa att sökanden har uppfyllt de operativa säkerhetsmålen och de föreslagna målnivåerna för säkerhet. Detta säkerställer efterlevnad av regelverket och att UAS-operatörer tillämpar standardiserade flygsäkerhetsmetoder innan ett UAS godkänns för drift i Storbritannien.
Syftet med OSC är att presentera tillräckliga bevis för att alla relevanta faror och därav följande säkerhetsrisker har identifierats för den föreslagna verksamheten och på lämpligt sätt har begränsats till en tolerabel och ALARP-nivå (As Low As Reasonably Practicable). Detta säkerställer en godtagbar säkerhetsnivå för den föreslagna verksamheten.
Detta dokument visar hur PilotAware-data om situationsmedvetenhet kan användas som bevis för både den strategiska och taktiska begränsningen som hjälper BVLOS-operationer i okontrollerat luftrum att genomföras på ALARP-nivå (As Low As Reasonably Practicable).
Gränserna för LOS- och BVLOS-operationer kan beskrivas som den operativa volymen. Denna består av det operativa eller flyggeografiska området och nöd- eller kontinuitetsområdet. Med hänsyn tagen till flyghöjden blir detta den operativa volymen. En riskbuffert på marken är också ett försiktigt övervägande.
Risken för en kollision i luften är en generaliserad kvalitativ klassificering av den hastighet med vilken en UAV skulle möta ett bemannat flygplan i den specifika operativa volymen.
De inneboende kollisionsriskerna i en operativ volym kan minskas genom antingen strategiska eller taktiska åtgärder för att nå riskkategorin ALARP (As Low As Reasonably Practicable).
a) under Operatörens kontroll (mildras genom driftsrestriktion).
b) inte under operatörens kontroll (mildras av överenskomna eller föreskrivna gemensamma regler och strukturer).
Strategiska åtgärder, som stöds av gemensamma flygregler och gemensamma luftrumsstrukturer, är oerhört viktiga för att minska flygkonflikter eller underlätta konfliktlösning.
Det är dock den mer dynamiska taktiska begränsningen som tillhandahålls av den situationsmedvetenhet som finns tillgänglig från PilotAware-infrastrukturen som kan minska risken för kollisioner under flygning. Detta är ämnet för detta dokument.
I en idealisk värld skulle en gemensam, modern och universell standard för elektronisk signalering, som arbetar med en enda frekvens och flera olika tekniker, användas av alla flygplan för att möjliggöra full driftskompatibilitet. Tyvärr är detta inte möjligt på grund av fysiska, historiska, operativa och ekonomiska begränsningar.
Följaktligen måste alla typer av samverkande elektroniska signalanordningar som används idag upptäckas för fullständig situationsmedvetenhet. I Storbritannien omfattar dessa olika typer: Mode-S, ADSB (DF17), CAP1391 (DF18), PilotAware, FLARM, OGN trackers, Fanet+ och applikationer för mobila enheter.
Följande diagram, som är hämtat från EASA:s dokument Easy Access Rules for UAS, visar att luftriskkategorin ARC-a redan ligger på en nivå som är ALARP (As Low As Reasonably Practicable) och inte nödvändigtvis behöver minskas. Eftersom ARC-d befinner sig i kontrollerat luftrum kommer operatören att stå under direkt kontroll av ansvarig ATC, på samma sätt som för ett bemannat flygplan. För operativa volymer med en högre riskkategori (TMPR) kan PilotAware-infrastrukturen tillhandahålla data som är specifika för både strategisk och taktisk begränsning.
Taktisk begränsning av luftrisker omfattar implementering av "Detect and Avoid"-principerna som bygger på traditionella "See and Avoid"-tekniker kompletterade med Electronic Conspicuity.
Faserna i Detect and Avoid är: Detect - Decide - Command - Execute - Feedback.
I ett helt autonomt system kommer alla ovanstående faser att vara automatiska och oberoende av vilken typ av Electronic Conspicuity som används av andra flygpassagerare i det operativa området. Även om detta är en framtida strävan som för närvarande är utom ekonomiskt räckhåll, finns PilotAware-teknik tillgänglig i Storbritannien nu för att göra det möjligt för operatörer att minska MAC-riskerna genom direkt operatörsmedverkan.
