Slides - Mimos

MIMOS 2004
Utilizzo di una simulazione distribuita
per la verifica di interoperabilità in
applicazioni navali
Presentato da Davide Tozzi
CETENA
[email protected]
Indice
•Il progetto VISION - Scopi
•Uso dell’HLA per un approccio Total Ship Design
•Team di sviluppo e strumenti impiegati
•Early Prototype - Il primo caso di studio
•Descrizione della Federazione implementata
•Applicazioni della Federazione VISION e sviluppi futuri
Obiettivi
•Implementazione di una simulazione distribuita per un approccio
Total Ship Design.
•Analisi dell’integrazione tra piattaforma e sistema di
combattimento (disposizione degli apparati, interfacce, interferenze,
etc.).
•Analisi della funzionalità e delle prestazioni della nave.
•Studio di un CMS (Combat Management System) avanzato,
definizione e prototipizzazione.
•Ottimizzazione MOE in differenti scenari operativi
•Ottimizzazione delle risorse umane.
•Addestramento.
L’HLA nel progetto VISION
La High Level Architecture (HLA) è un’infrastruttura di
rete standard usata per l’implementazione di simulazioni
distribuite.
E’ uno standard IEEE - 1516
Caratteristiche rilevanti:
RIUTILIZZABILITA’, significa che i modelli di
simulazione possono essere riutilizzati in diversi scenari
di simulazione.
INTEROPERABILITA’ implica l’abilità di combinare e
di mettere in comunicazione più componenti di
simulazione su piattaforme diverse.
La Federazione VISION
WEAPON SYSTEM
PLATFORM
Soft Kill
Hard Kill
ASCM
IR
Decoys
ESM
Torpedos
Jammer
Radar
Chaff
Run
Report
System
GUN 76/127
Helicopter
AirCraft
UAV
Surface
UUV
EMI
Ground
Small Ship
Repository
Underwater
DATA BASE
THREAT
3D Visualiz.
2D Vis.&Maps
Time Infrastructure
SeaSkimmer
Antenna
Farm
VISUALIZ.
SAM
Damage
Execution
Manager
C4I
C3I
SENSORS
Sonar
Ship -Platform
Pilot HCI
Communications
HMI
ORGANIC
Cooperative
Units
Human Machine
Interface
EXTERNAL Environment
WORD
condition
VISION: Team di sviluppo
INGEGNERIA DEI SISTEMI S.p.A.
DIP
Early Prototype – Il primo caso di studio
Ship Platform - Sensors - Combat System
Weapons System
Soft Kill
Sensors System
Ship Motion
Radar
ESM
Chaff
Run
2D Visualiz.
& Maps
3D Visualiz.
Environment
condition
Hard Kill
Jammer
GUN
SAM
Time Infrastructure
Damage
SeaSkimmer
Antenna
Farm
This is our first case of Study :
Early Prototype
C2
Execution
Manager
Early Prototype – Il primo caso di studio
E’ stato configurato uno scenario di tipo Anti Air Warfare
(AAW) nel modo seguente:
1. La nave è in mare aperto.
2. La nave viene attaccata da uno o più SeaSkimmer provenienti
da direzioni differenti e lanciati ad istanti di tempo distinti.
3. La nave reagisce contro la minaccia attraverso il Comando &
Controllo con i seguenti mezzi:
- Soft Kill Reaction (Chaff and Jammers)
- Hard Kill Reaction (SAM and GUN)
Early Prototype - Descrizione della Federazione
• Ship
• 3D Visualization
• Damage Assessment
• Environment
• Radar
• 2D Visualization
• GUN/76
• SAM
• JAMMER
• CHAFF
• THREAT
• Antenna Farm
• C2
Federato Ship Motion & Manovrabilità
Caratteristiche principali:
• Interfaccia uomomacchina
• Modulo di
manovrabilità
RAO
RAO
File
File
Ship
Ship Model
Model
Ship
Ship Motion
Motion
Calculation
Calculation
Sea
Sea Spectrum
Spectrum
Ship
Ship
Manoeuvrability
Manoeuvrability
• Modulo di moti nave
con stabilizzazione
integrata
x,y,z
Yaw, Pitch & Roll
Ship
Ship
Stability
Stability
Federato 3D Visualization
E’ stato
implementato con
l’ausilio delle
librerie di VEGA.
Scenario
Scenario
Database
Database
Environmental
Environmental
Conditions
Conditions
Graphic
Graphic
Libraries
Libraries
DISPLAY
DISPLAY
Objects
Objects
Positions
Positions
Federato 3D Visualization - Esempio
Federato Own_Ship_Damage_Assessment
Questo Federato valuta il
danno
subito
dai
sottosistemi
e
dai
componenti vitali della
nave
per
mezzo
del
software SAVIUS.
