WAI VI _ Integracao com FlightGear

Integração do Módulo de Navegação Autônoma do Projeto PITER
com o SIVISAT e o Simulador de Vôo FlightGear
Felipe Leonardo Lobo Medeiros, Leidson Campos Alves Ferreira, Elcio Hideiti Shiguemori, Cap. Fot. Marco
Antônio Pizani Domiciano, Cap. Eng. Marcos Monteiro, Maj. Av. Mauricio Pozzobon Martins
GE
i.n.t.e.l.i.g.ê.n.c.i.a
RESUMO
Este trabalho teve como objetivo a validação do NAV - Módulo de Navegação Autônoma do projeto PITER – Processamento de Imagens em Tempo Real, através da integração deste com o simulador computacional de
vôo FlightGear e da utilização do programa computacional SIVISAT – Sistema de Vigilância por Satélite. Por meio do FlightGear foi possível testar todas as funcionalidades do módulo de navegação autônoma. O SIVISAT foi
usado para a visualização em mapa da navegação feita pela aeronave simulada. Resultados são apresentados.
INTRODUÇÃO
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Veículos autônomos têm sido aplicados com êxito em diversas áreas civis e militares.
Pode-se citar como aplicações militares: o emprego de VANT’s – Veículos Aéreo Não
Tripulados no reconhecimento de alvos militares; na vigilância de regiões; na interceptação e
ataque; etc. Atualmente, reter a tecnologia de sistemas computacionais de navegação
autônoma é de grande importância para uma unidade militar. No IEAv essa tecnologia está
sendo pesquisada através do projeto PITER.
Este trabalho teve como objetivo a validação da fase II do NAV - Módulo de Navegação
Autônoma do projeto PITER – Processamento de Imagens em Tempo Real, através da
integração deste com o simulador computacional de vôo FlightGear e da utilização do
programa computacional SIVISAT – Sistema de Vigilância por Satélite.
O NAV é um sistema computacional de tempo real que tem como principais
funcionalidades: a representação de obstáculos no ambiente de navegação; a navegação de
um VANT; e o replanejamento de trajetórias. O NAV gera uma grade binária para a
representação dos obstáculos, com base na altitude de navegação do VANT e no modelo
digital de elevação da região sobre a qual será feita a navegação. Neste trabalho a altitude de
navegação foi considerada constante. A navegação autônoma é realizada por meio do cálculo
das seguintes instruções de vôo: ângulo de proa, altitude e velocidade do VANT. Estas
instruções são calculadas a partir da rota de navegação (previamente determinada pelo
SPLAM – Subsistema Planejador de Missão, também do projeto PITER), coordenada/posição,
proa e rumo atuais do VANT. Em seguida, as instruções de vôo devem ser enviadas como
referência para os controladores do piloto automático do VANT. O NAV possui um agente de
software que, a cada instante, verifica se o VANT está em uma situação de risco, isto é, se o
VANT está se deslocando para um obstáculo. Se o VANT se encontra em uma situação de
risco, uma trajetória mais segura é calculada e, depois de percorrê-la, o VANT retoma a rota de
navegação normal. O replanejameto de trajetórias é feito com base na grade binária de
representação de obstáculos, da coordenada atual do VANT, e da próxima coordenada da rota
a ser alcançada durante a navegação.
O simulador de vôo FlightGear [1][2] é sistema computacional livre e de código aberto,
que permite a simulação de diversos tipos de aeronaves, efeitos aerodinâmicos, condições
climáticas, modelos digitais de elevação. Permite diferentes formas de comunicação com
outros sistemas computacionais: TCP/IP, http, etc. Dentro do NAV, foi desenvolvido o SSV –
Subsistema de Simulação de Vôo, que consiste em uma interface para a comunicação entre o
SNA – Subsistema de Navegação Autônoma do NAV e o FlightGear. A forma de comunicação
adotada foi TCP/IP.
Neste trabalho, O FlightGear simulou o VANT e o ambiente de navegação, tornando
possível testar todas as funcionalidades do NAV. O SIVISAT foi usado para a visualização em
mapa da navegação feita pela aeronave simulada.
Vários testes foram efetuados com a integração entre o NAV e o FlightGear,
considerando a rota planejada em São José dos Campos e apresentada na Figura 2. A
velocidade e a altitude de navegação foram consideradas constantes e são apresentadas na
Figura 3. A aeronave usada no FlightGear é um Cessna 310. Um exemplo de navegação é
demonstrado na Figura 4. O SIVISAT foi utilizado para a visualização da navegação
autônoma da aeronave comandada pelo NAV. Um exemplo de navegação, por meio do
SIVISAT, é apresentada na Figura 5.
Figura 2. Rota planejada
EXPERIMENTAL
O funcionamento do NAV e a integração deste ao simulador de vôo FlightGear são
apresentados no esquema da Figura 1.
NAV – Módulo de Navegação Autônoma
(modelo digital de
elevação, altitude de
navegação, resolução da
grade binária)
Figura 3. Especificação de velocidade, altitude e ângulo de proa iniciais
SRO - Subsistema
de Representação
de Obstáculos
Figura 4. Navegação autônoma efetuada pelo NAV
(grade binária)
SPT - Subsistema
de Planejamento
de Trajetórias
(rota planejada)
(altitude,
velocidade de navegação)
(coordenada atual,
coordenada
(próxima coordenada
anterior,
da rota)
solicitação de
replanejamento)
SNA - Subsistema
de Navegação
Autônoma
(ângulo de proa,
velocidade,
altitude de
navegação)
SSV - Subsistema
de Simulação de
Vôo
(coordenada atual,
curso atual,
ângulo de proa atual)
arquivo XML
(coordenada
atual)
SIVISAT
(ângulo de proa de referência,
velocidade de referência,
altitude de navegação de
referência)
Figura 5. Visualização no SIVISAT da navegação autônoma realizada
CONCLUSÃO
TCP/IP
Piloto Automático
FlightGear
Figura 1. Esquema simplificado da integração do módulo de navegação autônoma
ao simulador de vôo FlightGear e ao sistema computacional SIVISAT
Os resultados obtidos comprovam a eficiência do NAV e a integração deste ao
FlightGear e ao SIVISAT. Futuramente espera-se desenvolver um novo SRO capaz de gerar
representações tridimensionais dos obstáculos à navegação, a partir de modelos digitais de
elevação.
Referências
[1] Olson, C. “FlightGear Autopilot: Theory, Configuration and Tunning.” http://www.flightgear.org/Docs/XMLAutopilot/.
[2] Sorton, E. F., Hammaker, S. (2005) “Simulated Flight Testing of an Autonomous Unmanned Aerial Vehicle Using FlightGear”.
American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2005 .