Tehnologii avansate pentru proiectarea si testarea echipamentelor de navigatie in medii complexe

TANACO

http://www.special-operations-technology.com/images/ThisIssue/4_5_Art4.jpg


Descriere generala

Consortiu

Plan de realizare

Buget

Stadiu actual


Descriere generala

 

Aplicațiile de navigație satelitare se înmulțesc intr-un ritm accelerat, acoperind din ce in ce mai multe sectoare ale economiei, estimările pentru piața globala de produse si servicii in acest domeniu atingând valori de ordinul sutelor de miliarde de euro in anul 2020.

Sistemul European de navigație satelitare este format din GALILEO si EGNOS si va oferi o infrastructura globala pentru poziționare in spațiu și timp.

La nivel European activitățile de cercetare dezvoltare sunt permanent susținute prin intermediul programelor cadru de cercetare in cadrul cărora au fost incluse diverse tematici de cercetare din acest domeniu.

Principalele componente ce vor fi dezvoltate in cadrul proiectului sunt: un mediu de testare si experimentare GNSS bazat pe pseudoliți (echipamente ce simulează semnalele transmise de sateliții de navigație), un prototip de echipament de navigație in medii complexe bazat pe GPS, accelerometre, magnetometre, giroscoape si barometre pentru pedeștri si un program pentru asistarea navigației in medii complexe bazat pe modele digitale tridimensionale.

Tehnologia dezvoltată va fi una cu utilitate duală, extrem de benefică atât pentru mediul civil cât și pentru cel militar sau de securitate.

Din momentul în care Sistemul de Poziționare Globală (GPS) a devenit accesibil unei mari categorii de utilizator, poziționarea într-un sistem de coordonate absolut (sau geolocația) și-a găsit aplicabilitate într-un mare domeniu de activități. Pentru zonele unde există vizibilitate directă către sateliții GPS, această tehnică de poziționare furnizează o estimare acceptabilă (câțiva metri) a poziției utilizatorului la nivel global. Totuși, în interiorul clădirilor și în medii urbane aglomerate, geolocația a constituit dintotdeauna o provocare din mai multe motive. În general, semnalul GPS nu este suficient de puternic să penetreze majoritatea materialelor. În momentul în care un obiect obstrucționează vizibilitatea directă către sateliții GPS, semnalul se alterează, limitând utilitatea acestuia la spațiile deschise și făcându-l inutilizabil în interiorul clădirilor. Totuși, există o cerere crescândă a poziționării cu precizie în aceste spații cu aglomerări urbane sau acoperite, în plus față de poziționarea în spații deschise. Monitorizarea și urmărirea unui transport în interiorul unui depozit sau în interiorul unei nave cargo este un exemplu de aplicație comercială foarte cerută. În aplicațiile militare acest sistem poate rezolva problema „blue force tracking”, știind în orice moment unde sunt forțele aliate. Aceste probleme nu prezintă dificultăți în spații deschise, unde sistemele se pot baza pe GPS, dar în spații închise sau în medii urbane aglomerate acestea nu au soluții satisfăcătoare. Navigația în medii „GPS-denied” este, de asemenea, o cerință pentru aplicațiile militare.

 

         

Figura 1: Posibilitățile de poziționare utilizând soluția propusă de TANACO

       

Soluțiile propusă pentru echipamentul de navigație propus ca soluție va avea următoarele caracteristici:

-          va avea masă și dimensiuni reduse;

-          va necesita cunoștințe minime de operare;

-          va opera atât în spații deschise, unde semnalul GPS este nealterat, cât și în cele spații unde semnalul GPS este limitat sau inexistent (GPS - denied);

-          va permite fuzionarea datelor de la mai mulți senzori integrați astfel încât să se obțină informațiile de poziție cu maximul de precizie posibil;

-          va semnala atunci când semnalul GPS este alterat și este utilizată poziționarea pe baza altor senzori;

-          va permite memorarea datelor de poziție precum și transmiterea acestora în diverse rețele;

-          va permite încărcarea și afișarea hărților și marcarea pozițiilor pe acestea;

-          va oferi o interfață standard pentru conectarea la stații radio sau alte mijloace de transmisie a datelor.

