CAP 722A Tweede editie
De tweede editie van CAP 722A, uitgebracht in december 2022, is bedoeld om aanvragers te helpen die betrokken zijn bij de productie van een operationele risicobeoordeling (ORA) die zal worden gebruikt als ondersteunend bewijs voor een aanvraag bij de CAA voor de exploitatie van een onbemand luchtvaartuigsysteem (UAS) in de specifieke categorie.
De bedoeling van CAP 722A is ervoor te zorgen dat de aanvrager voldoet aan de vereiste operationele veiligheidsdoelstellingen en voorgestelde veiligheidsstreefniveaus. Dit zorgt ervoor dat de regelgeving wordt nageleefd en dat UAS-exploitanten standaardpraktijken op het gebied van luchtvaartveiligheid toepassen voordat een UAS toestemming krijgt om in het VK te vliegen.
Het doel van het OSC is om voldoende bewijs te leveren dat alle relevante gevaren en daaruit voortvloeiende veiligheidsrisico's voor de voorgestelde operatie zijn geïdentificeerd en op passende wijze zijn beperkt tot een aanvaardbaar en zo laag als redelijkerwijs mogelijk (ALARP) niveau. Dit garandeert een aanvaardbaar veiligheidsniveau voor de voorgestelde activiteit.
Dit document laat zien hoe PilotAware Situational Awareness-gegevens kunnen worden gebruikt als bewijs voor zowel de strategische als de tactische mitigatie die ertoe bijdraagt dat BVLOS-operaties in ongecontroleerd luchtruim kunnen worden uitgevoerd op het As Low As Reasonably Practicable (ALARP)-niveau.
De grenzen van LOS- en BVLOS-operaties kunnen worden beschreven als het operationele volume. Dit bestaat uit het operationele of vluchtgeografische gebied en het nood- of continentiegebied. Als ook de vlieghoogte in aanmerking wordt genomen, wordt dit het operationele volume. Een grondrisicobuffer is ook een voorzichtige overweging.
Het risico op een botsing in de lucht is een algemene kwalitatieve classificatie van de snelheid waarmee een UAV een bemand vliegtuig zou tegenkomen in het specifieke operationele volume.
De inherente botsingsrisico's van een operationeel volume kunnen worden verlaagd door middel van strategische of tactische risicobeperking om de ALARP-risicocategorie (As Low As Reasonably Practicable) te bereiken.
a) onder controle van de Concessieverlener (beperkt door operationele beperkingen).
b) die niet onder de controle van de exploitant vallen (gemitigeerd door overeengekomen of opgedragen gemeenschappelijke regels en structuren).
Strategische mitigaties, ondersteund door gemeenschappelijke vluchtregels en gemeenschappelijke luchtruimstructuren, zijn uiterst belangrijk om luchtconflicten te verminderen of het oplossen van conflicten te vergemakkelijken.
Het is echter de meer dynamische Tactical Mitigation die wordt geleverd door het situationeel bewustzijn dat beschikbaar is via de PilotAware-infrastructuur die het risico op botsingen tijdens de vlucht kan verminderen. Dit is het onderwerp van dit document.
In een ideale wereld zou een gemeenschappelijke, moderne, universele elektronische zichtbaarheidsstandaard, die op één frequentie en meerdere technologieën werkt, door alle vliegtuigen worden gebruikt om volledige interoperabiliteit mogelijk te maken. Helaas is dit niet mogelijk vanwege fysieke, historische, operationele en financiële beperkingen.
Bijgevolg moeten alle types coöperatieve elektronische zichtbaarheidstoestellen die tegenwoordig worden gebruikt, worden gedetecteerd voor een volledig situationeel bewustzijn. In het Verenigd Koninkrijk omvatten deze verschillende typen Mode-S, ADSB (DF17), CAP1391 (DF18), PilotAware, FLARM, OGN trackers, Fanet+ en mobiele apparaattoepassingen.
