Versuchs- und Laborausstattung
Bodenstation
Wesentlicher Bestandteil eines jeden unbemannten Luftfahrtsystems ist die Bodenkontrollstation. Im Verlauf der Aktivitäten am Institut für Flugsystemtechnik sind unterschiedliche Konzepte verwirklicht worden, angefangen vom einfachen Tablet-PC oder Laptop-System und einer transportablen Bodenstationsbox mit integrierten Datenlinks. Zur schnellen und reibungslosen Durchführung von Flugversuchen wird seit 2006 ein speziell ausgerüstetes Transportfahrzeug verwendet. In diesem Fahrzeug befinden sich drei vollständige Arbeitsplätze inklusive Hardware, Datenlinks, internem Netzwerk und Stromversorgung. Darüber hinaus ist eine Befestigungsmöglichkeit für den gefahrlosen Transport der Flugversuchsträger vorhanden.
Mittels verschiedener Datenlinks werden die Zustandsdaten vom fliegenden Träger zur Bodenstation übertragen und stehen dann nahezu in Echtzeit zur Verfügung. Dies ermöglicht die Überwachung, Programmierung und Steuerung während der Experimente. Einem Operator stehen dafür Instrumente, Diagramme, numerische Displays, simulierte Außenansichten des Versuchsträgers sowie eine Kartenansicht zur Verfügung. Als Redundanz steht ein Sicherheitspilot bereit, der das Luftfahrzeug bei Fehlverhalten oder im Notfall mit einer herkömmlichen Fernsteuerung manuell bedienen kann.
Simulatoren und Testeinrichtungen
Parallel zur Hardwareentwicklung der Luftfahrtsysteme wurden umfangreiche Tools für die Modellierung, Simulation und Regelung der fliegenden Plattformen entwickelt. Die sogenannte Software-in-the-Loop-Simulation ermöglicht eine schnelle Erprobung neuer Verfahren und Technologien und die Anpassung von Parametern auf einem beliebigen Arbeitsplatzrechner. Bei Erfolg werden die gleichen Versuche im Labor in einer sogenannten Hardware-in-the-Loop-Simulation unter wesentlich realistischeren Bedingungen durchgeführt. Dabei wird die Originalhardware des Luftfahrzeugs mit emulierten Sensoren verwendet. Ein entsprechendes Echtzeit-Simulationssystem zur Berechnung der Sensordaten aus angenommenem Modellverhalten und Umgebungsbedingungen steht zur Verfügung. Die so ermittelten Resultate kommen den Flugversuchen sehr nahe und die Wahrscheinlichkeit von Fehlversuchen ist damit stark reduziert.
Die Simulatoren können mit einer eigenen Visualisierungsumgebung verknüpft werden, bei denen die Versuche in einer 3D-Darstellung realer Umgebungen dargestellt werden. Dabei stehen 3D-Modelle verschiedener real verwendeter Flugversuchsgebiete zur Verfügung.
Zur Simulation von Bildverarbeitungsversuchen ist ein spezieller Aufbau vorhanden, bei denen eine oder mehrere Kameras Monitore abfilmen, auf denen die Visualisierungsumgebung der Simulation aus Sicht der Kameras am Flugversuchsträger gezeigt wird. Damit können sowohl Bildverarbeitungsalgorithmen, als auch das Zusammenwirken von Bildverarbeitung und Flugsteuerung getestet werden. Spezielle Objekte wie künstliche Hindernisse können der Visualisierungsumgebung hinzugefügt werden, um entsprechende Flugversuche im Voraus zu erproben.
Referenzmesssystem
Zur Bewertung der aktuellen und in Entwicklung befindlichen Navigationsverfahren während der Flugversuche wird ein Referenzortungssystem eingesetzt, welches sowohl vom Luftfahrzeug selbst, als auch zum Beispiel von Satellitennavigation unabhängig ist. Hierzu wird ein zielverfolgendes Tachymeter eingesetzt, welches mit einem Laser kontinuierlich die Position eines am Luftfahrzeug angebrachten Zielreflektors vermisst. Das verwendete System ermöglicht neben der automatischen Verfolgung von bewegten Zielen und einer Abtastrate von etwa sechs Messungen pro Sekunde eine Vermessung der 3D-Position mit einer Genauigkeit im Zentimeterbereich, bei Entfernungen zum Luftfahrzeug bis zu mehreren hundert Metern. Eine Referenzpositionsbestimmung ist damit auch beispielsweise dann möglich, wenn Flüge in Bereiche mit eingeschränkter Satellitennavigation (z. B. unterhalb von Brücken) erfolgen. Somit können beispielsweise die am Institut entwickelten Navigationsverfahren zur Überbrückung von temporären Ausfällen des Satellitenempfangs unter realistischen Bedingungen evaluiert werden.