 

Pentru verificarea viabilității soluției propuse este absolut necesară existența unui mediu de testare corespunzător. Acest lucru poate fi realizat prin realizarea unui poligon de testare bazat pe pseudoliți (echipamente ce simulează semnalele transmise de sateliții de navigație). Cu ajutorul acestor dispozitive se pot crea diverse condiții de navigație, de la cele cu semnal puternic, specific spațiilor deschise, cu vizibilitate directă, până la cele cu semnal alterat sau chiar inexistent, inclusiv cu posibilitatea testării efectelor variațiilor de calitate a semnalului primit de la sateliții de navigație.

Soluția propusă pentru testarea echipamentelor de navigație pe baza pseudoliților va permite:

- Verificarea comparativă a funcționării receptoarelor GNSS. Bancul de testare utilizat în acest scop va fi transportabil, cu posibilitatea de a fi instalat pe un laborator mobil. Receptoarele vor fi testate individual sau în paralel, în grupe de câte două receptoare GNSS identice sau diferite. Receptoarele vor fi conectate la aceiași antenă GPS, prin intermediul unui atenuator reglabil și a unui spliter. Va fi prevăzută și posibilitatea de a suprapune peste semnalul de la antenă o sursă de perturbații, diferențiat pe cele două canale. Sistemul de măsură va include un receptor GNSS de referință și un sistem de monitorizare, achiziție și prelucrare a datelor de la receptoarele testate.

- Monitorizarea calității semnalelor recepționate de la constelațiile de sateliți GNSS în diferite locații geografice: în câmp deschis,  în zone cu denivelări moderate (dealuri), mari (munți), abrupte (chei, între clădiri înalte) în interiorul clădirilor, sub frunzișul copacilor, etc.

- Verificarea comportării receptoarelor GNSS la perturbații și la bruiaje Prin utilizarea conjugată a bancului de testare comparativă a funcționării receptoarelor GNSS și a unui Generator de bruiaj GNSS / Generator de semnale GNSS .

- Cercetarea și dezvoltarea de facilități pentru generarea unui set de semnale GNSS care să emuleze semnalele recepționate de la sateliții GNSS, inclusiv semnale WAAS – EGNOS în condiții cât mai apropiate de realitate, cu posibilitatea reglării individuale a parametrilor de semnal și a emulării condițiilor de propagare, în scopul testării comportamentului receptoarelor GNSS la interferențe, perturbații, bruiaje, configurații defavorabile a constelației de sateliți sau chiar defecțiuni ale sistemului GNSS sau degradarea controlată a performanțelor oferite prin introducerea în cazul GPS a disponibilității selective (Selective Availability – SA), sau interdicția zonală (GPS-denied areas). Se va facilita generarea de scenarii de funcționare tipică sau anormală a sistemului GNSS și elaborarea de studii de caz.

- Analizarea și experimentarea diverselor modalități de îmbunătățire a disponibilității, fiabilității, preciziei de localizare precum și a rezistenței la perturbații și bruiaje prin utilizarea diferitelor sisteme de corecții diferențiale și prin integrarea receptoarelor GNSS cu sisteme complementare de localizare.

 O soluție asemănătoare există deja în Germania și are la bază 6 emițătoare care emit semnale specifice sateliților sistemului Galileo (http://www.gate-testbed.com/).

map

Și pentru a se oferi o soluție completă, proiectul va oferi și o soluție software implementată pe echipamentul de navigație. Această aplicație va permite monitorizarea pe hartă, memorarea traseelor și utilizarea diverselor soluții de comunicații pentru transmiterea datelor la distanță, inclusiv prin utilizarea serviciilor WEB.

Dacă pentru autovehicule au apărut o serie de soluții viabile, pentru monitorizarea pedeștrilor acest lucru rămâne o provocare. În momentul actual aceste soluții sunt în stadiul experimental la nivel internațional, iar la nivel național doar la nivel informal. Același lucru se poate spune și despre utilizarea pseudoliților în realizarea și testarea echipamentelor de navigație.

Realizarea unui astfel de proiect va permite dezvoltarea unor cunoștințe și abilități din o serie de domenii conexe: electronică, informatică, geodezie. Soluția propusă pentru echipamentul de navigație constitui o noutate absolută la noi în țară, iar la nivel internațional se va înscrie în trendul de ultimă oră în domeniul navigației inerțiale pentru pedeștrii. Realizarea acestei soluții va impulsiona dezvoltarea cunoștințelor din următoarele domenii: electronică, inclusiv hardware IT, software, navigație prin satelit și inerțială, la nivel de proiectare, execuție și testare – evaluare. Realizarea mediului de testare propus constituie, de asemenea, o noutate la noi în țară. El va oferi suport tuturor utilizatorilor și dezvoltătorilor de echipamente de navigație.

