MISE - Applicativi Per Elettronica di Aeromobili Non Pilotati
Obiettivo
Il progetto MISE si propone di elevare il livello di maturità tecnologica di quanto già sviluppato al CIRA nel corso degli anni nel campo delle tecnologie del volo autonomo di velivoli non abitati, con il fine ultimo di travasare competenze ed know‐how disponibili verso prodotti industriali in un'ottica di integrazione e sinergia con il contesto industriale nazionale operante nel settore RPAS. In particolare, gli obiettivi specifici delle attività del progetto MISE sono:
- Sviluppo di applicativi SW avanzati con funzionalità di Flight Management (FMS) e di Health Management (HMS) per velivoli RPAS della classe MALE, fino alla definizione delle specifiche di basso livello per la produzione del codice ed alla verifica mediante ground test rigs per la simulazione real-time HW in the loop. La gestione autonoma di una missione si baserà su un modulo di decision making che interagendo con la Ground control station o prendendo decisioni autonome potrà attivare le varie funzionalità di guida, corrispondenti a diverse tecnologie innovative (Automomous Replanning, Autonomous Sense & Avoid e Separation Assurance, etc.)
- Sviluppo e validazione di una suite di applicativi SW di Image On-Board Processing per la gestione delle informazioni provenienti dal set di sensori di missione (Mission Sensors Elaboration) in grado di diminuire la quantità di dati di missione da inviare a terra, fornire all'FMS di bordo indicazioni per asservire la navigazione all'inseguimento di target ed aumentare la situational awareness degli operatori di terra. In particolare il focus degli applicativi da realizzare verterà sulle funzionalità di Imaging sensor fusion e geolocalizzazione, Target detection e tracking e Compressione di sequenze video aeree e di blob/inset.
- Sviluppo di un ambiente modulare orientato alla modellistica funzionale e di prestazione dei sistemi interagenti con gli applicativi SW ed inclusivo dei modelli funzionali dei SW stessi, articolato in almeno tre diverse versioni: una semplificata per la definizione dei requisiti ed il progetto degli algoritmi (simulatore funzionale), una seconda di maggior dettaglio per la verifica numerica delle funzionalità e prestazioni degli algoritmi ed, infine, una terza versione per la verifica real time degli algoritmi con simulazioni SW-In-The-Loop.
- Progettazione e realizzazione di ground test-rigs dedicati da utilizzarsi per lo sviluppo e validazione mediante simulazioni real-time HW in the loop degli applicativi SW sviluppati. Nello specifico tali test rigs includono un ambiente HW-SW per il rapid prototyping per applicativi IMA (Integrated Modular Avionics) e relativa verifica numerica SIL/HIL che utilizzi un simulatore dell'architettura IMA (o anche, se disponibile, un sistema HW/SW IMA reale), un Cockpit Avionico Manned per le verifiche Real Time di applicativi SW per UAS in spazi aerei civili (in presenza di velivoli manned) e per le verifiche HIL di applicativi SW con applicazioni duali (unmanned/manned),
- Progettazioni e realizzazione di sottosistemi HW - SW da integrare nella piattaforma sperimentale OPV (Optionally Piloted Vehicle) FLARE sviluppata dal CIRA per la sperimentazione in volo delle tecnologie abilitanti per i velivoli RPAS della classe MALE. Nello specifico si tratta di sotto-sistemi relative alla Ground Control Station ed al sistema di data-link di comando e controllo.
- Definizione, in accordo con gli enti nazionali preposti (ENAC), di procedure e processi di sviluppo model based per applicativi SW per velivoli RPAS della classe MALE, capaci di portare in conto al meglio possibile quanto previsto dalle normative applicabili (i.e. DO-178B). Il fine ultimo è quello di facilitare il successivo processo di trasferimento tecnologico verso prodotti industriali certificabili.
