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Convegno CESMAOperazioni remote con i SAPR

Esperienze passate e vision sul futuro delle  operazioni remote

P. de Matteis

Centro Italiano Ricerche Aerospaziali 

15 Novembre 2018

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SCENARIO DI RIFERIMENTO

SESAR  ATM Master Plan2025– Volume business 13 MLD€

2050 – Sistemi autonomi integrati 

Dichiarazione di Riga 

Evoluzione normativa

I droni nel contesto dell’Aviazione

UE Flightpath 2050 Europe’s Vision for Aviation

SESAR European Drones Outlook Study (2016)

Principi, linee guida e diritti comunitari

SESAR U‐Space Framework

2015 

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SCENARIO DI RIFERIMENTO

European Drones Outlook Study (2016)

Previsioni del mercato dei droni

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SCENARIO DI RIFERIMENTO

European Drones Outlook Study (2016)

Impatto dei droni nel traffico aereo futuro (2050)

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Ampliamento delle capacità di impiego dei droni attraverso: Incremento della persistenza in missione  Incremento dell’autonomia dei sistemi Paradigmi e tecnologie per impiego collaborativo/cooperativo 

e interoperabile

LE SFIDE TECNOLOGICHE 

Nuovi paradigmi, procedure e tecnologie per l’integrazione dei droni in ATM (Detect & Avoid) con di standard di sicurezza ed affidabilità (Safety& Security) non inferiori agli attuali.

Sviluppo paradigma UTM, relative procedure e tecnologie per la gestione dei droni in operazioni in VLL (Detect & Avoid) con adeguati standard di sicurezza e di affidabilità (Safety & Security).  

Data link per Comando, Controllo e Comunicazioni ATC per operazioni oltre il campo di vista (BVLOS) e ad alta persistenza sia in Medium/High Altitude che Very Low Level

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PROGRAMMI R&ST CIRA

PRORA UAV (2002 – 2019)

Studi configurazioni avanzate MALE/HALE

Sviluppi prototipali di sistemi di bordo 

Sviluppi prototipali aerostrutture e propulsione

Sviluppo infrastrutture di terra e di volo (OPA)

Dimostratori per la validazione tecnologica (TRL=4‐6)

Programma MISEElettronica ed Applicativi per UAS (2011‐2016)

Applicativi SW per la gestione autonoma di missioni

Facility di laboratorio per la simulazione integrata Man and HW in the Loop di MALE in ambiente commerciale

Programmi Europei  

Applicativi SW  per Sense & Avoid (MIDCAS ‐2009‐2015)

Procedure per la gestione della separazione in traffico aereo di RPAS (RAID, 2016)

Validazione in volo fino a TRL = 6 

Accordi di collaborazione con istituzioni nazionali (SMA, ENAC, ENAV), industrie e enti di ricerca

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Sviluppo tecnologico e sperimentale guidato da ConOps «nozionali» riferibili ascenari operativi reali, a step incrementali di complessità operativa eintegrazione di sistema.

Focalizzazione su dimostratori tecnologici di terra e di volo quali piattaforme diintegrazione prototipale, sperimentazione e validazione fino a TRL=6.

Utilizzo di sistemi di simulazione HW‐in‐the‐Loop quali strumenti di test a terra«real time» di scenari operativi

Utilizzo di piattaforme di volo «Optionally Piloted» (paradigma OPA) qualistrumenti di prova a «basso rischio» e «basso costo».

APPROCCIO R&ST

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SVILUPPI R&ST ‐ GESTIONE MISSIONE

Tecnologie disponibili 

• Remote Piloting• DAA ‐ Detect &  Avoid• GNSS Automatic Take‐Off and  Landing• Gestione automatica del piano di volo • Decision Making Support• Failure Detection and Management • Weather Awareness• RLOS Data Link • Radiomodem basati sul paradigma Software‐

Defined‐Radio (SDR) e tecnologia riconfigurabile (FPGA)

• Pianificatore di missione pre‐volo con verifica dei vincoli di fuel consumption, no‐fly zones, copertura data‐link, indice di NIIRS

• Detection per attacchi di tipo spoofing

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• ASACAS 0.0 – Prototipo di un Sistemadi Autonomous Traffic CollisionAvoidance basato su un radar a scanmeccanico (Validato in volo nel 2008).Integrazione di algoritmi di sensorfusion in un sistema DAA multisensoreRADAR/EO/IF (Validato in volo nel2010)

• ASACAS 2.0 – Prototipo di un Sistemadi ausililo alla separazione e collisionavoidance in volo basato su sensoriADS-B (MISE 2015, Validato in volonel 2016 in ambito RAID)

SVILUPPI R&ST ‐ DETECT & AVOID

• ADAPT 0.0 – Prototipo di un SistemaDAA basato sulla integrazione disensori cooperativi e non cooperativicon prestazioni superiori a RTCA-DO-365 (MOPS DAA) e gestione diretta deivincoli di geo-fencing, terreno, areemeteo pericolose, no-fly zones(Validato a terra nel 2017)

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SVILUPPI R&ST ‐ SECURITY

GPS Spoofing simulation

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Simulazione real‐time man and hw in the loop:• Simulatore di scenario• Simulatori di velivoli manned (classe General Aviation) e RPAS• Postazioni Pseudo‐Pilot (per la gestione di scenari di traffico e da una postazione 

controllore ATC. • Integrazione con simulatori dislocati geograficamente rispetto al sito CIRA• Simulatore flotte di mini e micro droni