Prin obiectivul general și modul în care se urmărește atingerea lui, proiectul propus este în concordanță cu obiectivul general al programului prin care se vizează creșterea competitivității CD prin stimularea parteneriatelor în domeniile prioritare, concretizate în tehnologii, produse și servicii inovative pentru rezolvarea unor probleme complexe și crearea mecanismelor de implementare. Prin politicile adresate, proiectul este în concordanță cu obiectivele derivate ale proiectului prin care se vizează: dezvoltarea de noi materiale, produse și procese de înaltă valoare adăugată; creșterea capacității sectorului de CDI pentru Tehnologia Informației și Comunicații în vederea susținerii societății și economiei bazate pe cunoaștere; creșterea competitivității României în domeniul cercetărilor și tehnologiilor spațiale.

În vederea realizării proiectului, pentru fiecare componentă vor exista activități de:

- studiu și analiză

- proiectare și modelare

- dezvoltare și implementare

- validare și testare

Rezultatele obținute în urma acestui proiect se pot împărți în trei categorii: o soluție pentru echipamentul de navigație în medii „GPS - denied”; o soluție pentru un mediu de testare a echipamentelor de navigație pe baza pseudoliților; o soluție software care va fi implementată pe echipamentele de navigație. Toate aceste soluții vor fi duse până în stadiul demonstrării funcționalității.


Consortiu

 

Membrii consorțiului au fost selectați în concordanță cu abilitățile și competențele lor în scopul atingerii obiectivelor proiectului. Acesta include: ROSA (Agenția Spațială Română), DIGBIT (S.C. DigitalBit SRL), UPBAU (Universitatea Politehnică București), ASTAR (S.C. Aerostar SA), ASRC (Advanced Studies and Research Center). Aceste instituții au mai colaborat la realizarea cu succes și a altor proiecte.

        Agenția Spațială Română (ROSA), conducătorul consorțiului, reprezintă principala structură de cercetare din domeniu aerospațial din România. Personalul său a dovedit competență atât la dezvoltarea a numeroase proiecte de cercetare cât și în administrarea Programelor Naționale de Cercetare Aerospațial și Securitate. Directorul de proiect, dr. ing. Tiberius Tomoiagă, are o vastă experiență în coordonarea proiectelor, el conducând proiecte realizate atât în cadrul Planului Național de Cercetare-Dezvoltare și Inovare precum și în cadrul Planului Sectorial de Cercetare – Dezvoltare al M.Ap. Domeniile acoperite de aceste proiecte sunt: geodezie, fotogrametrie, teledetecție, cartografie, comunicații, realitate virtuală, dezvoltare software, integrare hardware. De asemenea, specialistul are experiență și în domeniul standardizării datorită participării la ședințele grupului de standardizare european privind datele geografice  EN TC 211.

         S.C. Digital Bit S.R.L. (DIGBIT), partener în consorțiu este o intreprindere mica, ceritificată conform ISO 2001:9001, partener certificat Microsoft, membru asociat Intel și partener Vodafone.

S.C. Digital Bit S.R.L., este specializată în livrarea de soliții IT complete, realizâns și având experiență în următoarele activități:

-       Integrare sisteme complexe cu componente hardware și software;

-       Integrarea diferiților senzori în sisteme;

-       Dezvoltarea aplicațiilor software, cu baze de date distribuite, cu elemente complexe de replicări ale bazelor de date, cu interogări facile și tabele temporare, cu proceduri stocate și triggere ;

-       Realizare de aplicații de comandă și control, de management al resurselor;

-       Realizare de aplicații/sisteme de navigație, inclusiv inerțială, și procesare date GPS;

-       Dezvoltarea de aplicații și baze de date GIS;

-       Sisteme de procesare a imaginilor;

-       Sisteme de comunicații analogice, digitale inclusiv prin satelit;

-       Sisteme de criptare a comunicațiilor;

-       Dezvoltător de rețele;

-       Dezvoltător de soluții hardware;

 

       Universitatea POLITEHNICA București (UPBAU) a fost înființata in 1816 si este cea mai importanta universitate tehnica din România (www.pub.ro). Sub aceasta firma de prestigiu activează 13 facultăți (Automatica si calculatoare, Electronica si telecomunicații, Științe aplicate (matematici)).