Het volgende diagram, afkomstig uit het EASA-document Easy Access Rules for UAS, laat zien dat luchtrisicocategorie ARC-a zich al op een niveau bevindt dat zo laag is als redelijkerwijs mogelijk (ALARP) en niet per se hoeft te worden beperkt. Ook omdat ARC-d zich in gecontroleerd luchtruim bevindt, staat de operator onder de directe controle van de verantwoordelijke ATC, vergelijkbaar met die van een bemand vliegtuig. Voor operationele volumes met een hogere risicocategorie (TMPR) kan de PilotAware-infrastructuur specifieke gegevens leveren voor zowel strategische als tactische mitigatie.
Tactische risicobeperking in de lucht omvat de implementatie van de 'Detect and Avoid'-principes die zijn afgeleid van traditionele 'See and Avoid'-technieken, versterkt met Electronic Conspicuity.
De fasen van Detecteren en Vermijden zijn Detecteren - Beslissen - Bevelen - Uitvoeren - Terugkoppelen.
In een volledig autonoom systeem zullen alle bovengenoemde fasen automatisch verlopen en onafhankelijk zijn van het type Electronic Conspicuity dat door andere luchtgebruikers in het operatiegebied wordt gebruikt. Hoewel dit een toekomstige ambitie is die momenteel buiten het financiële bereik ligt, is de PilotAware-technologie nu beschikbaar in het VK om exploitanten in staat te stellen de MAC-risico's te beperken door directe betrokkenheid van de exploitant.
Om BVLOS-vluchten uit te voeren in een gedefinieerd operationeel volume met een laag risico (ARC-b) op het Europese vasteland, moet men 50% van alle vliegtuigen in dat volume kunnen detecteren. Dit neemt toe tot 90% van alle vliegtuigen in het gedefinieerde volume met middelhoog risico (ARC-c). Het is duidelijk dat hiervoor de detectie van alle vliegtuigklassen en Electronic Conspicuity vereist is.
Het maximaal mogelijke aantal vliegtuigen detecteren.
De uitdaging bij het detecteren van het maximale aantal vliegtuigen in een bepaald werkvolume is om dit nauwkeurig en kosteneffectief te doen;
i. Alle vliegtuigklassen detecteren die een door Britse piloten gekozen EC-genre uitzenden.
ii. Overwin signaalobservatie door heuvels, hoge gebouwen, vocht en temperatuur.
iii. De UHF-signalen die door alle EC-apparaten worden uitgezonden, blokkeren.
iv. Voldoende redundantie bieden om single-point failures in detectie te ondervangen.
v. Andere UAVs detecteren met behulp van elke EC tot op grondniveau.
vi. Beperk de latentie en verversingsfrequenties tot een minimum voor alle gegevenspaden
vii. Verstrek RT- en NRT-informatie in beide richtingen door middel van interoperabiliteit.
In het VK en Europa gebruikt de PilotAware-infrastructuur meerdere soorten Access Node om gegevens te verzamelen van laagvliegende luchtvaartuigen die een of meer van de belangrijkste coöperatieve Electronic Conspicuity-signalen uitzenden, gekoppeld aan een gemeenschappelijk ICAO-adres van het luchtvaartuig. Dit zijn ADSB (DF17) van een transponder, ADSB (DF18) van een CAP1391 transceiver (alleen UK), Mode-S, Fanet+, OGN trackers, FLARM, PilotAware en mobiele toepassingen. Het onderstaande diagram toont één element van de PilotAware infrastructuur - het ATOM grondstation.
PilotAware ontwikkelt sinds 2016 systemen voor Electronic Conspicuity en Situational Awareness. Gedurende deze periode is het duidelijk geworden dat eenvoudige enkelvoudige point-to-point oplossingen niet voldoende integriteit en redundantie bieden om alle vliegtuigklassen en EC-types consistent en continu te kunnen volgen, met name op lage niveaus. Dit komt door de aard van de uitgezonden UHF-signalen die worden beïnvloed door verzwakking en blokkering als gevolg van het casco en topografische verduistering.
PilotAware heeft een technologie ontwikkeld en verfijnd om dit te voorkomen door gebruik te maken van meerdere paden van verschillende technologieën. Het gecombineerde netwerk detecteert uitzendingen van vliegtuigen met behulp van middelen in de lucht en op de grond die informatie detecteren, uitzenden en doorgeven aan andere gebruikers en de PilotAware-servers.