- Sviluppo di un'analisi di fattibilità tecnica per la gestione ed il coordinamento di più RPAS ai fini dell'esecuzione di determinate missioni, garantendo simultaneamente l'interoperabilità con il traffico aereo commerciale.
- Sviluppo di uno studio di fattibilità di algoritmi SW per la gestione di un Sistema Ibrido di Generazione della Energia a Bordo applicabile sia a velivoli RPAS della classe MALE sia a velivoli di piccole dimensioni per il trasporto personale (VLA, GA).
Attività nel progetto CIRA
Le attività svolte in questo progetto riguardano lo sviluppo e dimostrazione, tramite banchi prova, di tecnologie e prototipi direttamente funzionali alla realizzazione di sistemi di guida navigazione e controllo di velivoli non abitati, adibiti a missioni di ISTAR (Intelligence, Surveillance, Target Acquisition & Reconnaissance). Le tecnologie ed i prototipi sviluppati nell'ambito di questo progetto possono quindi essere utilizzati dalle aziende nazionali che sviluppano velivoli aeronautici ed elicotteristici non abitati e si inseriscono armonicamente nell'ambito delle attività di realizzazione o di aggiornamento dei prodotti RPAS. I principali prodotti realizzati nell'ambito delle attività di progetto sono di seguito riportati:
1. Autonomy Management Systems. Algoritmi afferenti alla funzionalità di Flight Management e di Health Management per velivoli RPAS della classe MALE, fino alla definizione delle specifiche di basso livello per la produzione del codice. La gestione autonoma di una missione si baserà su un modulo di decision making che interagendo con la ground control station o prendendo decisioni autonome potrà attivare le varie funzionalità di guida, corrispondenti a diverse tecnologie innovative (Automomous Replanning, Autonomous Sense & Avoid e Separation Assurance, etc.). Nello specifico in tale ambito è stato messo a punto:
in collaborazione con Alenia Aermacchi (oggi Leonardo - Divisione Velivoli), un modulo applicativo di Mission Planning per la definizione e l'analisi della stessa in relazione ai vincoli ed agli obiettivi di missione (i.e visibilità data-link, gestione del payload, etc.);
in collaborazione con Alenia Aermacchi (oggi Leonardo - Divisione Velivoli), un modulo applicativo di Mission Replanner per la Ground Control Station del velivolo Sky-Y, con funzionalità di ripianificazione in linea sulla base di vincoli (caratteristiche dinamiche del velivolo, terreno, usando database DTED, zone di volo proibite ed area operativa di volo) nonché dello stato di salute del velivolo e della relativa possibilità di proseguire la missione anche in condizioni degradate;
algoritmi avanzati di Fault, Detection, Isolation e Riconfiguration;
algoritmi per la guida e navigazione visuale;
un modulo SW di Collision Avoidance basato su ADS-B e poi, successivamente, una seconda versione che include un modulo di Self Separation sempre basato su ADS-B usato in modo ES (Extended Squitter). L'algoritmo (ASACAS) include un modulo specifico di filtraggio delle tracce rilevate dal sistema ADS-B IN che gestisce un databese dei velivoli presenti nell'area di volo (Surveillance Processing Module);
un prototipo SW di applicativo grafico per Multifunctional Display orientato alle stazioni di terra di pilotaggio remoto di UAS. Tale applicativo permette al pilota remoto di interagire con il sistema di bordo da un lato visualizzando le informazioni di stato e Situational Awareness "percepite" dal velivolo e dall'altro di configurare prima del volo e modificare poi durante la missione il piano di volo corrente ed il relativo database di bordo;
In collaborazione con Agusta Westland (oggi Leonardo - Divisione Elicotteri), un Modulo FMS per l'Automatic Take-off and landing di un RPAS ad ala rotante (SW-4 Solo) su nave.
