Опасные случаи сближения беспилотников с ПВС или другими дронами могут происходить на больших скоростях, за пределами зоны прямой видимости и полагаться на средства визуального контроля либо крайне ненадежно, либо просто невозможно, именно для разрешения подобных опасных ситуаций создавалась система DAA – Detect-And-Avoid-System.
Каждая подсистема решает отдельные задачи:
Около года назад в США NASA выполняли полеты и тестирование системы на БПЛА Ikhana. 12 июня 2018 года БПЛА впервые совершил полет в национальном воздушном пространстве США без сопровождения специального борта. Обычно подобные полеты всегда требуют, чтобы за беспилотником следовало ПВС, обеспечивающее безопасность. Но в данном случае самолет сопровождения не применялся, а дрон использовал собственную систему предупреждения и уклонения от столкновений DAA (Detect-and-Avoid System). Особое разрешение FAA позволило дистанционным пилотам БПЛА «Ikhana» полностью полагаться на работу специального бортового комплекса.
Credits: NASA/Ken Ulbrich
Во время испытательного полета было намеренно выполнено опасное сближение пилотируемого воздушного судна с БПЛА «Ikhana», а система DAA успешно информировала пилотов и позволила выполнить безопасный маневр-уклонение.
В настоящее время вес комплекта DAA составляет порядка 50?70 кг. И, как несложно догадаться, такая система является прерогативой крупных БПЛА, по типу Ikhana или SkyGuardian. Однако, стоит отметить, что NASA также проводила работы с адаптированной для среднеразмерных БПЛА системой. Это были испытания на дроне SIERRA-B.
NASA SIERRA-B (Sensor Integrated Environmental Remote Research Aircraft)
Основной проблемой испытательной команды с SIERRA-B был меньший размер БПЛА, SIERRA-B имеет размах крыльев 20 футов и весит около 500 фунтов, против 66 футов и 8 000 фунтов у Ikhana. Тем не менее, летные испытания на SIERRA-B были успешны и позволили оценить, как стандарты DAA, разработанные для более крупных и быстрых БПЛА, необходимо будет адаптировать для среднеразмерных и более медленных дронов, чтобы открыть им доступ к коммерческим полетам в национальном воздушном пространстве.
Для менее крупных дронов, рассматриваются варианты без использования бортового локатора, в таком случае в качестве ключевой технологии применяется автоматическое зависимое наблюдение-вещание, которое также входит в состав комплекса. На сегодня специальные мобильные транспондеры для дронов предлагают несколько крупных компаний. Фирма «Sagetech Corporation» в рамках испытаний DAA NASA предоставила для дрона «SIERRA-B» свой мобильный транспондер. Есть и другие, в том числе и российские.
Давайте подробнее разберем составные части DAA.
1. Разработанный фирмой GA-ASI бортовой радар.
Состоит из двухпанельной активной антенны с электронным сканированием, которая дает пилоту возможность обнаруживать и отслеживать ВС в том же поле обзора, что человек. Бортовой радар позволяет отслеживать сразу несколько целей одновременно, а также продолжать фоновый поиск новых. Является ключевым компонентом бортового оборудования DAA.
Due Regard Radar assembly
www.ga-asi.com
www.ga-asi.com
www.ga-asi.com
DAA должна обнаруживать и позволять избегать столкновений с ВС, которые как оснащены ответчиками, так и нет. Обнаружение и слежение за ВС с ответчиками осуществляется с помощью АЗН-В, системы предотвращения столкновений (TCAS).
2. Система предотвращения столкновений TCAS.
Система совместима с технологиями гражданской авиации и позволяет дронам взаимодействовать с ПВС оснащенными аналогичной системой ухода от столкновений. В состав TCAS второго поколения, которая применялась на Ikhana, входит ряд элементов: среди прочих, по значимости можно выделить процессор обработки данных, а также приемоответчик режима S. Приемоответчик должен быть всегда включен. В случае, если он выходит из строя, то TCAS Performance Monitor обнаружит этот сбой и автоматически переводит систему в режим ожидания.
Introduction to TCAS II / faa.gov
3. Спутниковое автоматическое зависимое наблюдение-вещание.