De posities van vliegtuigen die lokaal worden gedetecteerd, zijn toegankelijk vanaf een individuele Access Node op de grond of de gegevens kunnen worden samengevoegd tot een gecombineerde regionale, nationale of continentale weergave die beschikbaar is voor gebruikers vanaf de centrale servers van PilotAware.
Alle PilotAware Rosetta EC apparaten in de lucht detecteren direct de locatie van andere PilotAware gebruikers, ADSB en CAP1391 apparaten en Mode-C/S transmissies als een lagerloos doel. Dit gebeurt onmiddellijk met een ononderbroken gezichtsveld van 30-50 km. Dit bestrijkt een verbazingwekkend gebied als je naar beneden kijkt vanaf 4000 voet. De boordcomputer die in PilotAware-vliegapparatuur is ingebouwd, registreert ook continu alle gedetecteerde vliegtuigen tijdens alle vluchten voor verdere verzending of om te worden gearchiveerd als dat nodig is.
Om deze basis lucht-tot-lucht detectie te verbeteren, is er een netwerk van meer dan 290 grondstations geïnstalleerd in het Verenigd Koninkrijk en nog eens 60 op het vasteland van Europa. Alle met PilotAware uitgeruste vliegtuigen maken verbinding met een of meer ATOM binnen bereik om wederzijds situationeel bewustzijn van het lokale gebied te delen.
Bovendien detecteren de ATOM alle vliegtuigen die FLARM-, FANET+-, ADSB-, CAP1391-, PilotAware- en Mode-S-signalen uitzenden (met behulp van multilateratie) en zenden ze hun locatie indien nodig door naar de met PilotAware uitgeruste vliegtuigen in de lucht. Alle gegevens die worden verzameld op het individuele ATOM worden ook verzonden naar de PilotAware-servers met behulp van een softwarematig gecodeerd GRID-netwerk met lage latentie.
In het VK worden, naast de 290+ ATOM grondstations, nog eens 1300 grondstations van 360 RADAR Ltd gebruikt om gegevens te leveren over de positie van laagvliegende Mode-S uitgeruste vliegtuigen met behulp van multilateratie.
Alle ATOM zijn met elkaar verbonden via het software-gedefinieerde PilotAware GRID voor meer integriteit, redundantie en multi-path detectie.
Individuele vliegtuigsignalen ontvangen door meerdere grondstations en middelen in de lucht worden gebruikt om de verduistering van het casco te compenseren die invloed heeft op eenvoudige point-to-point oplossingen. Hierdoor blijft het doelvliegtuig voortdurend in beeld voor ATC situational awareness en UAV-toepassingen.
Zoals eerder besproken, zijn EC-radiosignalen van laagvliegende vliegtuigen en UAV's gevoelig voor verduistering (blokkering of verzwakking) door topografische obstakels zoals heuvels, bossen en stedelijke hoogbouw. Om dit te voorkomen detecteert de Sky GRIDTM -technologie, die in alle met PilotAware uitgeruste vliegtuigen is geïnstalleerd, de locatie van laagvliegende met PilotAware uitgeruste vliegtuigen en UAV's en geeft deze door.
Deze relais worden ontvangen door grondstations en andere vliegtuigen om ervoor te zorgen dat de gegevens met de locatie van het laagvliegende vliegtuig beschikbaar zijn voor andere gebruikers en ook worden verzonden naar de PilotAware-servers. Op deze manier gaat de locatie van het laagvliegende vliegtuig of UAV niet verloren voor een gebruiker van de PilotAware-infrastructuur, of deze nu optreedt als piloot in de lucht of als UAV-operator op de grond.
Bovendien wordt informatie over de locaties van alle vliegtuigen binnen een vereist operationeel gebied doorgegeven aan het laagvliegende vliegtuig of de UAV. Dit verbeterde situationele bewustzijn is vooral nuttig in bergachtige gebieden en voor laagvliegoperaties over het water. Deze gegevens, verstrekt aan een met PilotAware uitgeruste UAV, zijn met succes gebruikt om kunstmatige intelligentiesoftware aan te sturen om het autonoom waarnemen en vermijden van lokale vliegtuigen aan te tonen, onafhankelijk van welke EC ze uitzenden.
