自主飞行：为什么C2链路很重要
Xwing最近展示了自主飞行系统Superpilot™️的灵活性，作为美国空军AGILE FLAG演习的一部分。Xwing的自主性方法是实现无人作战的直接途径，这在某种程度上预示着飞机可以自主飞行，自动处理故障和突发事件，并在地面控制站的人工监督下安全达成目标。尽管飞机不需要人类来操作或达成目标，但指挥和控制（C2）链路提供了显著的操作灵活性和来自人类操作员的重要数据。随着Xwing继续开发这种两用技术，通信管理系统（CMS）中的多个链接将成为FAA对商业运营的无人驾驶飞机系统（UAS）认证的一部分。
如果你不从事航空业，你可能不知道飞行员为了让你安全抵达目的地所做的一切。飞行员的职责远不止驾驶飞机。有了先进的无人驾驶仪，飞行行为变得更自动化。但挑战在于解决所有飞行员的责任，而不单单是飞行。在设计一个不包括驾驶舱飞行员的系统时，全面解决所有这些责任至关重要。
飞行员负责的不单单是他们指挥的每次安全飞行和着陆。飞行员的工作早在飞行前就开始了，从阅读飞行计划和天气预报到确保所有货物和乘客都安全装载。起飞前，飞行员通过飞行前检查确保飞机已做好飞行准备。然后，和空中交通管制（ATC）沟通滑行和获得起飞许可的指示。
一旦在空中，飞行员可以手动驾驶飞机或使用无人驾驶仪。在整个飞行过程中，飞行员负责与空中交通管制部门沟通，并在必要时调整飞行计划。假如慢慢的出现问题，飞行员将在有或没有自动化系统的帮助下执行紧急程序。进场后，飞行员会和其他飞行员和空中交通管制人员交谈，协调着陆并接收滑行和登机口指令。一旦停止，飞行员将关掉发动机，检查一切是否正常运行，并记录飞行情况。
Xwing的Superpilot是一个“人类在线”系统。这在某种程度上预示着无人驾驶飞机可以独立滑行、起飞、降落，并对动态飞行条件做出一定的反应。然而，位于任务控制中心（MCC）的远程监督员正在监控飞行。监督员代表无人驾驶飞机与空中交通管制、地勤人员和其他飞机做沟通，并根据自身的需求向飞行中的无人驾驶飞机提供指示。
Xwing的系统不是为遥控飞机（RPA）设计的，因为远程监督员不能直接操纵飞行控制，即它们没有操纵杆和方向舵。机载自主系统提供了传统无人驾驶仪的所有功能，例如稳定、轨迹跟踪与发动机管理。此外，它还引入了新的功能，如危险规避、任务重新规划、应急响应以及使飞机安全地从A点到达B点所需的其他功能。
为此，MCC通过数字数据链路与无人驾驶飞机进行通信，用于指挥和控制。系统使用几种类型的数据链路，但主要是空对地和卫星通信（SATCOM）链路。
卫星通信链路对于远距离超视距（BVLOS）操作特别有用。当与感知系统和基于视觉的传感器结合使用时，卫星通信使飞机能够在以前未经调查、运行受限或严峻的环境中自主运行。在敏捷作战概念中，在从未访问过的地点自主着陆的能力对于任务的有效性至关重要。
Xwing参加了空军的AGILE FLAG 24-1。演习于2024年1月22日至2月4日举行，汇集了加利福尼亚州各地军事基地和公共机场的空战司令部（ACC）和空中机动司令部（AMC），重点是敏捷作战部署。
“敏捷作战部署是建立在小规模飞行员小组，从众多偏远或艰苦地点分散作战的想法之上。在太平洋地区，这些地点可能是许多资源有限的小岛。”
在竞争激烈的环境中，通过敏捷的基地和分散的物流，你不能假设地面基础设施会可用，因为它可能没有建造或破坏。此外，任务在大多数情况下要一架无人驾驶飞机在无经验的情况下评估并改道到新的地点。
左：Xwing移动地面控制站准备在萨克拉门托麦克莱伦机场进行演示；右图：Xwing为AGILE FLAG 24-1演习提供的通往军用和公共机场的自主飞行路线