För att genomföra BVLOS-operationer i en definierad operativ volym med låg risk (ARC-b) på den europeiska kontinenten måste man kunna upptäcka 50 % av alla flygplan i den volymen. Detta ökar till 90 % av alla flygplan i den definierade volymen med medelhög risk (ARC-c). För att klara detta krävs naturligtvis detektering av alla flygplansklasser och Electronic Conspicuity.
Detektering avstörsta möjliga antal flygplan.
Utmaningen med att upptäcka det maximala antalet flygplan i en viss volym är att göra det på ett korrekt och kostnadseffektivt sätt;
i. Upptäcka alla klasser av flygplan som sänder någon EC-genre som valts av brittiska piloter.
ii. Övervinna signalförstöring på grund av kullar, höga byggnader, fukt och temperatur.
iii. Övervinna flygplansskrovets blockering av UHF-signaler som sänds ut av alla EC-enheter.
iv. Tillhandahålla tillräcklig redundans för att övervinna enpunktsfel i detekteringen.
v. Upptäcka andra UAV:er med hjälp av alla EC ner till marknivå.
vi. Minska latens- och uppdateringshastigheterna till ett minimum för alla datavägar
vii. Tillhandahålla RT- och NRT-information i båda riktningarna genom driftskompatibilitet.
I Storbritannien och Europa använder PilotAware-infrastrukturen flera typer av accessnoder för att samla in data från lågt flygande flygplan som sänder en eller flera av de viktigaste kooperativa Electronic Conspicuity-signalerna kopplade till en gemensam ICAO-adress för flygplanet. Dessa är ADSB (DF17) från en transponder, ADSB (DF18) från en CAP1391-transceiver (endast i Storbritannien), Mode-S, Fanet+, OGN-trackers, FLARM, PilotAware och mobila applikationer. Diagrammet nedan visar en del av PilotAware-infrastrukturen - ATOM .
PilotAware har utvecklat system för Electronic Conspicuity och Situational Awareness sedan 2016. Under denna tid har det blivit uppenbart att enkla enkla punkt-till-punkt-lösningar inte ger tillräcklig integritet och redundans för att konsekvent och kontinuerligt kunna spåra alla flygplansklasser och EC-typer, särskilt på låga nivåer. Detta beror på att de UHF-signaler som sänds påverkas av dämpning och blockering på grund av flygplansskrov och topografiskt mörker.
PilotAware har utvecklat och förfinat teknik för att övervinna detta genom att använda flera vägar från flera olika tekniker. Det kombinerade nätverket upptäcker flygplanssändningar med hjälp av luftburna och markbaserade resurser som upptäcker, sänder och vidarebefordrar information till andra användare och till PilotAwares servrar.
Positionerna för de flygplan som upptäcks lokalt kan nås från en enskild markbaserad Access Node eller så kan data sammanföras för att ge en kombinerad regional, nationell eller kontinental vy som är tillgänglig för användare från PilotAwares centrala servrar.
Alla flygburna PilotAware Rosetta EC-enheter kommer direkt att upptäcka platsen för andra PilotAware-användare, ADSB- och CAP1391-enheter och Mode-C/S-sändningar som ett bäringslöst mål. Detta görs omedelbart med en oavbruten siktlinje på 30-50 km. Detta täcker ett fantastiskt område när man tittar ner från 4000ft. Den inbyggda datorn i PilotAware-enheterna registrerar också kontinuerligt alla flygplan som upptäcks under alla flygningar för vidarebefordran eller arkivering efter behov.
För att förbättra denna grundläggande luft-till-luft-detektering har ett nätverk med över 290 markstationer installerats i Storbritannien och ytterligare 60 platser på den europeiska kontinenten. Alla PilotAware-utrustade flygplan ansluter till en eller flera ATOM inom räckhåll för att ömsesidigt dela situationsmedvetenhet om det lokala området.
Dessutom upptäcker ATOM alla flygplan som sänder FLARM-, FANET+-, ADSB-, CAP1391-, PilotAware- och Mode-S-signaler (med hjälp av multilateration) och vidarebefordrar vid behov deras position till de flygplan som är utrustade med PilotAware. Alla data som samlas in vid den enskilda ATOM överförs också till PilotAware-servrarna med hjälp av ett krypterat mjukvarudefinierat GRID-nätverk med låg latens.
