無人機系統(tǒng)(UAS)要實現(xiàn)其商業(yè)上的全部潛力，必須具備在操作員的視線(BVLOS)之外進行任務的能力。這種能力將為無人機公司開辟全新的世界，特別是在石油和天然氣、公用事業(yè)和應急響應等行業(yè)。
然而在 BVLOS 成為常態(tài)之前還有很多工作要做。在美國，無論無人機是在操作員的視線范圍內還是在范圍之外飛行，都必須安全地集成到國家空域系統(tǒng)(NAS)，這樣才可以在不給載人飛機制造更大風險的情況下運行，這正是無人機交通管理(UTM)技術的切入點。
NASA、無人機制造商和 FAA 指定的測試場正致力于開發(fā) UTM 技術，以確保低海拔 UAS 操作的安全集成。未來的系統(tǒng)有助于解決任務計劃和飛行的沖突，可以發(fā)送通知提醒飛行員注意任何問題，比如入侵或系統(tǒng)在飛行中離開指定區(qū)域。
Inside Unmanned Systems 最近與東北部無人機空域整合研究聯(lián)盟，北部平原無人機試驗場，德州農工大學科珀斯克里斯蒂分校的 Lone Star 無人系統(tǒng)創(chuàng)新中心(LSUASC)進行了對話，了解在技術方面和商業(yè)無人機行業(yè)的進展。對于所有參與其中的人來說，都在朝著共同的目標努力，那就是將 UAS 安全集成到包括 BVLOS 飛行在內的國家空域。
紐約的無人機飛行走廊
去年 9 月，NUAIR 聯(lián)盟啟動了 50 英里長的無人機飛行走廊的第 1 階段。NUAIR 執(zhí)行主任 Larry Brinker 說，這條走廊能夠提供空間，讓無人機開發(fā)商和制造商可以通過地面雷達安全地測試 BVLOS 的操作。這是 NUAIR 和 NASA 共同努力合作的結果，標志著在格里菲斯國際機場創(chuàng)建了 NUSTAR UAS 測試設備。
這條走廊的前 5 英里已經開始運營，將在 2018 年開始建設完整的傳感器網絡，下一階段預計在今年底完成。美國出資 3000 萬美元支持擴建項目，目前正在挑選合作伙伴，以幫助擴建走廊。
上圖來自正式的走廊演示，看到環(huán)繞格里菲斯國際機場的路線，以及用來探測和跟蹤兩架飛機的地面?zhèn)鞲衅骱屠走_，其中一個是載人的，另一個不是?？罩薪煌ü芾砣藛T能夠保持系統(tǒng)之間的安全距離，展示技術能做什么，以及不同的傳感器和系統(tǒng)是如何測試的。
Brinker 說，「所有測試的本質都是面向公眾的。在公眾接受無人機系統(tǒng)安全有效的操作之前，達美樂不能用無人機送披薩，亞馬遜也不能用它來投遞包裹，我們有測試場來證明這項技術是安全的?！?/span>
新 NUAIR 首席執(zhí)行官 Marke (Hoot) Gibson 說，這條走廊位于相對較偏遠的地區(qū)，測試更安全，更容易完成。它為飛行提供了更多的機會，能在那里展開的飛行越多，就能學到更多的東西。通過這條走廊，他不僅希望測試雷達，還希望能看到遠程識別系統(tǒng)，例如像 ADS-B 這樣的應答器，以及混合的探測和規(guī)避技術，包括地面和機載系統(tǒng)。
Gibson 說，走廊是基本的第一步，與有人駕駛的飛機隔離開來，對地面產生最小影響，開發(fā)可靠的數(shù)據(jù)，了解如何將基于地面的感知和避免，以及解決方案集中的所有碎片集成在一起。最終希望與載人飛機完全集成，滿足傳統(tǒng)航空的空域要求。
Brinker 說，進一步推動無人機系統(tǒng)技術及其操作參數(shù)一直是這些系統(tǒng)的經濟潛力，而飛行 BVLOS 的能力是實現(xiàn)這一潛力的重要因素。