Collision
Collision
Detection
Detection
Objects
Objects
Positions
Positions
Vulnerability
Vulnerability
Module
Module
(SAVIUS)
(SAVIUS)
Ship
Ship
Characteristics
Characteristics
DAMAGE NOTIFICATION
Federato Own_Ship_Damage_Assessment - Esempio
Rilevazione delle collisioni e
valutazione
del
danno
tramite il software SAVIUS.
Visualizzazione 3D da
diversi punti di vista.
Federato Environment
I dati relativi alle condizioni ambientali sono centralizzate in
modo da consentire un comportamento uniforme e coerente tra
i federati. Ogni federato varia il proprio modello di simulazione
in funzione delle condizioni ambientali.
•
ship motion and sea keeping
•
radar signal propagation
•
weapon system performance
•
…….
I dati atmosferici e meteo-marini vengono pubblicati (rain
intensity, optical visibility, wind direction, temperature,
pressure, humidity, sea state, current intensity) e possono
cambiare nel tempo e nello spazio (layered values)
Federato Radar
Federato RADAR Multifunzione (EMPAR by AMS)
Funzionalità
• surface and air surveillance
• rilevazione, localizzazione e tracking delle tracce all’interno
dell’area di controllo considerando le condizioni ambientali e
le interferenze
• invio di dati di guida al SAM su richiesta del federato C2
Resource management
• search
• tracking
• up-link
Le tracce radar sono usate da
Federato C2 - Data Fusion
Federato 2D_Visualization and Maps - display
Radar Federate
Federato RADAR Multifunzione (EMPAR by AMS)
Funzionalità
• surface and air surveillance
• rilevazione, localizzazione e tracking delle tracce all’interno
dell’area di controllo considerando le condizioni ambientali e
le interferenze
• invia dati di guida al SAM su richiesta del federato C2
Resource management
• search
• tracking
• up-link
Le tracce radar sono usate da
Federato C2 - Data Fusion
Federato 2D_Visualization and Maps - display
Federato 2D_Visualization&Maps
Il Federato 2D è stato realizzato mediante l’uso delle librerie
di STAGE, in modo da fornire una rappresentazione
bidimensionale dello scenario di simulazione comprensivo di
identificatori delle entità visualizzate.
• maritime truth
composite entities: ship,
missile, chaff
• perceived truth
sensor tracks: radar, ESM
C2 system tracks
• Zooming, spanning e cambiamento del
punto di vista
• Diverse opzioni di filtraggio
2D_Visualization&Maps Federate
Federato GUN/76
Il federato Gun simula il comportamento del Gun 76/62 composto da:
1.
2.
3.
Sistema di tracking
Sistema di fire control
Servo-sistema di controllo e distribuzione
•
•
Il Gun riceve l’interazione di Engagement Plan- EP dal federato C2
Accetta l’EP se il target è all’interno del range gate e del visibility
sector del Gun
Effettua il tracking del target
Spara una o più raffiche
•
•
La neutralizzazione della minaccia è calcolata in accordo con la miss
distance e il fusing range.
Se il Gun distrugge la minaccia, viene inviata un’interazione di
Destroy al Federato Threat che effettua il resign della federazione.
Al termine dell’operazione il Gun invia un’interazione di End of
Engagement Report al federato C2.
GUN/76 Federate
The Gun system federates (by OtoMelara) simulates the Gun system 76/62
composed by
• Tracking radar system
• Fire control system
• Servo-system control and distribution box
1.
2.
3.
4.
The Gun receives the Engagement Plan- EP from the C2 federate
It accepts the EP if the target is in the Gun range gate and in a
visibility sector
It tracks the target
It fires one or more bursts, if target is in the fire gate
The threat neutralization is computed according to the miss distance and
fusing range.
The miss distance is function of Range and tracking, sight and
stabilization errors.
If the target is killed, the GUN federate destroys the threat federate, that
resign the Federation.
An End of Engagement Report is sent to C2 federate.
Federato SAM
Target
features
Destroy
Message to
SS
Env ironmental
info
Guidance
Data
Message
Kinematics
SAM
Damage
Notification
Message
Number of
av ailable
Missile
Launch
instructions
Menager
Message
Fasi modellate:
• Launch Phase
• Guided Phase
• Lock Phase
Federato JAMMER
SS Features
• Modulo di contromisura
caratterizzato da diversi tipi
di contrasto.
Environmental
Info
A Farm Data
JAMMER
System Track
Damage
Notification
Message
Menager
Message
Jammer
features
• Resources Management
Logic, il cui scopo è
selezionare la contromisura
da adottare e gestire una serie
di parametri significativi.