De nieuwste PilotAware iGRID-technologie verbindt PilotAware-apparaten in de lucht met de PilotAware-servers via het mobiele netwerk om een grotere redundantie en bereik te garanderen, en registreert ook de positie van alle vliegtuigen die door elk apparaat in de lucht worden gedetecteerd.
Alle transmissies worden voorzien van een tijdstempel zodat alleen de meest recente gegevens worden gebruikt en de laagste latentie wordt gegarandeerd. Gegevens kunnen rechtstreeks worden overgedragen van de PilotAware-servers naar individuele of meerdere vliegtuigen of UAV's, naar ATC of de UAV-operator om alle gedetecteerde vliegtuigen in een vereist operationeel volume weer te geven.
Het onderstaande diagram toont de gecombineerde detectie- en rapportagepaden van de PilotAware-infrastructuur. Deze in elkaar grijpende mesh-infrastructuur is zeer intelligent en garandeert een hoge integriteit en redundantie door integratie van meerdere knooppunten en technologieën.
Dit zorgt ervoor dat single points of failure in het netwerk zoveel mogelijk worden beperkt. Alle vluchtgegevens worden op de servers bewaard voor verdere overdracht en analyse. We weten niet of er een ander bedrijf is dat zulke gedetailleerde gegevens kan leveren als PilotAware.
Door gebruik te maken van de hierboven beschreven PilotAware-infrastructuur ontvangen GA-piloten die PilotAware-apparatuur gebruiken kwaliteitsinformatie over meer vliegtuigtypes dan elk ander systeem. Zoals aangetoond zorgen de gecombineerde gegevens van de ATOM GRID, Sky GRIDTM en iGRID ervoor dat de grootst mogelijke continue detectie van luchtvaartuigen, die elke vorm van EC uitzenden, wordt bereikt.
Rechtstreeks gedetecteerde transmissies van vliegtuigen worden met de snelheid van het licht ontvangen met zeer weinig vertraging. Op dezelfde manier wordt de heruitzending van FLARM- en Fanet+ gegevens gedetecteerd met de snelheid van het licht, met een typische vertraging van een paar 10mS bij het heruitzenden.
Met Mode-S uitgeruste luchtvaartuigen worden gedetecteerd door middel van multilateratie van hun reactie op een SSR- of TCAS-ondervraging. Deze 1030MHz ondervraging kan afkomstig zijn van meerdere bronnen op aarde of in de lucht. De verversingssnelheid van de MLAT-positie wordt voornamelijk veroorzaakt door de 1030MHz-vervragingssnelheid. Wanneer de ondervraging afkomstig is van een enkele ondervrager, ligt de vernieuwingsfrequentie tussen de 4-9 seconden. Het multilateratieberekeningsproces heeft een vertraging van enkele seconden. Dit komt overeen met de latentie en verversingsfrequenties die inherent zijn aan de traditionele primaire en SSR-detectie van Mode-S-doelen die door ANSP's worden gebruikt.
De latentie binnen het mobiele netwerk is variabeler en hangt af van veel factoren, zoals de regio waarin wordt gevlogen, de hoogte van het vliegtuig, de verkeersdichtheid en het bereik.
De PilotAware versleutelde softwaregedefinieerde GRID veroorzaakt een lage latentie, waarbij een vertraging van een paar 100mS gebruikelijk is.
Het gebruik van de hierboven beschreven meervoudige technologieën zorgt voor een hoge mate van beschikbaarheid en redundantie. De betrouwbaarheid van het systeem hangt af van het aantal en de kwaliteit van de gegevensverzamelende middelen die beschikbaar zijn binnen het operationele volume. De PilotAware-technologie die dit mogelijk maakt, is nu beschikbaar voor installatie in je operatiegebied.
We zijn van mening dat we hebben aangetoond dat de PilotAware-technologie de grootste hoeveelheid gegevens van de meest uiteenlopende vliegtuigen detecteert en presenteert. Hoe kan dit het beste worden gebruikt, nu en in de toekomst?
Er zijn veel operationele gebruikssituaties en er is niet één oplossing die voor iedereen geschikt is. Wat geschikt is voor continue lijnbewaking zal verschillen van UAV-operaties die meer flexibiliteit nodig hebben. Een volledig situationeel bewustzijn van alle vliegtuigen in het operationele volume is echter vereist voor tactische veiligheidsbeperking.