I Storbritannien används, utöver de 290+ ATOM , ytterligare 1.300 markstationer från 360 RADAR Ltd för att tillhandahålla data om positionen för lågt flygande Mode-S-utrustade flygplan med hjälp av multilateration.
Alla ATOM är sammankopplade via det mjukvarudefinierade PilotAware GRID för att ge större integritet, redundans och flervägsdetektering.
Signaler från enskilda flygplan som tas emot av flera markstationer och luftburna resurser används för att kompensera för den mörkläggning av flygplansskrovet som påverkar enkla punkt-till-punkt-lösningar. På så sätt hålls målflygplanet ständigt synligt för ATC:s situationsmedvetenhet och UAV-tillämpningar.
Som tidigare nämnts kan EC-radiosignaler från lågt flygande flygplan och UAV:er skymmas (blockeras eller dämpas) av topografiska hinder som kullar, skogar och höga byggnader i städer. För att lösa detta problem installeras Sky GRIDTM -tekniken i alla PilotAware-utrustade flygplan, som känner av och vidarebefordrar positionen för lågt flygande PilotAware-utrustade flygplan och UAV:er.
Dessa reläer tas emot av markstationer och andra flygplan för att säkerställa att data som innehåller det lågtflygande flygplanets position är tillgängliga för andra användare och även skickas till PilotAware-servrarna. På detta sätt går det lågflygande flygplanets eller UAV:ns position inte förlorad för en användare av PilotAware-infrastrukturen, vare sig denne agerar som pilot i luften eller UAV-operatör på marken.
Dessutom vidarebefordras information om var alla flygplan inom ett visst operationsområde befinner sig till det lågt flygande flygplanet eller UAV:n. Denna förbättrade lägesbild är särskilt användbar i bergstrakter och för lågflygande operationer över vatten. Dessa data, som tillhandahålls till en PilotAware-utrustad UAV, har framgångsrikt använts för att driva programvara för artificiell intelligens för att demonstrera autonom avkänning och undvikande av lokala flygplan oberoende av vilken EC de sänder.
Den senaste PilotAware iGRID-tekniken länkar flygburna PilotAware-enheter till PilotAware-servrarna via mobilnätet för att säkerställa större redundans och räckvidd, och registrerar också positionen för alla flygplan som upptäcks av varje flygburen enhet.
Alla överföringar är tidsstämplade så att endast de senaste uppgifterna används, vilket ger lägsta möjliga fördröjning. Data kan överföras från PilotAware-servrarna direkt till enskilda eller flera flygplan eller UAV:er, till ATC eller UAV-operatören för att visa alla upptäckta flygplan i en önskad operativ volym.
Diagrammet nedan visar de kombinerade detekterings- och rapporteringsvägarna i PilotAware-infrastrukturen. Denna sammankopplade mesh-infrastruktur är mycket intelligent och säkerställer hög integritet och redundans genom integration av flera noder och tekniker.
Detta säkerställer att enskilda felkällor i nätverket reduceras så långt det är möjligt. Alla flygdata sparas på servrarna för vidare överföring och analys. Vi känner inte till att något annat företag kan tillhandahålla så detaljerade data som PilotAware.
Med hjälp av den PilotAware-infrastruktur som beskrivs ovan får GA-piloter som använder PilotAware-utrustning kvalitetsinformation om fler flygplanstyper än något annat system. Som framgår säkerställer de kombinerade uppgifterna från ATOM GRID, Sky GRIDTM och iGRID att största möjliga kontinuerliga upptäckt av luftfartyg som sänder någon form av EC uppnås.
Sändningar från flygplan som upptäcks direkt kommer att tas emot med ljusets hastighet med mycket liten latens. På samma sätt upptäcks återutsändningen av FLARM- och Fanet+-data med ljusets hastighet med några 10mS fördröjning av återutsändningsdatabehandling som typiskt.
Mode-S-utrustade flygplan upptäcks med hjälp av multilateration av deras svar på en SSR- eller TCAS-förfrågan. Denna 1030 MHz-förfrågan kan komma från flera markbundna eller luftburna källor. Uppdateringsfrekvensen för MLAT-positionen orsakas främst av 1030 MHz-interrogationsfrekvensen. När interrogationen kommer från en enda interrogator är uppdateringshastigheten mellan 4-9 sekunder. Fördröjning på under en sekund uppstår för multilaterationsberäkningsprocessen. Detta är i paritet med den latens och uppdateringsfrekvens som gäller för traditionell primär- och SSR-detektering av Mode-S-mål som används av ANSP:erna.