Gibson 說，推進 UTM 技術對安全地實現(xiàn) BVLOS 至關重要，而且要達到這一目標，需要具備傳統(tǒng)航空背景的人之間的協(xié)作，這些人知道安全要求，以及正在開發(fā)各種軟件和技術的工程師。他指出，有一些公司，比如 BNSF 鐵路公司，已經在執(zhí)行 BVLOS 的任務。常規(guī)的 BVLOS 飛行可能會從公用事業(yè)開始，然后是公共場所，這意味著政府實體在五年內將會持續(xù)增長。
北達科他的測試
執(zhí)行董事 Nick Flom 說，起初是由于客戶的需要，開始在北部平原無人飛機系統(tǒng)測試基地 BVLOS 測試。通用原子公司正在尋找空域，培訓飛行員駕駛它的「捕食者」無人機，而大天空烏斯商業(yè)公園則是通過與大?？怂箍哲娀丶訌娛褂米赓U協(xié)議實現(xiàn)，看起來非常合適。唯一的挑戰(zhàn)是他們沒有批準飛行 BVLOS。
Flom 在大約兩年前開始通過聯(lián)邦航空局的批準。這是一個緩慢的過程，部分原因是聯(lián)邦航空局沒有可重復的過程來審查和批準請求?！该恳徊蕉际情_創(chuàng)性的，能看到其他空中交通的能力是限制因素之一，以及為什么我們今天不能飛行 BVLOS。」
對于 BVLOS 飛行來說，測試場有一個雷達饋送，F(xiàn)lom 說這與空中交通管制的用途很相似。在雷達顯示屏后面有個觀察員，而不是控制所有的飛機在這個空域，他們專注于 UAS 并確保它與其他飛機正確地分離。觀察員與飛行員進行溝通，以確保 UAS 避免在該區(qū)域內的其他飛機，包括那些沒有應答器的飛機，以及在 UTM 系統(tǒng)中沒有計劃飛行的人員。
研究人員可以訪問 DOD 雷達饋源 DASR-11，這是通過增強使用租賃協(xié)議進行的。FAA 去年 12 月批準了飛行，但他們不得不等到幾個月前才開始測試雷達數(shù)據(jù)。
Flom 說，在測試的第一階段，團隊的任務是分析無人機飛行的空域。他們想知道的是現(xiàn)在需要飛行的載人飛機是否能看到雷達所沒有的任何東西，同時也在駕駛無人機，在 UAS 必須避免的空域中增加了沖突。在下一階段，無人駕駛飛機將不需要追逐飛機，F(xiàn)lom 希望年底前能進入這個階段。
他說，「當我們把這些東西放在一起的時候，我不僅想到了通用原子和捕食者飛機。我們是一個試驗場，我正在努力使該行業(yè)能夠找到我們。我們有一個不特定于飛機的作戰(zhàn)概念，它實際上是飛機不可知的。飛機需要滿足一些性能要求，但如果另一個公司想在我們的現(xiàn)場進行飛行，我們可以使用相同的作戰(zhàn)概念，并與聯(lián)邦航空局合作，將它們混合起來?！?/span>
這可能包括為了滿足聯(lián)邦航空局的雷達要求而設計的測試機載設備。他們可以將其基于地面的解決方案作為主要手段，將飛機作為非認證的機載解決方案進行測試。
Flom 還閱讀了 Facebook 計劃使用無人機進行網絡連接的計劃，這將意味著在一段時間內將無人機的續(xù)航時間提高 6 個月。他說，基于地面的雷達解決方案將是完美的，消除了飛機攜帶機載雷達的需要，只在起飛和著陸時使用。這些都不是以前做過的，讓它成為行業(yè)中令人興奮和充滿挑戰(zhàn)的時刻。但是還有很多東西需要學習，還有很多工作要做。
Flom 不認為有一種解決方案能完全支持 BVLOS。基于地面的解決方案可能適用于美國某些地區(qū)，那里已經有了現(xiàn)有的基礎設施，比如正在使用的雷達類型。但是它只有 60 海里的服務容量，所以可以使用這個地面雷達。如果想飛得更遠，先用地面，然后使用空氣傳播的解決方案來填補這些空白。
北達科他州的測試場也與 NASA 合作開發(fā)了 UTM 技術，并且是在夏季進行的國家測試的一部分。測試著眼于測繪、傳感和雷達技術的功能，而無人機則執(zhí)行不同類型的任務。
