TAUBE 2

MulTi-Sensorfusion for Navigation in Unmanned Aerial Vehicles Beyond GNSS-Denied Environments

Programm / Ausschreibung FORTE, FORTE, FORTE - Kooperative F&E-Projekte 2019 Status laufend
Projektstart 01.07.2020 Projektende 31.12.2021
Zeitraum 2020 - 2021 Projektlaufzeit 18 Monate
Keywords UAV GNNS-Jamming Multisensor-fusion Counter UAV Electronic warfare

Projektbeschreibung

Mit zunehmender Automatisierung in der Aufklärung durch UAVs ist auch die Abhängigkeit von Satelliten gestützte Positioniersysteme (GNSS) gestiegen. Dies wurde auch bei der UAV-Abwehr erkannt und wird gezielt genutzt um den UAV-Betrieb aktiv zu stören. Um dieses „Katz und Maus Spiel“ zwischen UAV und Gegenmaßnahmen vollständig zu betrachten, soll in diesem Projekt die Wirksamkeit von GNSS-Jamming auf etablierte UAVs auf der einen Seite und dessen Gegenmaßnahmen auf der anderen Seite untersucht werden.

Ziel des Forschungsprojekts TAUBE2 ist der Funktionsnachweis eines neuen innovativen „Multi-Sensorfusion“ Navigationssystems, welches unterschiedliche Positions- und Lagesensoren dynamisch kombiniert. Dabei sollen auch erstmalig die Möglichkeiten eines innovativen Radarsensors als zusätzliches redundantes Sensorsignal erforscht werden. Der Multi-Sensorfusion Algorithmus wird besonders auf die dynamisch wechselnde Sensorqualität optimiert (z.B.: GNSS-Signal verfügbar / gestört, Drift von relativ Sensoren, guter / schlechter Kontrast von optischen/radarbasierten Positionssensoren). Auf Grund der hohen Komplexität der UAVs und dessen Sensorik (im Besonderen GNSS, dessen Signalcharakterisierungen und optische Positionssensoren), kann dieser Nachweis nur sehr schlecht bzw. sehr approximiert in Simulation erbracht werden, und sollte deshalb unter realen Umgebungsbedingungen und aktiven Störsender erbracht werden. Da die aktive Störung von GNSS im öffentlichen Bereich nicht erlaubt ist, sollen die Flugtests zur Messdatenaufzeichnung mit dem Schiebel CAMCOPTER® S 100 und einem Multicopter-UAV des Bedarfsträgers in dem vom BMLV/ÖBH bereitgestellten Testgelände auf der Seetaler Alpe unter realen GNSS-Jamming durchgeführt werden. Dabei werden neben GNSS, IMU auch die von der Johannes Kepler Universität Linz erforschte Radarsensoren mittels eines von der Alpen-Adria-Universität Klagenfurt entwickelten innovativen „Multi-Sensorfusion“ Algorithmus wissenschaftlich untersucht. Im Zuge des Forschungsprojekts TAUBE2 wird bereits in einem frühen Projekt-Entwicklungsstand dessen Grenzen ausgelotet.

Abstract

The increasing grade of automation is UAV based reconnaissance lead also to an increased dependence on satellite based navigation systems (GNSS). This fact is also recognised by counter UAV activities, specifically used to block UAV operation. In order to fully understand this cat-and-mouse game between UAV and the counter activities, both sides are investigated within this project. During the research-project TAUBE2, the effectiveness of electromagnetic counter UAV methods, such as GNSS-jamming, on well-established UAVs as well as its protection approaches are investigated in parallel.

The goal of the research-project TAUBE2 is a proof of concept for an innovative „Multi-sensor- fusion“ systems, which will dynamically combine various position and orientation sensors. Within TAUBE2 the potential of an innovative radar based sensor will be investigated as additional redundant sensor signal input. The Multi-sensor- fusion algorithm will be optimized for dynamically varying sensor qualities (GNNS-signal available, jammed, sensor drift, good / bad contracts of optical or radar based position sensors). Due to the complexity of state of the art UAV sensors and flight controllers (especially GNSS, which has a very complex signal characteristic as well as camera based positioning systems), a proof of concept by simulation delivers only limited or approximate results. For this reason sensor data has to be recorded under real environmental conditions with active GNSS-jammer in place.
As active GNNS-jammer are forbidden in civil airspaces, flight tests for data recording with the Schiebel CAMCOPTER® S-100 and a Multicopter-UAV of the BMLV, a test area will be provided by the BMLV/ÖBH. At the test area “Seetaler Alpe“ test flights under active GNNS-jamming condition can be carried out. Next to different GNSS-receiver, IMUs a novel radar sensor from the Johannes Kepler University Linz will be combined and scientifically investigated with the novel „Multi-sensor- fusion“ algorithm form Alpen-Adria-Universität Klagenfurt. Within the research-project, TAUBE2 investigates the limitation of this technology already at an early technology readiness level.