Hoewel volledig autonoom vliegen, bestuurd door AI het uiteindelijke doel is, beschikken we vandaag over de technologie om de nodige gegevens te leveren om situationeel bewustzijn te verschaffen in het Operationeel Volume en daarbuiten.
De hierboven beschreven Direct Detection-, ATOM GRID- en SkyGRID-technologie is nu beschikbaar voor UAV's die een geïnstalleerde PilotAware Rosetta gebruiken.
Rosetta weegt 230 gram en wordt gevoed door een externe 5,2v 2,5V voeding. iGRID technologie is ook beschikbaar als er een toegankelijke mobiele verbinding is op de UAV.
Bij gebruik van Rosetta zal een UAV Operator met internettoegang een verbeterd situationeel bewustzijn van het Operationeel Volume hebben, net alsof hij/zij in de UAV onder zijn/haar controle zit. Met andere woorden, lokale vliegtuigen zouden verschijnen met de UAV in het midden.
Bovendien zal de UAV worden weergegeven op schermen van USP's op afstand als een unieke UAV die rechtstreeks wordt gedetecteerd door het ATOM op de grond of wordt doorgegeven via Sky GRID en iGRID door vliegtuigen die zijn uitgerust met PilotAware.
In normale omstandigheden vliegt de UAV veel lager dan het bemande vliegtuig. In de onderstaande schermafbeelding vliegt de UAV op de toegewezen maximale hoogte van 125 meter (400 ft) en maakt gebruik van de technologieën Direct aan boord, ATOM GRID en Sky GRID om een volledig situationeel bewustzijn van de andere technologieën te hebben.
Het onderstaande RADAR-scherm is een van de vele visualisaties die gebruikt kunnen worden door UAV-operators. Deze toont de UAV in het midden en de verschillende vliegtuigen in het operationele volume ten opzichte van zijn positie. De kompasroos is georiënteerd als richting naar boven. Verticale en horizontale schalen kunnen naar wens worden in- of uitgezoomd.
Realtime gegevens kunnen direct worden geïmporteerd in lokale toepassingen om bestaande kaarten van derden te verbeteren, inclusief kaarten van vaste objecten en topologie of om bewegende kaarten te animeren.
Schermen op maat kunnen worden gemaakt voor individuele gebruikssituaties waarbij gegevens voor een operationeel volume met een straal van 30 km gebruikelijk zijn. Lokale ATOM die zijn geïnstalleerd voor een specifieke UAV-operatie worden aangevuld met gegevens van alle ATOM en boordapparatuur binnen een overeengekomen gegevensverzamelingsvolume.
De gegevens worden gearchiveerd voor analyse na de missie en tonen alle gedetecteerde vliegtuigen die dichtbij kwamen en hoe de UAV en de andere vliegtuigen reageerden.
Heatmaps van operationele volumes, en daarbuiten, kunnen gemakkelijk worden geproduceerd om ook bewijs te leveren voor Strategische Matiging of om een gebied terug te brengen naar een lagere risicocategorie dan oorspronkelijk gedefinieerd.
Dit kan in 4 dimensies over alle EC en op vooraf bepaalde lage niveaus. De volgende schermafbeelding toont bijvoorbeeld het overzicht van de afgelopen 3 maanden van alle vliegtuigen die onder 500 voet hoogte zijn gedetecteerd in de Solent-regio van het VK.
De GA vliegvelden bij Sandown, Bembridge en Lee on Solent en gebieden met een lagere dichtheid zijn duidelijk te zien. Dit is een combinatie van alle doorgegeven EC inclusief deltavliegers en paragliders.
GA-vliegtuigen dienen over het algemeen geen vluchtplannen in in het ongecontroleerde luchtruim, maar als je anekdotische gegevens hebt over waar de meerderheid van de vluchten samenkomen in tijd en ruimte, kan dat helpen bij je routeplanning. Als alternatief kunnen gebieden met een lage vluchtdichtheid gemakkelijk worden gezien als bewijs voor Strategische Mitigatie op verschillende hoogten en tijdstippen van de dag.
