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Simulation zur Unterstützung bei Einführung und Nutzung von UAVs.
Ernst Dobbelstein
Director Teghnology Engineering and Product DevelopmentCAE Elektronik GmbHSteinfurt 11D-52222 Stolberg
+ 49-(0) 2402/106-243ernst.dobbelstein@cae.com
UAV-Simulation
Vortrags – Gliederung:
•CAE Ausgangsbasis
•UAV Simulation•Referenzprojekte
•Ausblick auf weitere technische Möglichkeiten
•Nutzungsmöglichkeiten des UAV RTB
•Zusammenfassung
UAV-Simulation
Die Auslegung des UAV Forschungs - und Test - Labors (UAV RTB)
• Das UAV RTB (Research & Test Bed) verbindet eine reale UAV Bodenkontrollstation (BKS/GCS) mit einem simulierten UAV in einer simulierten synthetischen Umgebung
• Diese System erlaubt das Experimentieren mit verschiedenen UAVs, verschieden ausgelegter Sensorik, an beliebigen Orten und im Zusammenspiel mit verschiedensten aktiven und passiven Szenarelementen
UAV-Simulation
CAE - Technologie, UAV - Simulationstechnologie:
SensorenBewaffnungen
Abbildung der Umwelt (Gelände, Wetter)Zusätzliche Spieler (CGF)
Auswertefunktionen
Szenarsteuerung und -überwachungInstrumente
Flugsteuerung - Flugverhalten
BewegungssystemCockpit Kontrollstation(en)
Schnittmenge
Nutzung bewährter Technologie aus der Flugsimulation
Flugsimulator UAV-Simulator
UAV-Simulation
STRIVE™ - Virtuelle Simulation und M&S-Infrastruktur(Synthetic Tactical Real-time Interactive Virtual Environment)
• Simulation- und Entwicklungsumgebung der neuesten Generation auf Basis HLA
• Kern - Werkzeug für CAE - eigene Entwicklung
• Ausgerichtet auf ein Maximum an Interoperabilität und Wiederverwendbarkeit • Basiert auf Standard-Anwendungen, offene Architektur• Kern-Simulationstechnologie aller CAE-Flugsimulatoren der neuesten Generation• Simulationstechnologie für CPM-, CD&E- und Analyse-Anwendungen
• Simulationsinfrastruktur für Experimente und Untersuchungen
CAE Technologie, UAV - Testbed - Komponenten - STRIVETM
UAV-Simulation
computer computercomputercomputer
CGF TERRAIN SENSORSCGF-STUDIO
computer
WEATHER
HLA
COMMSSOUNDcomputer computer
NAVcomputer computer
EW
STRIVE-FRAMEWORK SFX
IOS
STRIVE™-Familie
CAE Technologie, UAV-Testbed-Komponenten – STRIVETM
Modulare, flexible, offene Architektur
UAV-Simulation
CAE Technologie, UAV-Testbed – Konzept:
UAV
OperatorBediener
STANAG 4586 (*)
Reale Welt
Plattform Payload
Reale Welt
(*) Standardization Agreement
Kontroll-station(en)
Wetter
Einsatzraum
CGF
Synthetische Umgebung
Plattform Payload
UAV
Ausbilderstation/ Experimentmanager
Modellierung aller UAV-Aufklärungsdaten
UAV-Simulation
CAE Technologie, Mobiles UAV-Testbed – Aufbau:
Reales Einsatzgerät
Simulations-Komponenten
Kontrollstation
Radar
Computer Generated ForcesSTRIVE CGF
Sichtsystem Medallion S
Forward Looking InfraRed(FLIR)
UAV-Simulation
CAE Technologie - Kontrollstation
Reale Komponente des UAV-Testbeds
Aufgaben:• Sensorsteuerung• Flugsteuerung
UAV-Simulation
CAE Technologie - Infrarotsensor und Bilderzeugung: Generierung eines realistischen Sensorbildes als Input für die Kontrollstation. Ausgang ist eine mit Materialcodes versehene Datenbasis.
CAE SENSOR POST PROCESSOR für FLIR- / NVG-Simulation und Video-Fusion.Sensor Effekte: „polarity, noise, blurring & smearing“.