Latensen i mobilnätet är mer varierande och beror på många faktorer, bland annat driftsområdet, flygplanets höjd, trafiktätheten och räckvidden.
PilotAware krypterade mjukvarudefinierade GRID ger en låg latens, med några 100 ms fördröjning som typiskt.
Genom att använda de olika tekniker som beskrivs ovan får man en hög nivå av tillgänglighet och redundans. Systemets tillförlitlighet beror på antalet och kvaliteten på de datainsamlingstillgångar som finns tillgängliga inom den operativa volymen. PilotAware-tekniken som gör detta är nu tillgänglig för installation i ditt operativa område.
Vi anser att vi har visat att PilotAware-tekniken upptäcker och presenterar den största mängden data från det bredaste möjliga utbudet av flygplan. Hur kan detta användas på bästa sätt, nu och i framtiden?
Det finns många operativa användningsområden och det finns ingen lösning som passar alla. Det som är lämpligt för kontinuerlig linjeövervakning skiljer sig från UAV-verksamhet som behöver mer flexibilitet i driften. En fullständig situationsmedvetenhet om alla flygplan i den operativa volymen krävs dock för taktisk säkerhetsbegränsning.
Även om helt autonoma flygningar, styrda av AI, är det ultimata målet, har vi idag tekniken för att tillhandahålla de data som krävs för att ge situationsmedvetenhet i den operativa volymen och därefter.
Direct Detection-, ATOM GRID- och SkyGRID-tekniken som beskrivs ovan är nu tillgänglig för UAV:er som använder en installerad PilotAware Rosetta.
Rosetta väger 230 gram och drivs av en extern 5,2v 2,5V strömförsörjning. iGRID-tekniken är också tillgänglig om det finns en tillgänglig mobilanslutning på UAV:n.
När Rosetta används får en UAV-operatör med tillgång till internet en förbättrad situationsmedvetenhet om den operativa volymen, precis som om han/hon satt i den UAV som han/hon kontrollerar. Med andra ord skulle lokala flygplan visas med UAV:n i mitten.
Dessutom kommer UAV:n att visas på USP:s fjärrskärmar som en unik UAV som upptäcks direkt av ATOM Ground Network eller vidarebefordras via Sky GRID och iGRID av PilotAware-utrustade flygplan inom räckhåll
Under normala förhållanden skulle UAV:n flyga mycket lägre än det bemannade flygplanet. I skärmdumpen nedan visas UAV:n flyga på den tilldelade maximala höjden på 125 meter (400 fot) och dra nytta av Direct-, ATOM GRID- och Sky GRID-teknikerna ombord för att få en fullständig situationsmedvetenhet om de andra teknikerna.
RADAR-skärmen nedan är en av många visualiseringar som kan användas av UAV-operatörer. Den här visar UAV:n i mitten och de olika flygplanen i den operativa volymen i förhållande till dess position. Kompassrosen är orienterad i riktning uppåt. Vertikala och horisontella skalor kan zoomas in eller ut efter behov.
Realtidsdata kan enkelt importeras direkt till lokala applikationer för att förbättra befintliga tredjepartskartor med fasta objekt och topologi eller för att animera rörliga kartor.
Anpassade skärmar kan konstrueras för individuella användningsfall, där data för en operativ volym med en radie på 30 km är vanligt förekommande. Lokala ATOM som installerats för en specifik UAV-operation kommer att kompletteras med data från alla ATOM och luftburna tillgångar inom en överenskommen datainsamlingsvolym.
Data arkiveras för analys efter uppdraget och visar alla upptäckta flygplan som kom nära och hur UAV:n och de andra flygplanen reagerade.
Värmekartor över operativa volymer och mer kan enkelt produceras för att också ge bevis för strategisk begränsning eller för att bidra till att minska ett område till en lägre riskkategori än vad som ursprungligen definierades.
Detta kan göras i fyra dimensioner över hela EU och på förutbestämda låga nivåer. Följande skärmdump visar t.ex. de senaste 3 månadernas vy över alla flygplan som upptäckts på en höjd under 500 fot i Solent-regionen i Storbritannien.
