Górnośląskie Centrum Obliczeń Naukowych i Inżynierskich

kierownik pracowni:

Prof. dr hab. inż. Aleksander Nawrat 

 

Laboratorium Modelowania i Symulacji Obiektów Bezzałogowych zajmuje się badaniem metod sterowania oraz zarządzania rojem różnego typu obiektów bezzałogowych, ze szczególnym uwzględnieniem problemów wzajemnej współpracy pomiędzy bezzałogowymi obiektami latającymi oraz naziemnymi. Zespół laboratorium posiada bogate doświadczenie w projektowaniu i budowie kompletnych rozwiązań obiektów bezzałogowych klasy mini z wykorzystaniem samodzielnie zaprojektowanej i wykonanej elektroniki, oprogramowania oraz algorytmów sterowania. W ramach prac w laboratorium z powodzeniem stworzono wiele bezzałogowych obiektów latajacych typu latające skrzydło oraz helikoptoerów o wirnikach o długości począwszy od kilku centrymetrów, a na pięciometrowych kończąc. Specjalizujemy się w opracowywaniu algorytmów autonomicznego sterowania obiektami bezzałogowymi typu latające skrzydło ze szczególnym uwzględnieniem zagadnienia bezszelestnego szybowania. Nasza zainteresowania badawcze koncentrują się na zagadnieniach autonomicznego sterowania i zarządzania rojem obiektów bezzałogowych. Obecnie rozwijamy system siatki bezzałogowych obiektów latających różnego typu, która może dostarczyć na żadanie wsparcie bezzałogowym obiektom lub budynkom na ziemi.

Algorytmy wykorzystywane w systemach eksperckich, z grupy algorytmów konsensusowych są znane od dziesięcioleci, jednakże ostatnimi czasy przeżywają renesans ze względu na możliwość ich zastosowania w ramch rozproszonych systemów współpracy pomiędzy bezzałogowymi obiektami bezzałogowymi. W ramach prowadzonych badań realizuje się prace m.in. nad:

  •  koordynacją pomiędzy podmiotami w grupie, która wymaga dzielnia się informacjami w sieci, która jest zwykle modelowana jako graf skierowany lub nieskierowany. Podczas realizacji algorytmu podmioty uczestniczące wypracowują spójną informację dotyczącą celów oraz środowiska, czyli osiągają konsensus.
  •  algorytmami konsensusowymi z grupy ang. max-consensus, które są szczególnie istotne podczas zagadnienia wyboru lidera roju. Prowadzone są prace badawcze wpływu lidera na działania grupy oraz wpływu czasu w którym grupa nie ma lidera na jakość sterowania.
  •  badaniem właściwości zbieżności algorytmów konsensusowych określanych macierzą Laplace’a grafu komunikacyjnego. W ramach testów prowadzone są badania nad propagacją informacji na temat położenia oraz prędkości pomiędzy podmiotami uczestniczącymi w dwóch niezaleznych sieciach komunikacyjnych. Okazuje się, iż również w takim przypadku jest możliwe osiągnięcie konsensusu.

W ramach prac laboratorium wykorzystuje się komunikację grupową i sterowanie rojem oraz rozproszone techniki optymalizacyjne w celu maksymalizacji żywotności sieci czujników bezprzewodowych w konteksćie powolnego zanikania kanałów komunikacji. Komunikacja grupowa i sterowanie rojem obiektów bezzałogowych bazuje na modelowaniu oraz sterowaniu z możliwie niewielkim opóźnieniem obiektami bezzałogowymi, przy jednoczesnym umożliwieniu komunikacji pomiędzy podmiotami uczestniczącymi w sieci, oraz z uwzględnieniem ich nieliniowej dynamiki. W systemach rojowych poszczegolne podmioty uczestniczące (obiekty bezzałogowe) komunikują swój stan jeden do drugiego dlatego błędy związane z opóźnieniem propagacji informacji  są zależne od ilości przesyłanych danych oraz liczby podmiotów uczestniczących. W ramach prac laboratorium rozwijany jest rozproszony system prototypowania algorytmów sterowania z wykorzystaniem metodyki prototypowania z wykorzystaniem wirtualnych czujników oraz wirtualnych członów wykonawczych, oraz zestaw narzędzi umożliwiających optymalizację przepustowości informacji w systemach sieciocentrycznych rojów obiektów bezzałogowych. Laboratorium rozwija zarówno algorytmy związane z planowaniem trasy roju, jak i sterowania predykcyjnego.

 

1

 


Nasze laboratorium intensywnie korzysta z metod szybkiego prototypowania, środowisk symulacyjnych (Lockheed Martin Prepar3D), wirtualnej i rozszerzonej rzeczywistości oraz metodyki prototypowania algorytmów sterowania z wykorzystaniem wirtualnych czujników i wirtualnych członów wykonawczych. Dotychczas zbudowaliśmy środowisko testowe składające się z wielu bezzałogowych obiektów latających różnego typu oraz systemu informatycznego. Podczas prowadzenia badań interdyscyplinarnych pokonujemy wiele problemów, takich jak: zarządzanie i sterowanie rojem obiektów bezzałogowych, projektowanie i budowanie elektroniki i oprogramowania, przetwarzanie w czasie rzeczywistym strumienia obrazów cyfrowych, bezpieczna komunikacja w systemach sieciocentrycznych, zarówno w zastosowaniach cywilnych, jak i wojskowych. Istnieje wiele możliwości zastosowania w praktyce zarządzania i sterowania rojem heterogenicznych obiektów bezzałogowych. Jesteśmy przekonani, iż rozwijane przez Laboratorium technologie mogą pomóc podczas m.in. misji ratowniczych, zapylania upraw, ustanawiania sieci łączności kryzysowej w czasie klęsk żywiołowych takich jak trzęsienia ziemi, wybuchy wulkanów, czy tsunami. Współpracujemy z Wydziałem Mechanicznym, Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej oraz Wojskową Akademią Techniczną.

 

2