OriginalbildSichtsystem + Unschärfe + Sensorrauschen
MPEG-2-Format
UAV-Simulation
CAE Technologie - Infrarotsensor und Symbolüberlagerung
035 - 040 – 045 – 050 – 055 - 060
VIDEO 2 IN
Computersymbole
035 - 040 – 045 – 050 – 055 - 060035 - 040 – 045 – 050 – 055 - 060
CAE SENSOR POST PROCESSOR
Generierung eines realistischen Sensorbildes als Input für die Kontrollstation
VideoEntgültiges Sensorbildder UAV-Kontrollstation
UAV-Simulation
CAE Technologie - Radar-Bilderzeugung
Radar / ground - mapped (STRIVE)
Darstellung auf der Kontrollstation
Generierung des Radardaten-Inputs für die Kontrollstation
UAV-Simulation
CAE Technologie, UAV-Testbed - Charakteristika und Vorteile
• Darstellung aller UAV-Komponenten im Zusammenwirken in einem
realistischen und umfassenden Synthetic Environment
• Querschnittliche Nutzung vorhandener Kerntechnologie
• Offene und modulare Architektur
- Einfache, flexible Konfiguration
- Integration von Real-Systemen oder anderen Sim-Modulen
• Flexible Parametrisierung aller Arten von UAV (Plattform und Payload)
• Anbindung von numerischen Modellen (Standard-COTS MATLABTM)
unmittelbar über STRIVE an ein simuliertes UAV
• Breites Anwendungsspektrum über den gesamten UAV-Lebenszyklus
UAV-Simulation
Referenzprojekte:
Kanadische Regierung setzte CAE-UAV-Testbed zur Unterstützung einer fundierten UAV-Beschaffungs-Entscheidungsfindung ein.
Fragestellungen: Plattform, Payload, Human Factors, Kommunikation, Ausbildung,Einsatz der Payload, ...
CAE erhielt den Auftrag zur Integration verfügbarer STRIVE-Komponenten mit der Bodenkontrollstation der Fa. CDL
Department Research Defence Canada (DRDC) Ottawa
UAV-Simulation
ALIX (Atlantic Littoral Experiment) Experiment
Department Research Defence Canada (DRDC) Ottawa
1
32
450nm
300nm
150nm
LRE:Goose Bay
Fragestellung:
Beitrag von UAVs für „enhanced battlefield awareness and management“?
Szenare / Missions:1. Arktische Patrouille2. Küstenoperation3. Fischerei-Patrouille
Operationeller Nutzen:
- CONOPS Entwicklung fürverschiedene Aufgaben- Realistisches, wiederholbares training- Reduzierung der Kosten- Risikofreie Testmöglichkeit
Referenzprojekte:
UAV-Simulation
JSMARTS-ExperimentJoint Simulation and Modelling for Aquisition, Requirements, Training and Support:
Referenzprojekte:
Gemeinsames Projekt von kanadischer Regierung, Wissenschaft und Industrie (CAE)
Ziel:
Nachweis für die Realisierbarkeit einer effektiven und wirtschaftlichen M&S-Unterstützung für Experimentalzwecke im gemeinsamen Zusammenwirken.
Realisierung • einer verteilten Simulationsumgebung• auf Basis existierender Technologien, • welche unterschiedliche FOMs und RTIs nutzen,• innerhalb von 6 Wochen.
Needs Analysis & Concept Exploration
Definition OperationAcquisition & Production
Training
UAV-Simulation
UAV-TestbedDRDC, Ottawa
HLA
Networked Tactical Simulator CH-146 Griffon Hubschrauber
(Bell 412)
Referenzprojekte:
Ziel-Aufklärung Ziel-Identifizierung und -bekämpfung
Canarie-Netzwerk
Konkrete Fragestellung des Experiments:
MALE-UAV-Aufklärungsergebnisse werden direkt / indirekt an Heli übermittelt Welche Auswirkungen hat dies auf die Einsatzdurchführung, die Lagekenntnis und die Arbeitsbelastung der Hubschrauber-Besatzung in einem NetOpFü-Kontext?