SIMULATION FACILITY ISF

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GA Avionic Cockpit

RPAS Avionic Cockpit

ATCO Controller Working Position

Pseudo Pilot WS

SIMULATION FACILITY ISF

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INFRASTRUTTURA DI VOLO

Velivolo sperimentale FLARE ‐ Primo ed unico OPA italiano ad ala fissa (PRORA FTB4UAS) con Permit to Fly ENAC (NAV 32E ‐ Scopi di Ricerca), Insignito del premio “Roma Drone Award 2017”, ed Aeronavigabilità Continua

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INFRASTRUTTURA DI VOLO

Sperimentazione in VoloInfrastruttura di terra ‐ Ground Control Station ed Hangar

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SPERIMENTAZIONE IN VOLO

Flight Test Area con decollo/atterraggio da Aeroporto di Capua (CE)

Campagna di volo RAID (2016)

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VISION SUL FUTURO

Sviluppo tecnologico e dimostrazione sperimentale coerente con la roadmapeuropea per l'integrazione dei droni in ATM e UTM

Networking nazionale di infrastrutture per la sperimentazione a terra e in volo a supporto della filiera nazionale

Infrastruttura CIRA

Test range Grottaglie

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VISION SUL FUTURO

Superamento delle attuali limitazioni operative attraverso:

nuovi paradigmi di uso cooperativo/collaborativo e interoperabilità dei sistemi 

Capacità di gestione in remoto (oltre il campo di vista) della missione, anche attraverso link terrestri

incremento del livello di autonomia: NATO Liv.3 Autonomous non Learning (medio periodo) e Liv. 4 Autonomous Learning (lungo periodo)

Sviluppo di nuovi concetti di impiego dei droni basati sulla «messa a sistema» di sistemi eterogenei interoperabili a vari livelli di autonomia operativa (integrazione droni medio‐grandi e mini e micro)

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CONCETTI OPERATIVI

Integrazione di droni di classe «certified» (MALE > 150 kg) in ATMin spazi aerei controllati e non controllati

Funzionalità necessarie

Multi‐Threat Detect and Avoid (cooperative and non cooperative) Autonomous Mission Management, in operazioni nominali e contingenti Datalink Beyond Radio Line‐of‐Sight basati su relay satellitare

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CONCETTI OPERATIVI

Tecnologie abilitanti Sensor Fusion per il tracking di ostacoli fissi e mobili Decision Making nelle funzioni di Remain Well Clear e Collision Avoidance Generazione in linea del piano di volo e della traiettoria compatibile con i vincoli di

percorso e lo stato di salute del RPAS Sensori e rilevazione in linea di aree meteo pericolose Tecniche orientate all’aumento della communication security, della continuità e della

qualità del servizio Ri‐configurazione on‐line del sistema di comunicazione

Integrazione di droni di classe «certified» (MALE > 150 kg) in ATMin spazi aerei controllati e non controllati

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CONCETTI OPERATIVI

Funzionalità necesarie

Registrazione, identificazione, geo‐fencing peroperazioni “on demand”

Funzionalità automatiche a bordo e interfacceprocedurali con ATM per applicazioni di routine in areenon urbane

Funzionalità a bordo per la gestione autonoma dellamissione e la gestione automatica del traffic peroperazioni di routine in aree ad elevate densità

Integrazione di droni di classe Mini & Micro  (< 150 Kg) nello spazio aereo attualmente definito Very Low Level (< 500 ft)

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CONCETTI OPERATIVI

Tecnologie abilitanti

Geo‐posizionamento, integrità, edaffidabilità

Comunicazione sicura terra‐bordo

Sistemi di comunicazione BVLOS basatisu rete terrestre (es. rete fonia mobile)

Algoritmi e sensori di Multi‐ThreatDetect and Avoid per piccoli droni

Autonomia di missione e gestione delleemergenze

Sistemi per l’integrazione con ATM.

Integrazione di droni di classe Mini & Micro  (< 150 Kg) nello spazio aereo attualmente definito Very Low Level (< 500 ft)

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CONCETTI OPERATIVI

Sistemi cooperativi e interoperabili

Missioni basate su flotte di mini/micro UAV e/o eterogenee a livelli di autonomia e interoperabilità crescenti

Approacci cooperative di tipo bio‐inspired – swarm Coordinamento di tipo competitivo e un protocollo di 

negoziazione

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Navigation Phase Mission Phase End‐mission Phase

Mission Control Center

MISSION

Drones swarm

Pre‐mission Phase Navigation Phase

Concetto multi‐missione multi‐sistema

SCENARI EVOLUTIVI

Architettura di missione

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A. Rispoli (a.rispoli@cira.it), V. Saracino (v.saracino@cira.it)Aeronautica – Integrazione Tecnologie e Dimostratori

U. Ciniglio(u.ciniglio@cira.it), F. Corraro (f.corraro@cira.it)Sistemi di Bordo per l’ATM

A. Vozella (a.vozella@cira.it), G. Gigante (g.gigante@cira.it)Affidabilità e Sicurezza

F. Fusco (f.fusco@cira.it) Elettronica e Comunicazioni

CONTRIBUITI