2. Visual Based Payloads. Applicativi software di Image On‐Board Processing per la gestione delle informazioni provenienti dal set di sensori di missione in grado di diminuire la quantità di dati di missione da inviare a terra, fornire all'FMS di bordo indicazioni per asservire la navigazione all'inseguimento di target ed aumentare la situational awareness degli operatori di terra. In particolare il focus degli applicativi da realizzare verterà sulle seguenti funzioni:
- Imaging sensor fusion e geolocalizzazione;
- Target detection e tracking;
- Compressione di sequenze video aeree e di blob/inset
Nello specifico in tale ambito è stato messo a punto:
un sistema di Sensor Aided Imagery Codec che si propone di effettuare la codifica digitale di full motion video o motion imagery, adoperando algoritmi di motion estimation accelerati dall'uso dei dati di navigazione. Il sistema è del tutto compliant allo standard di codifica video ITU H.264
Un algoritmo di Visual Target Tracking per missioni di ISTAR
3. On‐board Energy Management Systems. Studio di fattibilità di algoritmi di gestione di un Sistema Ibrido di Generazione della Energia a Bordo applicabile sia a velivoli UAS della classe MALE sia a velivoli di piccole dimensioni per il trasporto personale (VLA, GA).
4. Integrated Modular Avionic Technologies. Messa a punto di un ambiente HW‐SW per il rapid prototyping per applicativi IMA e relativa verifica numerica SIL/HIL che utilizzi un simulatore dell'architettura IMA (o anche, se disponibile, un sistema HW/SW IMA reale). Nello specifico in tale ambito è stato messo a punto un sistema di sviluppo per Integrated Modular Avoinics (IMA). In particolare è stato completato lo sviluppo SW di base (kernel VxWorks 653) per le comunicazioni con l'esterno della piattaforma IMA (Integrated Modular Avionic) e la realizzazione di un tool per la codifica automatica a partire da modelli per un sistema IMA 653. Il tool così realizzato permette di codificare applicativi e modelli sviluppati in Matlab/Simulink direttamente in codice C utilizzando chiamate standard di tipo APEX secondo lo standard ARINC653
5. Multiple UAS Coordination. Analisi di fattibilità tecnica per la gestione ed il coordinamento di più UAS ai fini dell'esecuzione di determinate missioni, garantendo simultaneamente l'interoperabilità con il traffico aereo commerciale
6. Integrated Simulation Development Tools for HW & SW in the loop verification. Ambiente modulare orientato alla modellistica funzionale e di prestazione dei sistemi interagenti con gli applicativi SW ed inclusivo dei modelli funzionali dei SW stessi. Tale ambiente di modellistica sarà sviluppato in almeno tre diverse versioni: una semplificata per la definizione dei requisiti ed il progetto degli algoritmi (simulatore funzionale), una seconda di maggior dettaglio per la verifica numerica delle funzionalità e prestazioni degli algoritmi ed, infine, una terza versione per la verifica real time degli algoritmi con simulazioni SW‐In‐The‐Loop. Nello specifico in tale ambito è stato messo a punto:
modulo di simulazione del traffico aereo nella zona sotto test;
un simulatore ingegneristico di dettaglio per un sistema UAS ad ala fissa;
una Integrated Simulation Facility (ISF) che permette di realizzare simulazioni complesse, in real-time, che coinvolgono diverse facility, le quali condividono le stesse informazioni di scenario. In particolare è possibile: di configurare uno scenario di traffico presente nella zona di test, configurare uno scenario meteorologico presente nella zona di test, configurare data ed ora della simulazione e conseguente configurazione della costellazione GPS;
uno specifico Tool di design e verifica algoritmi per Rotorcraft Unmanned Aerial Systems per l'appontaggio che include un modello di nave con il moto ondoso, un modello del Airwake (scia), sensori e modello dell'elicottero (punto materiale ed emulazione del sistema di controllo di basso livello);
una facility di simulazione denominata Emulatore di Controller Working Position (ECWP) basata su ADS-B utilizzando la facility ISF che trasporta l'informazione ADS-B di tutti i velivoli simulati, consente l'esecuzione di simulazioni real-time con la presenza dei controllori di volo nel loop, con il fine ultimo di valutare le procedure di gestione di un velivolo RPAS inserito nel traffico aereo commerciale;
Un Cockpit Avionico Manned (CAM) che è una facility di simulazione real-time HW and pilot in the loop che rappresenta il simulacro di un cockpit di un velivolo GA. Essa è stata realizzata per le verifiche Real Time di applicativi SW per UAS in spazi aerei civili (in cui sono presenti di velivoli manned di GA)
7. On‐ground & In‐Flight Facilities for Testing & Validation. In sinergia con il programma PRORA (progetto TECVOL2) saranno realizzati sottosistemi HW ‐ SW per l'upgrade della facility FLARE con particolare riferimento alla Ground Control Station ed al sistema di comunicazione radio. Inoltre si realizzerà un Cockpit Avionico Manned per il testing on‐ground HIL di applicativi SW e per l'integrazione di velivoli unmanned nello spazio aereo civile.