GA-flygfälten i Sandown, Bembridge och Lee on Solent och områden med lägre densitet kan tydligt ses. Detta är en kombination av alla EG-flygplan som överförs, inklusive hangglidflygplan och skärmflygplan.
GA-flygplan arkiverar vanligtvis inte färdplaner i okontrollerat luftrum, men att ha anekdotiska data om var majoriteten av flygningarna sammanfaller i tid och rum kommer att hjälpa din ruttplanering. Alternativt kan områden med låg flygdensitet lätt ses som bevis för strategisk begränsning vid olika höjder och tider på dygnet.
PilotAware-tekniken är extremt innovativ och använder alla teknikgenrer för att uppfylla målet att ge bästa möjliga operativa situationsmedvetenhet.
Vi har utvecklat och testar en mindre integrerad version av Rosetta (DX) som väger endast 90 gram och har alla funktioner som den tidigare beskrivna GA Rosetta-enheten. Rosetta DX kommer att vara kommersiellt tillgänglig 2023.
I Rosettas (DX) färdplan ingår en Mobile Tx/RX-modul för att möjliggöra iGrid-funktionalitet för tvåvägs situationsmedvetenhet för de UAV:er som inte redan är mobilutrustade. All PilotAware-teknik är bakåtkompatibel.
Under 2022 stödde PilotAware EASA i utvecklingen av den standardiserade meddelandeuppsättning som definieras i
Tekniskspecifikation för ADS-L-sändningar med användning av frekvensbandet SRD860 (ADS-L 4 SRD860 ) GODTAGBARA METODER, TEKNIK OCH PRAKTIK FÖR UTFÖRANDE AV ADS-L-SÄNDNINGAR PÅ FREKVENSBANDET SRD860 SOM TILLÅTS ENLIGT AMC1 SERA.6005(c) POINT (a)(3)(i)
Detta är den föreslagna standardmeddelandesatsen för
SERA.6005 Krav på kommunikation, SSR-transponder och elektronisk synbarhet i U-luftrumvarigenom bemannade luftfartyg som opererar i luftrum som av den behöriga myndigheten betecknas som U-luftrum och som inte tillhandahålls en flygtrafikledningstjänst av leverantören av flygtrafiktjänster, kontinuerligt ska göra sig elektroniskt synliga för leverantörerna av U-luftrumstjänster.
Målet är att bemannade luftfartyg ska tillhandahålla kontinuerlig positionsinformation till USSP så att UAS-operatörer kan använda den för att eliminera kollisionsrisker mellan bemannade luftfartyg och UAS som opererar gemensamt inom U-space-luftrummet.
EASA har därefter genom NPA 2021-14 publicerat utkastet till godtagbara sätt att uppfylla kraven (AMC) och vägledningsmaterial (GM) till U-space-reglerna. En av de föreslagna tekniska metoderna för att uppfylla det nya SERA-kravet är sändningar av luftfartygets position från enheter/system som använder frekvensbandet SRD-860. Utkastet till specifikation AMC1 SERA.6005(c) beskriver ytterligare tekniska detaljer för dessa sändningar för att göra det möjligt för tjänsteleverantörer i yttre rymden (USSP) att ta emot sänd information och behandla den i enlighet med föreskrifterna för yttre rymden.
Ett ytterligare mål med förslaget till teknisk specifikation är att förbättra driftskompatibiliteten mellan befintliga system för trafikmedvetenhet som sänder på frekvensbandet SRD-860. PilotAware sänder på SRD-860-bandet (869.525)
PilotAware ltd stöder helt detta tillvägagångssätt från EASA och kommer att arbeta för att hjälpa dem med full överensstämmelse.
I september 2021 demonstrerade PilotAware och University of Central Lancashire (UCLan) autonoma UAV-flygningar, inklusive avkänning och undvikande av drönare som flyger autonomt med hjälp av platserna för närliggande trafik som tillhandahålls av PilotAware Network. I denna demonstration visades att det inte är nödvändigt för UAV:n att ta emot alla typer av EC om deras position. Integrationen gjordes centralt av PilotAware med påvisbart låg latenstid. Sedan denna demonstration har PilotAware ökat mängden och integriteten för trafik som upptäcks genom de flera noder som finns tillgängliga med införandet av Sky GRID och iGRID 2022.
PilotAware och UCLAN söker partnerskap för att vidareutveckla detta koncept och få ut denna autonoma teknik på marknaden.