Innovative, civil UAV Control Platform ReLoaded

The content of INCONTROL-RL was already submitted in the 2018 Take-Off Call as an "INCONTROL" offer and is hereby resubmitted after improvements have been made in accordance with the review comments.
Initial situation, problems, and motivation
UAVs are already used for many applications today, but usually with a "human pilot" who has to control the aircraft, and above a certain weight even with strict certificates of competence. In the military sector and in civil applications under certain conditions, UAVs have already been used autonomously for some time, with the devices flying waypoints. As a rule, UAVs used in this way do not require certification comparable to that of civil aircraft in their mission areas. Certification methods and standards for civil use of UAVs with autonomous operation are currently being worked on in the relevant committees of the Airworthiness Authorities (EASA, FAA, etc.), suppliers and OEMs. The state of the art as such already offers numerous technologies from other industrial domains such as the automotive industry that invite UAVs to be made fit for general civil, autonomous applications (e.g. air taxi). In addition, solutions supported by artificial intelligence are being worked on to replace humans at the controls of the UAVs and to be able to operate autonomously in urban areas, for example. This requires relevant research and developments in the field of artificial intelligence in order to map a "digital pilot", as well as an investigation into how such methods can be developed and certified according to the airworthiness standards. Furthermore, an avionics platform is required that reliably enables on-board data communication between the control units, the mission computer and the flight control computer in real time and also includes the corresponding HW / SW modules.
In order to meet the cost pressure, the avionics solution must be investigated and prepared for miniaturization using a highly integrated ASIC.
This market, which is currently developing explosively, represents an enormous opportunity for the project partners. Applications in the institutional market (police, border protection, coast guard, etc.) as well as numerous civil, commercial applications from "smart farming" to "air taxis" predict huge market potential for the next 15 - 20 years. Being a leader in this area as an Austrian consortium is therefore a very lucrative goal with a high degree of realism. All INCONTROL-RL partners are international leaders in their fields: ADS: (subcontractor to TTT, see §5.3): as the second largest aircraft manufacturer in the world, Airbus is currently working on air taxi solutions and wants to make artificial intelligence (AI) certifiable for highly safety-relevant applications and civil use, SEG: autonomous "Vertical Take-Off and Landing" (VTOL) UAVs, TTT: aerospace and automotive back-bone networks for autonomous operation, JKU: Artificial Intelligence (AI) experts, TUW: as a proven consortium partner in INCAE & INNAS as predecessor projects in the field of component testing, ACG: Austrian Air Traffic Control Authority, working on the approval of autonomous drones (UAVs) with a high level of expertise in certification issues. Objectives, innovative content, desired results and findings
INCONTROL-RL has set itself the goal of building a platform based on the SEG avionics of the CAMCOPTER® S 100, which uses the results from INCAE & INNAS and is specifically developed for use in a civil UAV for autonomous operation. INCONTROL-RL will build a test bed based on the existing SEG avionics. In addition, development will be carried out for a flight control computer for flight control, an AI high power computing module for AI integration (e.g.: reliable environment recognition, autonomous emergency landing facility, AI support for tower communication (ATM)), a mission control computer (e.g. waypoints) and a payload control module. The test bed is to be investigated and developed in a TRL 3-4 approach as a first step towards a certifiable UAV for civil use and autonomous operation. In addition, a path for the certification of an application as complex as this is to be developed. The subcontractor partner Airbus and its LUFO project KIEZ4-0 submitted in 2019, the SEG as another OEM partner and the ACG as the aviation authority will contribute to this. The INCONTROL-RL avionics are to be examined and prepared for miniaturization based on an ASICS. The miniaturized avionics resulting from INCONTROL-RL are to be offered worldwide for use in numerous UAVs. The consortium hopes to achieve a high ROI for Austrian companies and create numerous high-tech jobs in Austria.

[Original text]
"Innovative, civil UAV Control Platform ReLoaded"
Der Inhalt von INCONTROL-RL wurde bereits im Take-Off Call 2018 als „INCONTROL“ Angebot eingereicht und wird hiermit nach erfolgter Verbesserung gemäß den Review Kommentaren wieder eingereicht.