Передатчик и приемник АЗН-В Out/In. Позволяет транслировать в широковещательном диапазоне информацию о скорости, высоте и пр. в режиме реального времени для других участников воздушного движения, а также наземных служб. Приемник АЗН-В In на борту дрона способен получать аналогичную информацию, транслируемую другими ПВС или дронами.
ADS-B Flight Tests on Ikhana Unmanned Aircraft System
На практике, в США существует три возможные схемы взаимодействия:
4. Система прогнозирования и отображения конфликтов.
Система включает в себя набор алгоритмов просчета траекторий и механизмы вывода этой информации пилотам.
Полеты БПЛА проводимые NASA в 2018 году, были первыми которые использовали бортовые средства обнаружения и уклонения. Протестированное решение полностью соответствовало концепции FAA «видеть и избегать» (detect and aviod), а поставленные задачи, были успешно решены.
– Наша цель – создание беспилотных летательных систем, которые могут быть сертифицированы для полетов в несегрегированном воздушном пространстве, – сказал Линден Блю, генеральный директор компании разработчика аппаратуры GA-ASI.
– Сегодняшний успешный полет свидетельствует об эффективной работе, которую мы ведем с FAA, Центром исследования полетов NASA Armstrong, а также компанией Honeywell, в целях разработки окончательного стандарта для полетов беспилотных летательных аппаратов в воздушном пространстве с высокой интенсивностью движения, – добавил Линден Блю.
Функции DAA можно разделить на три большие группы
- Обнаружение и отслеживание окружающих воздушных судов на предмет потенциально опасных действий.
- Идентификация опасных действий.
- Предотвращение опасных и конфликтных ситуаций, построение безопасного маршрута-уклонения и выполнение маневра-уклонения.
DAA включает ряд подсистем
Каждая подсистема решает отдельные задачи:
- Бортовой радиолокатор для определения необорудованных транспондерами ВС.
- Система предотвращения столкновений TCAS, совместимая с технологиями гражданской авиации.
- Спутниковое автоматическое зависимое наблюдение-вещание (АЗН-В In/Out) для трансляции информации о полете и получения аналогичных данных от других участников воздушного движения.
- Система прогнозирования и отображения информации (Conflict Prediction and Display System).
Испытания
Около года назад в США NASA выполняли полеты и тестирование системы на БПЛА Ikhana. 12 июня 2018 года БПЛА впервые совершил полет в национальном воздушном пространстве США без сопровождения специального борта. Обычно подобные полеты всегда требуют, чтобы за беспилотником следовало ПВС, обеспечивающее безопасность. Но в данном случае самолет сопровождения не применялся, а дрон использовал собственную систему предупреждения и уклонения от столкновений DAA (Detect-and-Avoid System). Особое разрешение FAA позволило дистанционным пилотам БПЛА «Ikhana» полностью полагаться на работу специального бортового комплекса.
Credits: NASA/Ken Ulbrich
Во время испытательного полета было намеренно выполнено опасное сближение пилотируемого воздушного судна с БПЛА «Ikhana», а система DAA успешно информировала пилотов и позволила выполнить безопасный маневр-уклонение.
В настоящее время вес комплекта DAA составляет порядка 50?70 кг. И, как несложно догадаться, такая система является прерогативой крупных БПЛА, по типу Ikhana или SkyGuardian. Однако, стоит отметить, что NASA также проводила работы с адаптированной для среднеразмерных БПЛА системой. Это были испытания на дроне SIERRA-B.
NASA SIERRA-B (Sensor Integrated Environmental Remote Research Aircraft)
Основной проблемой испытательной команды с SIERRA-B был меньший размер БПЛА, SIERRA-B имеет размах крыльев 20 футов и весит около 500 фунтов, против 66 футов и 8 000 фунтов у Ikhana. Тем не менее, летные испытания на SIERRA-B были успешны и позволили оценить, как стандарты DAA, разработанные для более крупных и быстрых БПЛА, необходимо будет адаптировать для среднеразмерных и более медленных дронов, чтобы открыть им доступ к коммерческим полетам в национальном воздушном пространстве.
