1104 MHz频率UAT2 ADS-B前景展望

2023-08-07 0

1104 MHz频率UAT2 ADS-B前景展望

(摘自NASA报告:UAM的可靠安全通信导航监视方案)


如图所示为NASA给出的针对城市空中交通系统UAM通信导航和监视的技术框架图

城市空中机动系统.jpg

上述技术框架图中UAT2的使用范围和功能:

监视Surv,空管ATC,航空器空中感知U2U

描述:

频率在1104Mhz上的UAT2UAM的运行提供了解决多种需求的契机,为UAT2可提供以下功能:
    (1)可寻址数据上行链路通信
    (2)向其他航空器发送监控的(状态矢量)广播信息
    (3)支持UAM运行的航空器健康状况信息,这个适配方案的目的是符合当前的RTCA DO-282 UAT调制方案和前向纠错(FEC)格式

1. 空中还是地面部署?装在飞行器上?
这两种情况都可以,需要在城市空中交通(UAM)飞行器上装置UAT2 ADS-B发射和接收设备(ADS-B“Out”和“In”)。同时还需要UAT2地面站来传输/接收UAT2信息。所需的地面站数量将根据服务范围和所需接收概率而定。
2. 尺寸
通用航空的一块航空电子设备,可以将其迷你化为一个单板计算机和天线。
3. 重量(装置本身的重量,请明确是否包括处理器或传感器)
约小于两磅。
4. 电源
可能低于15瓦。
5. 频段和/或频率,范围,是否专用于航空?是否需要许可证?对障碍物和BVLOS的处理
专用于航空的频率为1104MHz,带和调制方案与978MHz UAT相同。
在适当的条件下,传输距离可以达到60英里,并受大气屈光的影响。
6. 成本
价格范围为1,500-6,000美元,但可能需要两个装置以满足调度要求。
7. 使用案例评估
在低流量情况下的目视飞行条件(正常情况),以及在低流量情况下的仪表飞行条件:在低流量情况下可使用。
在高流量情况下的目视飞行和仪表飞行,比如大型体育赛事:UAT2能够在高流量情况下提供服务,不同于1090MHz的ADS-B。空中交通管制可以通过地理位置和频率来筛选非受控流量,以减少显示混乱。
在低和高流量情况下的夜间运行:夜间大气承载力有时会更大,但与此之外,请参考前面所述关于高流量情况的说明
在目视飞行条件和仪表飞行条件下,风速较高,无论流量水平是低还是高:不受天气和风速的影响;请参考前面所述关于高流量情况的说明
在目视飞行条件、仪表飞行条件、高风速和/或高流量情况下发生机上紧急情况:如果机载ADS-B能够在紧急情况下选择适当的代码,则非常有用。
VMC、IMC、大风和/或高交通水平下的城市紧急情况:UAT2能够处理大规模紧急情况,并可配置为发送整个机队的警报。
恶意操作人员:如果未被禁用,ADS-B可以用来追踪已知操作员。
鸟类事件:鸟撞可能会导致天线失效,但除此之外不造成影响
VMC、IMC、高流量、大风和紧急情况下的非合作交通:ADS-B在任何天气条件下都无法有效地检测非合作交通。
8. 相对于其他提供相同功能的技术的优势
该技术具有商业可用性。
解决了多种频谱需求。
作为一项新技术,可以在传输过程的空闲毫秒中设计天气等状态信息,例如备选路线。
9. 相对于其他提供相同功能的技术的劣势

