无人机系统(UAS)要实现其商业上的全部潜力，必须具备在操作员的视线(BVLOS)之外进行任务的能力。这种能力将为无人机公司开辟全新的世界，特别是在石油和天然气、公用事业和应急响应等行业。
然而在 BVLOS 成为常态之前还有很多工作要做。在美国，无论无人机是在操作员的视线范围内还是在范围之外飞行，都必须安全地集成到国家空域系统(NAS)，这样才可以在不给载人飞机制造更大风险的情况下运行，这正是无人机交通管理(UTM)技术的切入点。
NASA、无人机制造商和 FAA 指定的测试场正致力于开发 UTM 技术，以确保低海拔 UAS 操作的安全集成。未来的系统有助于解决任务计划和飞行的冲突，可以发送通知提醒飞行员注意任何问题，比如入侵或系统在飞行中离开指定区域。
Inside Unmanned Systems 最近与东北部无人机空域整合研究联盟，北部平原无人机试验场，德州农工大学科珀斯克里斯蒂分校的 Lone Star 无人系统创新中心(LSUASC)进行了对话，了解在技术方面和商业无人机行业的进展。对于所有参与其中的人来说，都在朝着共同的目标努力，那就是将 UAS 安全集成到包括 BVLOS 飞行在内的国家空域。
纽约的无人机飞行走廊
去年 9 月，NUAIR 联盟启动了 50 英里长的无人机飞行走廊的第 1 阶段。NUAIR 执行主任 Larry Brinker 说，这条走廊能够提供空间，让无人机开发商和制造商可以通过地面雷达安全地测试 BVLOS 的操作。这是 NUAIR 和 NASA 共同努力合作的结果，标志着在格里菲斯国际机场创建了 NUSTAR UAS 测试设备。
这条走廊的前 5 英里已经开始运营，将在 2018 年开始建设完整的传感器网络，下一阶段预计在今年底完成。美国出资 3000 万美元支持扩建项目，目前正在挑选合作伙伴，以帮助扩建走廊。
上图来自正式的走廊演示，看到环绕格里菲斯国际机场的路线，以及用来探测和跟踪两架飞机的地面传感器和雷达，其中一个是载人的，另一个不是。空中交通管理人员能够保持系统之间的安全距离，展示技术能做什么，以及不同的传感器和系统是如何测试的。
Brinker 说，「所有测试的本质都是面向公众的。在公众接受无人机系统安全有效的操作之前，达美乐不能用无人机送披萨，亚马逊也不能用它来投递包裹，我们有测试场来证明这项技术是安全的。」
新 NUAIR 首席执行官 Marke (Hoot) Gibson 说，这条走廊位于相对较偏远的地区，测试更安全，更容易完成。它为飞行提供了更多的机会，能在那里展开的飞行越多，就能学到更多的东西。通过这条走廊，他不仅希望测试雷达，还希望能看到远程识别系统，例如像 ADS-B 这样的应答器，以及混合的探测和规避技术，包括地面和机载系统。
Gibson 说，走廊是基本的第一步，与有人驾驶的飞机隔离开来，对地面产生最小影响，开发可靠的数据，了解如何将基于地面的感知和避免，以及解决方案集中的所有碎片集成在一起。最终希望与载人飞机完全集成，满足传统航空的空域要求。
Brinker 说，进一步推动无人机系统技术及其操作参数一直是这些系统的经济潜力，而飞行 BVLOS 的能力是实现这一潜力的重要因素。
Gibson 说，推进 UTM 技术对安全地实现 BVLOS 至关重要，而且要达到这一目标，需要具备传统航空背景的人之间的协作，这些人知道安全要求，以及正在开发各种软件和技术的工程师。他指出，有一些公司，比如 BNSF 铁路公司，已经在执行 BVLOS 的任务。常规的 BVLOS 飞行可能会从公用事业开始，然后是公共场所，这意味着政府实体在五年内将会持续增长。
北达科他的测试
执行董事 Nick Flom 说，起初是由于客户的需要，开始在北部平原无人飞机系统测试基地 BVLOS 测试。通用原子公司正在寻找空域，培训飞行员驾驶它的「捕食者」无人机，而大天空乌斯商业公园则是通过与大福克斯空军基地加强使用租赁协议实现，看起来非常合适。唯一的挑战是他们没有批准飞行 BVLOS。
Flom 在大约两年前开始通过联邦航空局的批准。这是一个缓慢的过程，部分原因是联邦航空局没有可重复的过程来审查和批准请求。「每一步都是开创性的，能看到其他空中交通的能力是限制因素之一，以及为什么我们今天不能飞行 BVLOS。」
对于 BVLOS 飞行来说，测试场有一个雷达馈送，Flom 说这与空中交通管制的用途很相似。在雷达显示屏后面有个观察员，而不是控制所有的飞机在这个空域，他们专注于 UAS 并确保它与其他飞机正确地分离。观察员与飞行员进行沟通，以确保 UAS 避免在该区域内的其他飞机，包括那些没有应答器的飞机，以及在 UTM 系统中没有计划飞行的人员。
研究人员可以访问 DOD 雷达馈源 DASR-11，这是通过增强使用租赁协议进行的。FAA 去年 12 月批准了飞行，但他们不得不等到几个月前才开始测试雷达数据。
Flom 说，在测试的第一阶段，团队的任务是分析无人机飞行的空域。他们想知道的是现在需要飞行的载人飞机是否能看到雷达所没有的任何东西，同时也在驾驶无人机，在 UAS 必须避免的空域中增加了冲突。在下一阶段，无人驾驶飞机将不需要追逐飞机，Flom 希望年底前能进入这个阶段。
