Entwicklung und Test autonomer, intelligenter Luftfahrzeuge
Die Königsdisziplin für UAVs: Autonomer Flug zwischen unbekannten Gebäuden.
Unmanned aerial vehicles (UAVs) eignen sich ideal für riskante oder eintönige Einsätze. Um dabei möglichst autonom operieren zu können, benötigen sie „Sinnesorgane“ zur Erfassung ihrer Umwelt und eine intelligente Missionssteuerungssoftware. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) nutzt bei der Entwicklung derartiger UAVs ein dSPACE-System für virtuelle Testflüge im Labor.
Künstliche Sinnesorgane
Heutige UAVs können vorgeplante Wegpunkte abfliegen, einige auch automatisch starten oder landen. Im allgemeinen Luftraum operieren hingegen kann und darf allerdings kein einziges UAV, weil ihnen bisher noch die Möglichkeit fehlt, ihre Umwelt wahrzunehmen und angemessen auf sie zu reagieren. Dafür benötigen die UAVs bildgebende Sensoren zur Erfassung ihres Umfelds. Hierfür kommen beispielsweise optische Kameras, Radarsysteme oder Laserscanner in Frage. Damit die Messdaten dieser Sensoren aber überhaupt bei der Flugsteuerung helfen können, müssen sie auch schnellstmöglich, d.h. idealerweise in Echtzeit weiterverarbeitet werden. Basierend auf diesen Daten, muss dann ein Flugsteuerrechner als „Onboard-Intelligenz“ selbständig unterschiedlichste Entscheidungen treffen, beispielsweise den Flugweg planen oder im Notfall die Mission abbrechen.
Virtuelle Testflüge mit dSPACE-System
Um die Funktion des UAV-Flugsteuerrechners zu überprüfen, simuliert das DLR mit Hilfe eines dSPACE-Systems in Echtzeit die UAV-Sensoren (u.a. Beschleunigungs- und Drehratensensoren, Sonar, Magnetometer), Umweltbedingungen, Flugmechanik und die Aktuatordynamik. Mittels der Experimentsoftware dSPACE ControlDesk lassen sich zusätzlich Randbedingungen wie Wind, Sensorrauschen, Ausfall von Sensoren etc. komfortabel einstellen. Die Flugkommandos, die der Flugsteuerrechner auf Basis dieser Simulation generiert, werden zurück ans dSPACE-System gespielt, das daraus wiederum die entsprechenden Sensordaten berechnet. Auf diese Weise fliegt der Flugsteuerrechner die Mission im Labor so, als befände er sich auf einem realen Testflug.
Autonomes Fliegen in unbekanntem Gelände
Anschließend müssen sich die Flugversuchsträger dann bei realen Flugmissionen bewähren. Weil das Systemverhalten dank der Simulationen im Labor weitgehend bekannt ist, müssen nur noch die passenden Parameter gefunden und einige nicht simulierbare Situationen untersucht werden. Als Resultat dieser Arbeiten gehört das ARTIS-System (ARTIS = Autonomous Rotorcraft Testbed for Intelligent Systems) zu den wenigen weltweit automatisch fliegenden Hubschraubern, die in der Lage sind, sich in unbekanntem Terrain zu bewegen, selbständig eine Umgebungskarte zu erstellen und innerhalb dieser Umgebung kollisionsfrei zu operieren.