Для менее крупных дронов, рассматриваются варианты без использования бортового локатора, в таком случае в качестве ключевой технологии применяется автоматическое зависимое наблюдение-вещание, которое также входит в состав комплекса. На сегодня специальные мобильные транспондеры для дронов предлагают несколько крупных компаний. Фирма «Sagetech Corporation» в рамках испытаний DAA NASA предоставила для дрона «SIERRA-B» свой мобильный транспондер. Есть и другие, в том числе и российские.
Подробнее о составе DAA
Давайте подробнее разберем составные части DAA.
1. Разработанный фирмой GA-ASI бортовой радар.
Состоит из двухпанельной активной антенны с электронным сканированием, которая дает пилоту возможность обнаруживать и отслеживать ВС в том же поле обзора, что человек. Бортовой радар позволяет отслеживать сразу несколько целей одновременно, а также продолжать фоновый поиск новых. Является ключевым компонентом бортового оборудования DAA.
Due Regard Radar assembly
www.ga-asi.com
www.ga-asi.com
www.ga-asi.com
DAA должна обнаруживать и позволять избегать столкновений с ВС, которые как оснащены ответчиками, так и нет. Обнаружение и слежение за ВС с ответчиками осуществляется с помощью АЗН-В, системы предотвращения столкновений (TCAS).
2. Система предотвращения столкновений TCAS.
Система совместима с технологиями гражданской авиации и позволяет дронам взаимодействовать с ПВС оснащенными аналогичной системой ухода от столкновений. В состав TCAS второго поколения, которая применялась на Ikhana, входит ряд элементов: среди прочих, по значимости можно выделить процессор обработки данных, а также приемоответчик режима S. Приемоответчик должен быть всегда включен. В случае, если он выходит из строя, то TCAS Performance Monitor обнаружит этот сбой и автоматически переводит систему в режим ожидания.
Introduction to TCAS II / faa.gov
3. Спутниковое автоматическое зависимое наблюдение-вещание.
Передатчик и приемник АЗН-В Out/In. Позволяет транслировать в широковещательном диапазоне информацию о скорости, высоте и пр. в режиме реального времени для других участников воздушного движения, а также наземных служб. Приемник АЗН-В In на борту дрона способен получать аналогичную информацию, транслируемую другими ПВС или дронами.
ADS-B Flight Tests on Ikhana Unmanned Aircraft System
На практике, в США существует три возможные схемы взаимодействия:
- Напрямую, когда передатчик АЗН-В Out на самолете транслирует данные, а приемник АЗН-В In на дроне получает их.
- Через наземную станцию ретрансляции. Необходим в тех случаях, когда ПВС транслирует данные и использует линию 1090ES (чаще всего это большие коммерчески лайнеры), дрон же принимает данные АЗН-В UAT на частоте 978 Мгц.
- В случае если ПВС вообще не оборудовано никакой из существующих систем АЗН-В, данные о таком ПВС выдаются от вторичных радиолокаторов, а затем передается наземной станции, где идет преобразование сигнала к формату АЗН-В UAT с последующей его передачей. Сигнал наземной станции принимается приемником АЗН-В In на дроне аналогично тому, как это делается во втором варианте. Такой способ обеспечивает меньший темп обновления, поскольку источником информации является вторичный локатор, однако позволяет видеть даже необорудованные АЗН-В ПВС.
4. Система прогнозирования и отображения конфликтов.
Система включает в себя набор алгоритмов просчета траекторий и механизмы вывода этой информации пилотам.
Влияние
Полеты БПЛА проводимые NASA в 2018 году, были первыми которые использовали бортовые средства обнаружения и уклонения. Протестированное решение полностью соответствовало концепции FAA «видеть и избегать» (detect and aviod), а поставленные задачи, были успешно решены.
– Наша цель – создание беспилотных летательных систем, которые могут быть сертифицированы для полетов в несегрегированном воздушном пространстве, – сказал Линден Блю, генеральный директор компании разработчика аппаратуры GA-ASI.
– Сегодняшний успешный полет свидетельствует об эффективной работе, которую мы ведем с FAA, Центром исследования полетов NASA Armstrong, а также компанией Honeywell, в целях разработки окончательного стандарта для полетов беспилотных летательных аппаратов в воздушном пространстве с высокой интенсивностью движения, – добавил Линден Блю.