Die NATO setzt MUSCLE Memory ein, um Minen zu finden

MUSCLE Autonomous Underwater Vehicle Deployment. Foto mit freundlicher Genehmigung von CMRE

Unterwasserfahrzeuge kommunizieren, treffen Entscheidungen und arbeiten als Team

Das NATO-Zentrum für maritime Forschung und Experimente (CMRE) in La Spezia, Italien, kombiniert intelligente und muskulöse Methoden, um eine komplexe Herausforderung im Kampf gegen den Krieg zu lösen: Minen in den trüben Gewässern des Küstengebiets zu finden und zu zerstören.

CMRE hat experimentelle unbemannte Fahrzeuge zum Experimentieren entwickelt. Jetzt entwickeln sich diese Fahrzeuge weiter, um miteinander zu kommunizieren, zusammenzuarbeiten und Probleme auf eigene Faust zu lösen.

Laut Dr. Catherine Warner, Direktorin von CMRE, versucht das Zentrum herauszufinden, wo die unbemannten Systeme am besten in den Betrieb passen, und arbeitet wissenschaftlich daran, sie besser, intelligenter, interoperabler, autonomer und effektiver zu machen.

Das ist eine große Herausforderung, aber die kurze Antwort lautet, dass die Wissenschaftler und Ingenieure von CMRE vorhandene unbemannte Fahrzeuge so angepasst haben, dass sie als Team arbeiten.
CMRE entwickelte JANUS, das NATO-Standardprotokoll für die Kommunikation zwischen akustischen Unterwassermodems, und das Distributed and Decoupled Collaborative Autonomy Framework (D2CAF), damit ein Netzwerk unbemannter Unterwasserfahrzeuge (UUVs) miteinander kommunizieren und zusammenarbeiten kann. Mit D2CAF teilt das Fahrzeugteam die Verarbeitung auf die verschiedenen UUVs und das zugehörige unbemannte „Gateway“ -Fahrzeug (USV), sofern vorhanden, die alle über JANUS verbunden sind.

Im Mittelpunkt der Bemühungen steht das unbemannte Unterwasserfahrzeug Bluefin-21 von General Dynamics Mission Systems (UUV) von CMRE, das als UUV für die Minenjagd für verdeckte Küstenexpeditionen im Flachwasser (MUSCLE) adaptiert wurde.

CMRE nutzte die offene Architektur und Modularität des Bluefin-21, um es mit einem Thales-Sonar mit synthetischer Apertur (SAS) auszustatten, mit dem große Bereiche schnell und mit hoher Auflösung betrachtet und abgedeckt werden können. MUSCLE verfügt über einen integrierten Speicher mit einer digitalen Objektbibliothek, die die automatische Zielerkennung (ATR) unterstützt. Es kann Objekte in Echtzeit erkennen und kategorisieren und berücksichtigt Faktoren wie die Datenqualität und die Komplexität des Bereichs, um die Bedrohung und das Sicherheitsniveau zu bestimmen. Sie kann dann ihre Mission planen, um diese Unsicherheit zu verringern. Und mit D2CAF kann es diese Missionen als Team ausführen.

Für seine Experimente benötigte CMRE ein System, das robust, robust und zuverlässig ist.

"Genau das ist MUSCLE", sagte Rob Been, stellvertretender Leiter der CMRE-Technik. Einteilung. „Wir haben die Bluefin-21 schon ziemlich lange. Und im Laufe der Jahre haben wir die Zusammenarbeit mit Bluefin modularer gestaltet. “

Die UUVs MUSCLE und BLACK CAT an Bord der NRV ALLIANCE vor der Teilnahme an GAMEX'17. (Foto: NATO CMRE) MUSKEL und SCHWARZE KATZE in der GAMEX '17-Übung)

CMRE startete mit einem Bluefin mit integriertem Echolot mit synthetischer Apertur, das die Fähigkeit hatte, vorprogrammierten Wegpunktaufzeichnungen zu folgen. „Wir müssten das Fahrzeug nach jedem Lauf retten und die Daten sichern. In Zusammenarbeit mit unseren Wissenschaftlern und Ingenieuren können Sie jedoch sehen, was jetzt möglich ist. Es verfügt sowohl über CPUs als auch über GPUs - Zentraleinheiten und Grafikprozessoren - und kann daher viele parallele Prozesse ausführen. Wir haben es der Bluefin MUSCLE ermöglicht, in Echtzeit unter Wasser zu sehen und so durch Betrachten der Bilder zu bestimmen, was als nächstes zu tun ist. “

