Design og implementasjon av FFI GCS - kontrollstasjon for ubemannede systemer

Abstract

Formålet med denne rapporten er å dokumentere og gjøre kjent en egenutviklet kontrollstasjon for ubemannede systemer, tatt frem gjennom prosjektet 1359 «Teknologi for fremtidens UAS». Motivasjonen for å utvikle en egen kontrollstasjon er flerdelt: Eksisterende løsninger er ikke gode nok og gir ikke tilstrekkelig støtte til operatøren. Løsningene krever mye personell per farkost som dermed skalerer dårlig og medfører høye kostnader. Ved hjelp av økt automatisering kan operatøren avlastes og kapasitet frigis til andre oppgaver. Eksisterende løsninger vil også måtte tilpasses for å integreres med sentrale systemer i Forsvarets informasjonsinfrastruktur. På sikt vil det være vesentlig at autonome kapasiteter kan behandles på en homogen måte sammen med andre kapasiteter og håndteres i for eksempel BMS. Ved å benytte MARIA kartmotor og Trackservice kan kontrollstasjonen enkelt integreres med forsvarssystemer som NorBMS og FACNAV. Sist men ikke minst er kontrollstasjonen tenkt benyttet som en eksperimentplattform for ubemannede farkoster og vil støtte flere aktiviteter under FFIs strategiske satsning på dette området. Systemet tilbyr et plug-in-rammeverk og et programmeringsgrensesnitt (API) slik at man med liten innsats kan utvide systemet og kontrollere oppførselen til autonome farkoster og sensorer. Vi tror flere prosjektmiljøer ved FFI vil ha nytte av løsningen for eksperimentering med blant annet farkostoppførsel og farkostsamhandling samt sensorbehandling, og flere miljøer har allerede meldt sin interesse. Gjennom en iterativ utviklingsprosess ledet av en «agile» (smidig) utviklingsmetodikk har gruppen tatt frem systemdesign og implementasjon. Fordi kontrollstasjonen skal benyttes som eksperimentplattform både for prosjekt 1359 og andre prosjektmiljøer, har det vært fokus på robust arkitektur og kodekvalitet for å sikre et system som kan utvides og vedlikeholdes. Prosjektet har i dag en fungerende kontrollstasjon verifisert gjennom en serie tester hvor ubemannede flyvende farkoster er benyttet. Løsningen gir oss allerede nye kapasiteter i forhold til eksisterende systemer i form av evne til å kontrollere flere samtidige farkoster samt automatisk generering av ruter for akserekognosering/overvåkning.

This report seeks to document and announce the FFI GCS, a Ground Control System for unmanned vehicles designed and implemented at FFI through project 1359 “Technology for future UAS”. The motivation for creating a bespoke system was based on several factors; existing systems prove inadequate and lack the proper level of support for systems operators. They typically require several operators per UAV, which then scales poorly and incurs higher costs. By utilizing higher degrees of automation, the operator is freed up to perform other functions. Existing systems would also need modifications in order to interoperate with systems central to the Armed Forces’ information infrastructure. In the future, autonomous units will be required to be managed in a homogenous fashion alongside other units from within systems such as the BMS. Utilizing the MARIA GIS system and Trackservice ensures easy integration with military systems such as NorBMS and FACNAV. Finally, the GCS is planned used as a platform for experimentation with autonomous systems and will support multiple activities within FFI’s strategic investment in this area. The system provides an application programming interface (API) enabling users to extend the system and control the behavior of autonomous vehicles and sensors in an easy way. We believe that several projects at FFI could benefit from using the system for experimentation with autonomous vehicle behavior and collaboration as well as sensor processing. The systems design and implementation was created through an iterative development process governed by an agile development methodology. Because the GCS is intended to be used by other projects at FFI as well as project 1359, focus has been on creating a robust systems architecture and high quality code in order to facilitate maintainability and extensibility. Today our project possesses a functioning GCS verified through a series of tests using autonomous aerial vehicles. The system is already providing us with additional capabilities over existing systems through the ability to control multiple, simultaneous vehicles, as well as automatic generation of flight plans for axis reconnaissance and surveillance.