他说，「当我们把这些东西放在一起的时候，我不仅想到了通用原子和捕食者飞机。我们是一个试验场，我正在努力使该行业能够找到我们。我们有一个不特定于飞机的作战概念，它实际上是飞机不可知的。飞机需要满足一些性能要求，但如果另一个公司想在我们的现场进行飞行，我们可以使用相同的作战概念，并与联邦航空局合作，将它们混合起来。」
这可能包括为了满足联邦航空局的雷达要求而设计的测试机载设备。他们可以将其基于地面的解决方案作为主要手段，将飞机作为非认证的机载解决方案进行测试。
Flom 还阅读了 Facebook 计划使用无人机进行网络连接的计划，这将意味着在一段时间内将无人机的续航时间提高 6 个月。他说，基于地面的雷达解决方案将是完美的，消除了飞机携带机载雷达的需要，只在起飞和着陆时使用。这些都不是以前做过的，让它成为行业中令人兴奋和充满挑战的时刻。但是还有很多东西需要学习，还有很多工作要做。
Flom 不认为有一种解决方案能完全支持 BVLOS。基于地面的解决方案可能适用于美国某些地区，那里已经有了现有的基础设施，比如正在使用的雷达类型。但是它只有 60 海里的服务容量，所以可以使用这个地面雷达。如果想飞得更远，先用地面，然后使用空气传播的解决方案来填补这些空白。
北达科他州的测试场也与 NASA 合作开发了 UTM 技术，并且是在夏季进行的国家测试的一部分。测试着眼于测绘、传感和雷达技术的功能，而无人机则执行不同类型的任务。
德州测试
LSUASC 的执行董事 Jerry Hendrix 说，从 2015 年开始，德州测试场就与 NASA 合作测试了 UTM 技术，先是模拟，再转向实际飞行。早期测试的重点是确保该系统向飞行员发出有关该空域的适当通知，比如当他们飞到授权区域外时提醒他们。然后他们开始进行更复杂的测试，包括刚刚提到的多态测试，包括北达科塔等其他五个测试地点。
NASA 的 UTM 的开发将在四个阶段完成，每个技术能力水平(TCL) 增加了更多的复杂性。整个夏天完成的测试都是 TCL2 的一部分。
去年 6 月份为期三周的活动重点是在人口稀少的地区上空飞行小型无人机。LSUASC 完成了几次成功的飞行，飞行机器人 AR 180 飞行了 MESA-DAA 机载传感器，避免了为 BVLOS 飞行而设计的 Echodyne 雷达。
Hendrix 描述了测试，通过 UTM 发出的通知说某地区有一艘遇险的船，飞机在 UTM 结构下共同工作，以帮助找到遇难的船只。还有个场景是找失踪的孩子，有一个人扮演角色，并指示他们继续运动，飞机成功地将孩子定位了五次。
所有的测试地点都操作了他们的任务，再反馈给 NASA 的中央资料库。没有有从地面控制站发送通知，而是在测试范围内处理中心位置，就在运营商和 UTM 之间建立了一层控制，以便他们只接收他们需要采取行动的通知。
在另一项测试中，无人机必须对侵入者的飞机做出反应，地面控制系统发出的通讯称，他们必须调整飞行计划。此外还模拟了一项灾难调查任务，飞机收到通知，对某一区域的损害进行检查，这正是该团队在哈维飓风之后的重建工作中所做的。
Hendrix 说，下一个级别的任务 TCL3 将更加复杂，引入主动传感器。在上次测试中，研究人员确实在其中一架飞机上安装了一个主动雷达，这使得该无人机能够准确地探测该区域，并且是它识别入侵者的方式之一，但下一组测试将更加详细。他们将在15 种不同的情况下完成机载雷达与地面指挥和控制结构的完全整合。最近完成了第一个测试计划的初稿，预计 2018 年开始飞行。
该测试点还与 NASA 合作，以充实 UTM 服务供应商或 USS 的需求。这种方法使操作人员能够与特定于其用例的系统进行接口，例如交付和灾难响应。这个模型将插入 NASA 的 UTM 系统。
在 BVLOS 操作中有各种各样的风险，撞机是其中之一。UTM 系统是为避免此类事故而设计的，它将帮助运营商更安全地执行 BVLOS 任务，无论飞机飞到哪里，无论飞多远，这都是至关重要的能力。
怎么做才能允许使用 BVLOS？降低风险，拥有安全的操作，安全程度必须等同于目前载人飞行的安全水平。
为 BVLOS 做准备
BVLOS 无人机的飞行可能要经过几年的时间才能成为常规，但测试场正在尽其所能推动这一进程。
NASA 的 UTM 技术必须在 BVLOS 完全启用之前完成所有四个阶段的开发。Flom 说，除此之外，直到 2020 年，检测和避免需求才会到位，而这一标准对于制造商来说是必要的，「这是一个陷阱，我们并不一定拥有技术，也没有完全开发的标准让公司能够开发自己的技术」。
这些测试场将继续与 NASA 和其他合作伙伴合作，以推进必要的技术，最终达到这样一个世界：在那里飞行无人机 BVLOS 用于管道检查、铁路勘测以及甚至交付都是常态。
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