Ausgangssituation, Problematik, und Motivation
UAVs werden heute bereits für viele Anwendungen eingesetzt, jedoch in der Regel mit einem „menschlichen Piloten“, der das Fluggerät steuern muss, ab einem gewissen Gewicht sogar mit strengen Befähigungsnachweisen. Im militärischen Bereich und zivilen Anwendungen unter bestimmten Bedingungen werden UAVs bereits seit einiger Zeit autonom eingesetzt, indem die Geräte Waypoints abfliegen. In der Regel benötigen derart eingesetzte UAVs in ihren Missionsgebieten keine den zivilen Flugzeugen vergleichbare Zertifizierung. An Zertifikationsmethoden und Standards für zivile Anwendung von UAVs mit autonomem Betrieb wird derzeit in den einschlägigen Gremien der Airworthiness Authorities (EASA, FAA, etc.), Zulieferern und bei den OEMs gearbeitet. Der Stand der Technik als solcher bietet aus anderen Industriedomänen wie der Automotive Branche bereits zahlreiche Technologien an, die dazu einladen, UAVs auch für allgemeine zivile, autonome Anwendungen fit zu machen (z.B. Air-Taxi). Zusätzlich wird an Lösungen unter Unterstützung von Künstlicher Intelligenz gearbeitet, um den Menschen am Steuer der UAVs abzulösen und auch beispielsweise im urbanen Bereich autonom operieren zu können. Dazu sind einschlägige Untersuchungen und Entwicklungen auf dem Gebiet der Künstlichen Intelligenz nötig, um einen „Digitalen Piloten“ abzubilden, sowie die Untersuchung, wie derartige Methoden nach den Airworthiness Standards entwickelt und zertifiziert werden können. Weiters wird eine Avionics Plattform benötigt, die die on-board Datenkommunikation zwischen den Steuergeräten, dem Mission Computer und dem Flight Control Computer in Echtzeit zuverlässig ermöglicht und auch die entsprechenden HW / SW Module beinhaltet.
Um dem Kostendruck zu entsprechen, muss die Avionik Lösung für eine Miniaturisierung mittels hochintegriertem ASIC untersucht und vorbereitet werden.
Für die Projektpartner stellt dieser sich zurzeit explosionsartig entwickelnde Markt eine enorme Chance dar. Anwendungen im institutionellen Markt (Polizei, Grenzschutz, Küstenwache, etc.) sowie zahlreiche zivile, kommerzielle Anwendungen vom „smart farming“ bis zum „Air-taxi“ prognostizieren ein riesiges Marktpotential für die nächsten 15 – 20 Jahre. Als österreichisches Konsortium dabei führend zu sein ist daher ein sehr lukratives Ziel mit hohem Realitätsanspruch. Alle INCONTROL-RL Partner sind auf Ihren Gebieten international führend: ADS: (Subcontrator zu TTT, siehe §5.3): als zweitgrößter Flugzeughersteller weltweit, arbeitet Airbus zur Zeit an Airtaxi-Lösungen und will Künstliche Intelligenz (KI) für hoch-sicherheits-relevante Anwendungen und zivile Nutzung zertifizierbar machen, SEG: autonome „Vertical Take-Off and Landing“ (VTOL) UAVs, TTT: Aerospace und automotive Back-bone Netzwerke für autonomen Betrieb, JKU: Artifical Intelligence (AI) Experten, TUW: als bewährter Konsortialpartner in INCAE & INNAS als Vorgängerprojekte im Bereich Prüfung von Komponenten, ACG: Österreichische Flugsicherungsbehörde, arbeitet an der Zulassung von autonomen Drohnen (UAVs) mit hoher Kompetenz in Zertifizierungsfragen.
Ziele, Innovationsgehalt, Angestrebte Ergebnisse und Erkenntnisse
INCONTROL-RL hat sich zum Ziel gesetzt auf Basis der SEG Avionik des CAMCOPTER® S 100 eine Plattform aufzubauen, welche die Ergebnisse aus INCAE & INNAS verwendet und speziell für die Anwendung in einem zivilen UAV für autonomen Betrieb entwickelt wird. INCONTROL-RL wird dazu ein Test-bed aufbauen, das auf der bestehenden SEG Avionik aufbaut. Zusätzlich werden Entwicklung für einen Flight Control Computer für die Flugsteuerung durchgeführt, ein AI High Power Computing Modul für die AI Integration (z.B.: zuverlässige Umfelderkennung, autonome Notlandeeinrichtung, KI Unterstützung für die Towerkommunikation (ATM)), einen Mission Control Computer (z.B. Waypoints) sowie ein Payload Control Modul. Das Test-bed soll in einem TRL 3-4 Ansatz als erster Schritt für ein zertifizierbares UAV für zivilen Einsatz und autonomen Betrieb untersucht und entwickelt werden. Zusätzlich soll ein Weg für die Zertifizierung einer so komplexen Anwendung erarbeitet werden wie Dazu wird der Subcontractor-Partner Airbus und deren 2019 eingereichtem LUFO Projekt KIEZ4-0, die SEG als ein weiterer OEM Partner sowie die ACG als Luftfahrtbehörde beitragen. Die INCONTROL-RL Avionik soll auf Miniaturisierung auf Basis eines ASICS untersucht und vorbereitet werden. Die aus INCONTROL-RL resultierende miniaturisierte Avionik soll weltweit zum Einsatz in zahlreichen UAVs angeboten werden. Das Konsortium verspricht sich daraus einen hohen ROI für österreichische Unternehmen zu erzielen und zahlreiche high-tech Arbeitsplätze in Österreich zu schaffen.