Peste 20.000 de studenți (5 ani), peste 5000 studenți masteranzi, peste 2000 de doctoranzi urmează cursurile Politechnicii. Peste 25% din absolvenții Politehnicii lucrează, cu succes peste tot in lume. ( de la Universitatea Princeton si Oracle in SUA, pana la Universitatea Perth in Australia.

       S.C. Aerostar S.A. (ASTAR) reprezintă o instituție dominantă în domeniul aerospațial, care a acumulat o vastă experiență privind repararea și modernizarea avioanelor militare, producția de avioane ușoare, echipamente hidraulice pentru aviație, precum și producția de echpamente electronice. În domeniul GNSS – INS, Aerostar a acumulat experiență prin:

- dezvoltarea de hardware/software pentru echipamentele GNSS-INS;

- integrarea echipamentelor GPS și INS în echipamentele de avionică;

- testarea echipamentelor GPS/GALILEO

       Centrul pentru Cercetări și Studii Avansate (ASRC) dezvoltă proiecte de cercetare teoretică și aplicată într-o mare varietate de domenii științifice și tehnologice. ASRC tinde să dezvolte și să aplice soluții inovative din diverse domenii de expertiză, printr-o abordare multidisciplinară, pentru rezolvarea problemelor ce decurg din mediile social, industrial și mediu. ASRC este capabilă să dezvolte și să analizeze modele matematice corespunzătoare, propriile soluții numerice, algoritmi complecși și instrumente software inovative pentru programare și vizualizare, precum și pentru validarea și fundamentarea rezultatelor diverselor teste. Domeniile sale de interes includ dinamica fluidelor, geofizica, mediul, analiza structurală,  biomatematica, telemedicina, realitatea virtuală, dinamica spațiilor, inteligența artificială, societatea informațională. Experții săi au o lungă experiență în proiecte și programe naționale și internaționale din domeniile Spațiului, Aeronauticii, Informaticii și tehnologiei informațiilor, Securității.

Managementul proiectului va fi asigurat de ROSA prin intermediul directorului de proiect, dr. ing. Tiberius Tomoiagă. Contactul între coordonator și parteneri va fi menținut în mod constant prin intermediul responsabililor de proiect din partea fiecărui partener. Periodic se vor face ședințe de informare și se vor stabilii strategiile ce vor fi urmate pentru realizarea activităților planificate.


Plan de realizare

 

Realizarea proiectului se va face in 4 etape majore:

-       Etapa I: Studii si analiza, cu durata de 4 luni si cu termen de finalizare 27.11.2007

-       Etapa II: Proiectare si modelare, cu durata de 11 luni si cu termen de finalizare 26.11.2008

-       Etapa III: Dezvoltare si implementare, cu durata de 12 luni si cu termen de finalizare 24.11.2009

-       Etapa IV: Validare si testare, cu durata de 9 luni si cu termen de finalizare 29.11.2010

 


Buget

 

Valoarea contractului este de 2.000.000 lei, reprezentând suma totală alocată proiectului de la buget, din care pentru anul bugetar:

2007 – 305.000 lei;

2008 – 715.000 lei;

2009 – 675.000 lei;

2010 – 305.000 lei.

 

 

 

Bugetul proiectului este de 2.485.961 lei reprezentând suma totală alocată proiectului, din care pentru anul bugetar:

2007 – 372.500 lei;

2008 – 859.615 lei;

2009 – 869.231 lei;

         2010 – 384.615 lei.

 

 

 

 

Resursele financiare de la buget alocate proiectului sunt canalizate astfel: 25% pentru ROSA, 30% pentru DIGBIT, 10% pentru UPBAU, 30% pentru ASTAR și 5% pentru ASRC.

DIGBIT, ASTAR și ASRC vor cofinanța conform schemei de confinanțare specifică activităților de cercetare industrială.

 


Stadiu actual

 

In prezent proiectul se afla in faza de proiectare si modelare a solutiilor propuse.