Federato CHAFF
Env ironmental
info
Chaff features
Launch
Istructions
Damage
Notification
Messages
Manager
Messages
•Chaff 3D
CHAFF
Number of
Av ailable
Chaffs
•Blooming del Chaff.
Federato THREAT
Env ironmental
info
Kinematics
chaff and ECM
features
SEA SKIMMER
Destroy
Message
Manager
Message
Seeker
emission
parameters
Il federato Threat simula
il comportamento del
sea-skimmer
e
del
seeker.
Federato ESM
Electronic Support Measure (ESM)
rappresenta un sistema di sensori
passivi montati sulla nave per
rilevare emissioni RF relativi a
sistemi radar esterni.
Seeker
e m i ssi o n
p a ra m e te rs
a n d SS
fe a rture s
On board radar
e m i ssi o n s
p a ra m e te rs
Envi ronm enta l
i n fo
ESM tracks
Il modello è caratterizzato
seguenti parametri:
dai
ESM
An te nn a fa rm
d a ta
Da m ag e
No ti fi ca ti o n
M e ssag e
M e n ag e r
M e ssag e
• Numero di canali.
• Banda di frequenza di ciascun
canale.
• Sensibilità del canale.
• Tempo necessario per l’analisi delle
tracce.
Federato Antenna Farm
Ship Layout
activ e
antennas data
and
equipment
operational
data
Menager
Messages
ANTENNA FARM
For each
receiv er
antenna
Interference
Pow er
Questo federato simula la
presenza di interferenze dovute
all’accoppiamento di antenne.
Fornisce un’indicazione sulla
capacità di copertura di
un’antenna selezionata per una
specificata direzione.
Dead Reckoning Algorithm - DRA
Per ridurre il flusso di dati scambiati tra i federati, il
“produttore” ed il “consumatore” di dati cinematici usano lo
stesso algoritmo di estrapolazione (Dead Reckoning Algorithms
– DRA) per stimare i valori futuri.
Il Federato pubblicante aggiorna tali dati solo quando la
differenza tra il valore reale (simulato) e quello stimato (DRA) è
maggiore di una soglia prefissata in accordo con l’accuratezza
richiesta dalla simulazione.
VISION: Applicazioni e sviluppi futuri
• CMS – Combat Management System
(upgrading del federato C2 per AAW)
• Graceful degradation
• Cooperative Engagement
• Ottimizzazione delle risorse umane
CMS – Combat Management System (upgrading del federato C2 per AAW)
Coordinamento centralizzato per massimizzare la
neutralizzazione della minaccia considerando:
• Threat priority list
• Blind sectors per ogni sistema d’arma
• Prestazioni e disponibilità dei sistemi d’arma
• Interferenze tra i sistemi d’arma (i.e. Chaff - Jammer, etc)
Si deciderà il miglior piano di cordinamento (impiego dei sistemi
d’arma, manovra della nave) in modo da massimizzare la
capacità difensiva della nave.
Saranno usati strumenti per il supporto delle decisioni per
aiutare gli operatori nella scelta della strategia migliore.
Graceful degradation
In caso di collisione Sea Skimmer – Ship:
• Il federato Own-ship Damage Computation stima il
danneggiamento della nave e dei suoi apparati tramite il
modello di propagazione del danno (SAVIUS).
• Il sistema verrà predisposto per poter considerare
configurazioni degradate.
• La nave potrebbe essere pronta a difendersi contro un nuovo
attacco.
Cooperative Engagement
Due navi possono cooperare a livello di CMS scambiando
dati tra di loro.
In caso di attacchi multipli può essere realizzato un
ingaggio cooperativo considerando i seguenti fattori:
• direzione e caratteristiche della minaccia
• risorse disponibili di ogni nave (sistemi d’arma, munizioni,
missili, chaff, etc.)
• manovre attuabili
• segnature delle navi
Ottimizzazione delle risorse umane
CMS Console di nuova generazione: riduzione del personale
per gestire le attività dei sistemi di combattimento,
• incrementando la presentazione dei dati in forma grafica e
acustica
• correlando le informazioni tramite l’integrazione di
sistemi
• filtrando i dati in modo da presentare all’operatore uno
scenario sintetico, evitando il sovraccarico di informazioni
• interpretando i dati: from information to knowledge
• decidendo quali tra le informazioni ricevute devono essere
riportate ai superiori
Obiettivi
Evitare decisioni ritardate/degradate
Diminuire il numero di errori/incidenti
CETENA VISLAB
L’integrazione dell’Early
Prototype è avvenuta nel
VISLAB (CETENA).
Caratteristiche
• Ampio schermo cilindrico
• Due proiettori + due schermi sferici
per una visualizzazione ad alta
definizione
• Input Console per applicazioni
Man-in-the-Loop.