德州測試
LSUASC 的執(zhí)行董事 Jerry Hendrix 說，從 2015 年開始，德州測試場就與 NASA 合作測試了 UTM 技術，先是模擬，再轉向實際飛行。早期測試的重點是確保該系統(tǒng)向飛行員發(fā)出有關該空域的適當通知，比如當他們飛到授權區(qū)域外時提醒他們。然后他們開始進行更復雜的測試，包括剛剛提到的多態(tài)測試，包括北達科塔等其他五個測試地點。
NASA 的 UTM 的開發(fā)將在四個階段完成，每個技術能力水平(TCL) 增加了更多的復雜性。整個夏天完成的測試都是 TCL2 的一部分。
去年 6 月份為期三周的活動重點是在人口稀少的地區(qū)上空飛行小型無人機。LSUASC 完成了幾次成功的飛行，飛行星空機器人 AR 180 飛行了 MESA-DAA 機載傳感器，避免了為 BVLOS 飛行而設計的 Echodyne 雷達。
Hendrix 描述了測試，通過 UTM 發(fā)出的通知說某地區(qū)有一艘遇險的船，飛機在 UTM 結構下共同工作，以幫助找到遇難的船只。還有個場景是找失蹤的孩子，有一個人扮演角色，并指示他們繼續(xù)運動，飛機成功地將孩子定位了五次。
所有的測試地點都操作了他們的任務，再反饋給 NASA 的中央資料庫。沒有有從地面控制站發(fā)送通知，而是在測試范圍內處理中心位置，就在運營商和 UTM 之間建立了一層控制，以便他們只接收他們需要采取行動的通知。
在另一項測試中，無人機必須對侵入者的飛機做出反應，地面控制系統(tǒng)發(fā)出的通訊稱，他們必須調整飛行計劃。此外還模擬了一項災難調查任務，飛機收到通知，對某一區(qū)域的損害進行檢查，這正是該團隊在哈維颶風之后的重建工作中所做的。
Hendrix 說，下一個級別的任務 TCL3 將更加復雜，引入主動傳感器。在上次測試中，研究人員確實在其中一架飛機上安裝了一個主動雷達，這使得該無人機能夠準確地探測該區(qū)域，并且是它識別入侵者的方式之一，但下一組測試將更加詳細。他們將在15 種不同的情況下完成機載雷達與地面指揮和控制結構的完全整合。最近完成了第一個測試計劃的初稿，預計 2018 年開始飛行。
該測試點還與 NASA 合作，以充實 UTM 服務供應商或 USS 的需求。這種方法使操作人員能夠與特定于其用例的系統(tǒng)進行接口，例如交付和災難響應。這個模型將插入 NASA 的 UTM 系統(tǒng)。
在 BVLOS 操作中有各種各樣的風險，撞機是其中之一。UTM 系統(tǒng)是為避免此類事故而設計的，它將幫助運營商更安全地執(zhí)行 BVLOS 任務，無論飛機飛到哪里，無論飛多遠，這都是至關重要的能力。
怎么做才能允許使用 BVLOS？降低風險，擁有安全的操作，安全程度必須等同于目前載人飛行的安全水平。
為 BVLOS 做準備
BVLOS 無人機的飛行可能要經過幾年的時間才能成為常規(guī)，但測試場正在盡其所能推動這一進程。
NASA 的 UTM 技術必須在 BVLOS 完全啟用之前完成所有四個階段的開發(fā)。Flom 說，除此之外，直到 2020 年，檢測和避免需求才會到位，而這一標準對于制造商來說是必要的，「這是一個陷阱，我們并不一定擁有技術，也沒有完全開發(fā)的標準讓公司能夠開發(fā)自己的技術」。
這些測試場將繼續(xù)與 NASA 和其他合作伙伴合作，以推進必要的技術，最終達到這樣一個世界：在那里飛行無人機 BVLOS 用于管道檢查、鐵路勘測以及甚至交付都是常態(tài)。
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