Nello specifico in tale ambito è stato messo a punto il nuovo sistema di comunicazione (Data-link di comando e controllo) a bassa latenza della piattaforma FLARE inclusiva di un sistema d'antenna direzionale che permette l'inseguimento del velivolo nell'area di operazioni (VTS).
8. SW Design Process Standardization compliant with DO‐178B. Definizione in accordo con gli enti nazionali preposti una procedura ed un processo di sviluppo degli applicativi SW per velivoli RPAS in accordo alla norma DO‐178B.
Dal punto di vista programmatico, il progetto MISE si è articolato nelle seguenti fasi:
Definizione dei requisiti utente e di sistema con il supporto dell'industria nazionale aeronautica (System Requirement Review)
Definizione dei requisiti di alto livello e dell'architettura degli applicativi da realizzare (Preliminary Requirement Review)
Progettazione e sviluppo degli applicativi e dei relativi tool di simulazione fast-time
Sviluppo di tool e facility per la verifica Real-Time e testing on-ground in laboratorio
Verifiche sul campo (in volo o in ground control station) con integrazione preliminare nel sistema target
Il progetto MISE si è concluso a Dicembre 2015 toccando tutte le fasi di cui sopra e raggiungendo tutti gli obiettivi previsti.
Programma
Il progetto è stato finanziato dal Ministero dello Sviluppo Economico mediante i fondi stanziati per la legge 24 Dicembre 1985 n. 808 “Interventi per lo sviluppo e l’accrescimento di competitività nelle industrie operanti nel settore aeronautico”.
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data inizio:
mercoledì 2 giugno 2010
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durata:
66.0000000000000
martedì 13 settembre 2016
55
venerdì 29 luglio 2022
MISE
On Board Systems and ATM, Safety and Security, Software Development and Virtual Reality, Electronics and Communications, Propulsion, Aeronautics - Technology Integration and Flight Demostrators
Il progetto MISE “Applicativi per Elettronica di Aeromobili non Pilotati” è finanziato dal Ministero
dello Sviluppo Economico mediante i fondi stanziati per la legge 24 Dicembre 1985 n. 808 “Interventi per lo
sviluppo e l’accrescimento di competitività nelle industrie operanti nel settore aeronautico”.
Avionics, Navigation/Flight Management/Autoland, Warning Systems, Electronics ＆ Microelectronics for On-board Systems, Communications Systems, Optics-Optronics-Lasers-Image processing and data fusion, Flight Control System, Electrical Power Generation ＆ Distribution, Flight/Ground Tests, System Certification, Fault Tolerant Systems, Advanced Information processing, Collaborative Decision Making, Decision Support Systems, Autonomous operation, Aeronautical Software Engineering, Development of Operational Research methods ＆ tools, Numerical Models (including Fast Time simulation), Real Time Simulators, General Purpose Equipment, Methodology, Overall ATM, Airspace management, Navigation Systems, Human Factors Integration, Man-machine Interface
Guidance Navigation and Control Lab, Electronics Lab
