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.

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.

Что такое DAA, и как эта система помогает дронам?