在AGILE FLAG 24-1期间，远程监督员留在Xwing移动MCC的麦克莱伦萨克拉门托机场。在为期一周的演习中，Xwing每天都在执行自主任务，向8个不同的军事基地和民用机场运送关键任务货物，累计超过2800英里的自主飞行里程，包括March空军储备基地、范登堡太空部队基地、萨克拉门托麦克莱伦机场、梅多斯菲尔德机场和弗雷斯诺约塞米蒂国际机场。演习在加利福尼亚州北部和南部进行，要求Xwing与公共和军事空域的其他几架飞机进行整合。
为了确保能够有效地融入共享空域，Xwing采用了一种多网络方法，结合了空对地和卫星通信数据链。空对地数据链路在有可用地面基础设施的地区提供了高吞吐量、低延迟和可靠的连接。卫星通信提供了一个灵活的覆盖区域，在空对地覆盖范围有限时做补充。对于卫星通信，Xwing与Viasat合作。
Xwing使用Viasat的L波段网络对BVLOS自主飞行进行了广泛的测试。在过去的一年里，通过Viasat的网络发送了大量数据，以支持各种网络性能测试、自主飞行测试和演示。
AGILE FLAG自主飞行任务是按需执行的，需要Xwing降落并导航到新的地点。Xwing之前只在八个机场中的两个降落过。本次演习展示了卫星通信在满足ACE机动性要求方面的全球覆盖优势。
为了确保任务的成功，Xwing使用了多种网络/数据链路的组合，以确保足够的指挥控制可靠性。使用RTCA DO-377作为定义功能需求和所需C2链路性能的标准。通信管理系统（CMS）在这些不同的网络上运行，以创建冗余数据路径并扩展运行区域，以提高灵活性。Xwing与Viasat等一流的通信服务提供商合作，建立本地服务水平协议，以满足C2覆盖、可靠性和吞吐量要求。
CMS根据需要处理跨网络的数据路由，监控数据链路状态，并使用经过身份验证的加密算法确保数据传输的完整性。Xwing与通信服务提供商协调，以确保频谱和网络资源可用于无人驾驶飞机的计划路线。
CMS还将处理C2责任从一个远程主管转移到另一个。调动可以在同一MCC内的两名主管之间进行，也可以在分散地点的主管之间进行。
C2数据链路用于将语音通信从远程主管中继到ATC。Xwing无缝集成到国家空域系统（NAS）中，将满足甚高频通信要求。CMS将来自远程监控的数字语音转换为模拟语音，以便VHF传输到ATC和其他飞机，并执行反向转换。
在网络中断、设备故障或长时间中断的情况下，无人驾驶飞机可能会宣布C2链路丢失状态。MCC监控也将通知远程主管。在这种情况下，无人驾驶飞机将根据其失去的C2链路状态计划自主持续导航，该计划可能是继续在计划的路径上飞行或转向次要位置。如果在C2链路丢失状态下需要，远程监督员能够最终靠其他方式联系ATC。
视距（LOS）数据链路需要支持地面基础设施，如天线或网络回程，以提供足够的覆盖范围。在严峻的环境或地形开阔的低空作战中，这一要求可能具有挑战性。LOS数据链路可以为预定路线、拥挤空域或主要机场周围提供较为可靠的低延迟链路。
卫星通信的加入提供了链路多样性，以补充视距链路，从而在网络故障或临时中断的情况下提高可靠性。飞机机动或地形堵塞有几率会使一条数据链路暂时中断，而另一条仍处于活动状态。卫星通信能够给大家提供比视距链路更好的覆盖区域，但可能会增加延迟和运营成本。
最近Xwing展示了自主飞行能力，强调了指挥与控制（C2）环节在提高作战灵活性和确保任务成功方面的至关重要性。虽然Xwing无人驾驶飞机是自给自足的，但冗余和一致的指挥控制链路提供了来自人类操作员的基本数据和背景，从而在整个任务中实现了有效的监督和通信。利用多样化的网络和强调强大的指挥控制链路提高了作战灵活性，有助于将自主飞机安全有效地集成到军事和商业空域。随着继续推进自主飞行技术，C2链路的优化将仍然是努力提供较为可靠和适应能力强的自主技术以支持各种任务要求的基石。
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