JSMARTS-ExperimentJoint Simulation and Modelling for Aquisition, Requirements, Training and Support
UAV-Simulation
Kopplung virtuelle Simulation – konstruktive Simulation
Ausblick auf weitere technische Möglichkeiten:
• Große Einsatzszenare mit zig-tausend Einzel-Elementen• „Gesamtkriegsschauplatz“
„MACRO“
Konstruktive SimulationGESI
HLA-Kopplung
„MICRO“• Einzelelement• Szenario-Ausschnitt
Virtuelle SimulationSTRIVETM
Z. B. zur Beantwortung der Frage:Was sind die Auswirkungen des UAV auf den Gesamt-Einsatz?
UAV-Simulation
X
HQ
XX
HQ
IHQ
NetOpFü – Einbindung von UAV in Daten- / Kommunikationsnetzwerke
NetOpFü-Simulation unter Berücksichtigung von •Bandbreiten•Verzögerungen•Redundanzen•Geografische Einflüsse•Elektronische Kampfführung•Etc.
Links
Ausblick auf weitere technische Möglichkeiten:
Anbindung der QualNet-Netzwerksimulation an STRIVETM
UAV-Simulation
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Kopplung Simulation-FüInfoSys
Voraussetzung zur Abbildung von NetOpFü-Szenaren
CAE-Expertise: Zahlreiche Schnittstellen-Entwicklungen durchgeführt(unter Nutzung von Standards wie HLA und MIP)
Ausblick auf weitere technische Möglichkeiten:
Kopplung unterschiedlicher SimSys und Testlabs
Unterschiedliche Hersteller, Standorte, technische Standards(z. B. RTIs)
CAE-Expertise:Verschiedene Projekte national und international in Zusammenarbeit mit Firmenpartnern durchgeführt.(auch unter Nutzung von GERTICO)
UAV-Simulation
Die Nutzung der Möglichkeiten die eine synthetische Umgebung bereitstelltWährend des gesamten Lebenszyklus
• Reduzierung der Systembetriebskosten
• Nutzung lebensbedrohlicher Szenarien ohne Risiko
• Erforschen realistischer CONOPS bei unterschiedlichen operativen Szenarien
• Realistisches Training vor Indienststellung des Systems • Operationelle Bewertung des „Sensor Mix“
• Operationelle Bewertung von UAV Auslegungsfragen
UAV-Simulation – Nutzungsmöglichkeiten:
UAV-Simulation
Analyse, Forschung & Entwicklung
Einsatzraum
System of Systems
Org-Struktur?
Parameter?Plattform, Sensorik,
Bewaffnung
Einsatz-Grundsätze?
Wetter
Eingabe / Parametrisierung
Simulation
Antwort
Unterstützung bei der Untersuchung von Fragestellungen:
Mission
Gegner
UAV-Simulation – Nutzungsmöglichkeiten:
Einzeln / im Verbund
UAV-Simulation
Ausbildung von Operator und Missionskoordinator in:
• Bedienung der Flugsteuerung• Bedienung von Sensoren und Bewaffnung• Informationsauswertung• Einsatz von UAV‘s (Einzeln / im Verbund)
UAV-Simulation – Nutzungsmöglichkeiten:
Ausbildung
UAV-Simulation
Bei vorgegebenen Auftrag: Evaluierung / Variation von•Art des UAV•Art der Payload•Flugroute•Flughöhe•Flugabwehr•Datennetzwerk•Einsatz im Verbund (mit Lw, ...)•Etc.
Einsatz - Mission Rehearsal & Planning
UAV-Simulation – Nutzungsmöglichkeiten:
Kontrollstation /Einsatzzentrale
UAV-Simulation
UAV-Simulation – Nutzungsmöglichkeiten:
M&S-Unterstützung für alle Aspekte des UAV-Lebenszyklus’
CAE-UAV-Simulation
Bedarfsanalyse & Definition
Design
Ausbildung
Akquisition
Einsatz
Mission-Simulation:Alle UAV-Komponenten (inkl. Kontrollstation) im Zusammenwirkenin umfassenden Einsatzszenaren darstellbar.
Demonstration
UAV-Simulation
Zusammenfassung:
CAE-UAV-Simulationstechnologie als logische Konsequenz des Kerngeschäfts Flugsimulation
• querschnittliche Nutzung bereits vorhandener Kerntechnologie und Expertise• Kundenvorteile: besser, schneller, kostengünstiger, zukunftssicher
Konfigurierbare (Plattform-unabhängige) UAV-Simulationstechnologie
alle Anwendungsbereiche:
• Demonstration• Analyse, Forschung & Entwicklung• Ausbildung & Übung• Einsatz
Das Rad muss nicht neu erfunden werden!
Hersteller-unabhängige Simulationstechnologie und Dienstleistungen!
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