设备成本较高。

可能需要冗余设备。

10. 精度
NICNAC值是导航设备输出的精确度指标,但在这个评估中并不是一个决定性因素。
11. FAA接受程度
需要制定适用于UAT2的MOPS(Minimum Operational Performance Standards)标准;安装指南和测试标准已经可用。
12. 网络安全性和隐私
加密将被设计入MOPS标准中。
13. 成熟度时间:在哪个UML级别使用?
UML-3-6级别。
MOPS标准目前尚不可用。
14. 地面架构
对于配备适当的交通信息显示设备的飞行器,无论是否进行地面转发,机载之间的ADS-B数据传输都可以正常工作。由于天线的放置位置,可能会出现盲点。
通过UAT进行的ADS-B Out可以按间歇性传输,用于机载之间的合作追踪。FAA不公开UAT地面天线的位置信息,但它们可能与接收1090MHz信号的二次监视雷达(SSR)共位。来自1090MHz和UAT频率的ADS-B信息通过地面网络转发到UAT转播发射器,向范围内的飞行器广播交通信息。
15. 参考资料
RTCA DO-282B文件可以从RTCA公司购得。地址:1150 18th Street NW, Suite 910, Washington, DC, 20036。网址:www.rtca.org
16. 其他说明
UAT的1秒帧被分为同步的地面上行段和非同步的ADS-B消息广播段,如DO-282B图1所示。UAT的1秒帧包括同步的地面上行段和非同步的ADS-B消息广播段。地面上行段提供了32个4000比特的消息开始机会(MSO槽),目前正在用于向装备有ADS-B "In"设备的飞机上传播飞行信息服务(FIS-B)(例如天气雷达、高空风、暂时性飞行限制区等)。ADS-B段每秒进行一次伪随机广播,从3200个MSO中选择一个槽来输出飞机的状态向量(SV)信息(24位标识、位置、速度、高度等),以及其他飞机信息(例如发射器类别、TCAS能力等),这些信息可以在每一秒的消息广播中出现,或者根据情况而定(例如每第N个消息或静态参数状态发生变化时,如起落架的放下或收起)。伪随机的MSO槽选择用于提高消息接收的概率(即减少其他飞机扰乱广播的可能性)。
2019年12月31日,美国联邦航空局(FAA)发布了一份关于基于性能的无人机远程识别的公共规则制定通知(NPRM)(联邦登记文献参考号84 FR 72438,FAA文件编号:FAA-2019-1100-参见参考文献),该通知提议禁止无人机使用应答机或ADS-B设备,基本上是为了防止由未来预期的无人机运行所导致的频率拥堵。这个禁令预计也适用于城市空中交通(UAM)飞行器。
第二个UAT频率提案-鉴于上述NPRM宣布的禁令以及美国联邦航空局(FAA)频谱办公室对1104 MHz第二个UAT频率的提案(称为UAT2),为城市空中交通(UAM)飞行器解决了多个需求。这个第二个UAT频率(UAT2)可以提供:(1)可寻址的数据上行通信;(2)向其他飞行器广播(状态向量)信息;以及(3)飞行器健康信息以支持UAM运行。这个适配方案旨在符合现行的RTCA DO-282 UAT调制方案和前向纠错(FEC)格式。
可寻址数据上行-建议重新构建当前的UAT地面上行段,以支持UAM飞行器可寻址的上行消息。目前,这个地面上行段用于FIS-B天气信息,通过将MSO槽(例如槽11、12、13)与特定的地面站进行匹配,以防止与相邻地面站的上行广播频率干扰。如果UAM配备有飞行员,那么发送给特定飞行器的上行消息可能是“前往备用垂直起降点”,但在自主模式下,没有人接收文本消息,所以上行消息可能只是简单的“EX(执行)41”。这个提案的重要方面在于,可以通过ADS-B消息广播格式对上行消息进行“闭环”确认。这些可寻址的上行消息将通“私有”加密进行传输,以提供专有的安全性给城市空中交通运营中心(UOC)。
状态向量(SV)消息 - 状态向量消息的格式与978 MHz UAT消息相同。飞行器的识别、位置、速度和高度信息将采用“公共”加密格式,以允许其他UAM飞行器接收/分享SV位置报告,以支持监视监测。然而,为了得到一个完整的画面,机载监视器可能需要接收民用ADS-B和远程ID输入,以形成完整的监视画面。
健康监测消息 - 第二个UAT消息格式的最佳应用是输出对UOC操作员重要的UAM飞行器健康信息,例如:

- 风扇X号电流过高。

- 风扇X号转速过低。

- 电池温度过高,等等。

这些消息(以及其他对安全UAM运行重要的消息)将使用“私有”加密格式传输给特定的UOC操作员;此外,ADS-B段可以用于向UOC提供下行消息,以确认接收到可寻址上行(地面段)消息(例如,“EX 41已确认”)。
标准发展 - UAT2的大部分MOPS开发可以直接使用RTCA DO-282的MOPS,只需将中心频率从978 MHz改为1104 MHz即可。调制、前向纠错、频率带宽仍然适用。UAT2可以提供与UAT相同的SV消息(并且使用UAT2 ADS-B“in”将作为飞行器上的UAM监视处理器的一个输入)。在ADS-B段中可以开发标准化的UAM健康信息,或者可以根据OEM的规范进行开发。主要的工作将是定义如何重新组织上行段,以提供可寻址的上行消息,以及地面站如何格式化、排序和广播这些消息。预计这个工作需要18到24个月的时间来完成。同时也需要时间来确定上行消息的接收概率,并进行地面站的部署调查计划。
要点 - 在受保护的频谱频率(1104 MHz)上建立第二个UAT(UAT2)功能,有能力解决城市空中交通(UAM)运行的三个关键问题:通信、来自SV消息的整体监视画面的一部分(通过民用ADS-B“In”的接收能力增强),以及向飞行器的城市运营中心(UOC)提供飞行器健康监测。
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