MUSCLE kann mit einem "Strahler" -Suchmuster beginnen und bestimmt in Abhängigkeit von der Sichtbarkeit und der Leistung des Sensors, die auf der Umgebung zu diesem Zeitpunkt basieren, den Abstand des Strahlermusters. „Sie möchten keine Lücken haben, also müssen Sie das optimieren. Der Vorteil der Verfügbarkeit dieser Daten und der Fähigkeit, diese Daten an Bord zu verarbeiten, besteht darin, dass Sie diese Entscheidungen in Schritten treffen und so sicherstellen können, dass Sie keine Lücken haben. Wenn es etwas sieht, sendet es mit seinem akustischen Unterwassermodem eine Nachricht an die Gateway-Boje und die Gateway-Boje sendet sie zurück an das Schiff und sie können die Erkennungen in Echtzeit sehen. Das Fahrzeug verfügt über eine automatisierte Zielerkennungssoftware, mit der mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit festgestellt werden kann, ob es sich um ein solches Ziel handelt. Wenn Sandwellen erkannt werden, kann die Position im Verhältnis zur Sandwelle optimiert werden, um ein besseres Bild zu erhalten. Dank der kollaborativen Autonomie können auch kleinere Fahrzeuge aufgefordert werden, eine Reihe von Erkennungen zu inspizieren und Video-Feeds zu sammeln, die wiederum an das Schiff zurückgespeist werden können. “

Dr. Samatha Dugelay, Programmmanagerin für autonome Marineminen-Gegenmaßnahmen bei CMRE, sagte, das Zentrum habe ein weiteres Bluefin-21 als kollaborativen Autonomieteststand namens Black CAT angepasst, um D2CAF zu demonstrieren, indem MUSCLE und Black CAT zusammenarbeiten. MUSCLE verfügt über einen akustischen Doppler-Stromprofiler, der die Stromrichtung und -geschwindigkeit erkennt und seine Suchmuster neu programmieren kann, um Ströme zu berücksichtigen. Black CAT, das eine Version von D2CAF enthält und zur erneuten Erfassung verwendet wird, ist mit einem vorausschauenden Teledyne Blueview 900-Sonar (FLS), einer optischen Kamera, einem Blueview 2,25 MHz-Mehrstrahl-3D-Sonar und einer ARIS-Kamera ausgestattet. CMRE verfügt außerdem über ein Paar Konsgberg Hydroid REMUS 100-Fahrzeuge mit Seitenscan-Sonar und Mehrstrahl-Echolot (MBES) zur erneuten Erfassung und ein IQUA Robotics SPARUS UUV mit ARIS zur erneuten Erfassung und simulierten Neutralisierung.

Wenn MUSCLE nicht direkt mit einem seiner kollaborierenden Fahrzeuge kommunizieren kann, kann es die Gateway-Boje auf einem USV wie dem LiquidRobotics WaveGlider von CMRE verwenden, um Nachrichten von einem untergetauchten Fahrzeug an ein anderes oder zurück zur Host-Plattform weiterzuleiten.

"Sie alle können unterschiedliche Aufgaben ausführen", sagte Dugelay. „Zum Beispiel geht MUSCLE aus, führt die Weitwinkeluntersuchung durch und findet die Erkennungen. BlackCAT verfügt über eine optische Kamera und einen zukunftsweisenden Mehrstrahl-Echolot, um das Ziel erneut zu erfassen. Es handelt sich also um zwei ähnliche Bluefin-Fahrzeuge, die für verschiedene Aufgaben angepasst wurden

„Die Analyse dessen, was es gesehen hat, und die Bestimmung, was als nächstes von der Fahrzeuggruppe getan werden muss, erfolgt schrittweise an Bord der MUSCLE“, sagte Dugelay. „MUSCLE kann das Risiko bestimmen, dass noch etwas vorhanden ist, das es nicht gefunden hat, und es kann eine zusammengesetzte Risikokarte entwickeln, um entweder ein Gebiet weiter abzusuchen oder andere Fahrzeuge wie den Black CAT einzusetzen, um nachzuschauen näher und verringern Sie dieses Risiko. "
CMRE führt In-Water-Tests durch und hat seine Systeme in Betriebsübungen wie das griechische ARIADNE-Minen-Gegenmaßnahme-Experiment (GAMEX) und die spanischen und italienischen Minen-Gegenmaßnahme-Übungen (MINEX) integriert.

Das Zentrum kann auch seine umfangreichen Modellierungs- und Simulationsfunktionen nutzen, um die kollaborativen autonomen Systeme und Betriebskonzepte in verschiedenen und komplexen Betriebsumgebungen zu bewerten.

Über den Autor
Edward Lundquist ist ein pensionierter Kapitän der US Navy, der häufig für Marine Technology Reporter schreibt. Er reiste nach La Spezia, Italien, um diese Geschichte zu berichten.