De PilotAware-technologie is uiterst innovatief en maakt gebruik van alle technologische genres om het best mogelijke Operationele Situatiebewustzijn te bieden.
We hebben een kleinere geïntegreerde versie van Rosetta (DX) ontwikkeld en getest die slechts 90 gram weegt en alle functionaliteit van het eerder beschreven GA Rosetta-apparaat heeft. Rosetta DX zal in 2023 commercieel beschikbaar zijn.
Binnen de Rosetta (DX) roadmap is de opname van een Mobile Tx/RX module om iGrid functionaliteit mogelijk te maken voor twee-weg situational awareness voor die UAVs die nog niet mobiel uitgerust zijn. Alle PilotAware technologie is achterwaarts compatibel.
In 2022 heeft PilotAware het EASA ondersteund bij de ontwikkeling van de standaardberichtenset die is gedefinieerd in
Technischespecificatie voor ADS-L-transmissies met gebruikmaking van de SRD860-frequentieband (ADS-L 4 SRD860) AANVAARDBAAR METHODEN, TECHNIEKEN EN PRAKTIJKEN VOOR HET UITVOEREN VAN ADS-L-transmissies OP DE SRD860-fREQUENTIEBAND ALS BEDOELD IN HET KADER VAN AMC1 SERA.6005(c) PUNT (a)(3)(i)
Dit is de voorgestelde standaardberichtenset voor
SERA.6005 Eisen voor communicatie, SSR-transponders en elektronische zichtbaarheid in het U-ruimtegebiedwaarbij, Bemande luchtvaartuigen die actief zijn in een luchtruim dat door de bevoegde autoriteit is aangeduid als U-ruimtegebied en dat niet is voorzien van een luchtverkeersleidingsdienst door de verlener van luchtvaartnavigatiediensten, moeten zichzelf voortdurend elektronisch zichtbaar maken voor de verleners van U-ruimtediensten.
Het doel is dat bemande luchtvaartuigen voortdurend positie-informatie verstrekken aan USSP's, zodat UAS-exploitanten deze informatie kunnen gebruiken om botsingsgevaar uit te sluiten tussen bemande luchtvaartuigen en UAS die gezamenlijk opereren binnen het luchtruim van U-space.
EASA heeft vervolgens via NPA 2021-14 het ontwerp voor aanvaardbare methoden van goedkeuring (Acceptable Means of Compliance - AMC) en begeleidend materiaal (Guidance Material - GM) voor U-space-regelgeving gepubliceerd. Een van de voorgestelde technische middelen om te voldoen aan de nieuwe SERA-eis is de verzending van de positie van luchtvaartuigen door apparaten/systemen die gebruikmaken van de SRD-860-frequentieband. De ontwerpspecificatie AMC1 SERA.6005(c) beschrijft verdere technische details van deze transmissies om U-space Service Providers (USSP's) in staat te stellen de verzonden informatie te ontvangen en te verwerken in overeenstemming met U-space voorschriften.
Een bijkomende doelstelling van het ontwerp van technische specificatie is het verbeteren van de lucht-lucht interoperabiliteit van bestaande verkeersinformatiesystemen die uitzenden op de SRD-860 frequentieband. PilotAware zendt uit op de SRD-860-band (869,525).
PilotAware ltd staat volledig achter deze aanpak van het EASA en zal eraan werken om hen te helpen bij de volledige naleving.
In september 2021 demonstreerden PilotAware en de University of Central Lancashire (UCLan) het autonoom vliegen van UAV's, inclusief het waarnemen en vermijden van autonoom vliegende drones met behulp van de locaties van nabijgelegen verkeer geleverd door het PilotAware Netwerk. In deze demonstratie werd aangetoond dat het niet nodig is voor de UAV om alle genres van EC te ontvangen als hun positie. De integratie werd centraal uitgevoerd door PilotAware met aantoonbaar lage latency. Sinds deze demonstratie heeft PilotAware de hoeveelheid en integriteit van het gedetecteerde verkeer verhoogd door de meerdere beschikbare knooppunten met de introductie van Sky GRID en iGRID in 2022.
PilotAware en UCLAN zijn op zoek naar partnerschappen om dit concept verder te ontwikkelen en deze autonome technologie op de markt te brengen.