Wehrwissenschaftliche Forschung Jahresbericht 2012

Forschungsaktivitäten 2012 38 39
Dr. Dagi Geister
Deutsches Zentrum für Luft- und
Raumfahrt, Institut für Flugführung,
Braunschweig
dagi.geister@dlr.de
Dr. Frederik Meysel
Deutsches Zentrum für Luft- und
Raumfahrt, Institut für Flugführung,
Braunschweig
frederik.meysel@dlr.de
Dr. Bernd Korn
Deutsches Zentrum für Luft- und
Raumfahrt, Institut für Flugführung,
Braunschweig
bernd.korn@dlr.de
Mensch-Maschine-Schnittstelle für UA-Schwarmführung
Das Institut für Flugführung am Deutschen Zentrum für Ziel des Forschungsbereiches „Zukünftige Führungsfunktionen
Luft- und Raumfahrt führt im Bereich „Zukünftige Führungsfunktionen
für UAS“ verschiedene Forschungsvorhaben manned Aircraft) weiter zu entwickeln sowie die Integrations-
für UAS“ ist es, die Fähigkeiten und Funktionen von UA (Un-
durch, deren Zielsetzung die Weiterentwicklung von Fähigkeiten
und Funktionen für unbemannte Luftfahrzeuge ist. Luftraum zu erhöhen. Bei den Anforderungen an wehrtechfähigkeit
von UAS (Unmanned Aircraft Systems) in den zivilen
Der Kern der Arbeiten innerhalb dieses Vorhabens liegt in nische Systeme stehen hierbei der Schutz der Soldaten, eine
dem Anwendungsfeld der UA-Schwarmführung.
vernetzte Operationsführung sowie die weltweite Aufklärung
an erster Stelle.
Ein wesentlicher Bestandteil zukünftiger Führungsfunktionen
und Fähigkeiten bei der Steuerung unbemannter Luftfahrzeuge
sind insbesondere Funktionen zur UA-Schwarmführung.
Eine effiziente Schwarmführung setzt eine optimale Aufgabenverteilung
zwischen einzelnen UAS während einer Mission
und eine verzugslose Auswertung gesammelter Sensordaten
zur dynamischen Anpassung von Missionszielen voraus (Abbildung
1).
Die Basis zur Realisierung dieser Aufgaben bildet eine generische
UA-Bodenkontrollstation (BKS). Eine BKS zur effizienten
Planung, Durchführung und Auswertung von UAS-Missionen
sollte auf einem universellen Verständnis existierender Interoperabilitäts-Standards
basieren und sollte diese in den zur
Verfügung gestellten Kontroll- und Führungsfunktionen realisieren.
Die Interoperabilität in einem Gesamtsystem aus
UA und C4I (Command, Control, Communication, Computers
and Intelligence) erhöht nicht nur die Flexibilität und Effizienz
über eine variable Einsetzbarkeit von alternativen Simulationsund
Forschungsanlagen, sondern vereinfacht ebenfalls eine
gemeinsame Auswertung und Verarbeitung von Missionsdaten.
Dies bedeutet, dass die BKS auf Basis von einheitlichen
Interoperabilitätsstandards (wie z. B. STANAG 4586) mit unterschiedlichen
Typen an UA während einer Mission gekoppelt
werden kann. Die BKS kann hierbei nicht nur verwendet werden,
um die Mission eines einzelnen UA zu planen und deren
Durchführung zu steuern, sondern beinhaltet zudem die
Möglichkeit mehrere UA gleichzeitig i. S. d. Schwarmführung
zu überwachen (Abbildung 2).
Für verschiedene mögliche Formationen eines Schwarms
können in der BKS schwarmfähige 4D-Trajektorien für die
Missionsteile, die in Formation geflogen werden, generiert
werden. Weiterhin wurden vordefinierte Landeverfahren
(Standard Operating Procedures), die an die verwendeten
Landeplätze, Betriebsrichtung, Platzrundenverkehr etc. in
Echtzeit angepasst werden können, konzeptioniert. Die
Grundfunktionalitäten wurden modular implementiert
und in verschiedenen Simulationsstudien getestet. Unter
Verwendung einer Schwarmtrajektorie und einer gegebenen
Formation berechnet ein Modul Einzeltrajektorien aller UA
(Abbildung 3).
Das Verfahren zur Schwarmführung wird bei der letztlich angestrebten
Technologiereife u. a. auch bei der Begegnung von
Gruppen von UA mit anderen Luftfahrzeugen einsetzbar sein.
In zukünftigen Versionen soll die Schwarmtrajektorie so abgeflogen
werden können, dass z.B. in Kurven die Formation so
koordiniert werden kann, dass durch den Wechsel von Echelon
„links“ auf „rechts“ in einer Rechtskurve die Flugwege der
einzelnen Luftfahrzeuge geringere Anforderungen an die
Flugleistungen stellen und damit engere und effizientere
Manöver möglich werden (Abbildung 4).
Bei der Konzeption und Implementierung der Bodenkontrollstation
wurde insbesondere auf eine intuitive Mensch-
Maschine Schnittstelle für den UAS-Operator Wert gelegt.
Um dies sicherzustellen, sind regelmäßige Evaluationen
mit Anwendern eingeplant.
Abb. 1: Sensor-adaptive UA-Führung im Schwarm (Screenshot) Abb. 2: Missionsplanung und Evaluierung UA-Schwarm (Screenshot) Abb. 3: Schwarmführung als eine Einheit, Aufteilung zur Landung mit
Abb. 4: Demultiplexen einer Schwarmtrajektorie zur Bestimmung
Einzel-Trajektorienführung und Sequenzierung (Screenshot)
individueller Trajektorien für alle Einheiten einer Formation