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Lunedì 04 Febbraio 2019

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UAV - Rapace TMP-200

DESCRIZIONE

TMP‐200 - Veicolo aereo di sorveglianza senza equipaggio

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Questo elicottero di ridotte dimensioni, può essere caricato nel vano di un auto ed è dotato di tecnologia a multi controllo, per la gestione del volo e della videocamera ad alta definizione, brandeggiabile a 360°.

Elicotteri robotizzati in grado di volare in modalità completamente automatica con un piano di volo predeterminato su computer o in modalità assistita usando un semplice joistck o un notebook per controllare il volo e le apparecchiature di bordo.

La semplicità operativa e l’assoluta impossibilità di commettere errori involontari fa si che l’utilizzo di tali apparati non richieda alcun addestramento particolare per un immediato utilizzo.

L’utilizzazione di tali elicotteri, data la loro elevata affidabilità e la loro semplicità d’uso, si adatta ad un infinità di campi:

  • Dalla semplice sorveglianza dall’alto, sorveglianza in tempo reale di atti criminosi da postazione remota;
  • Alle indagini di intelligence: l’UAV che funziona con le batterie ricaricabili , sopra i 150 metri non si sente e non si vede mentre con l’ottica diurna e notturna montata, permette di vedere perfettamente un auto una targa o i tratti somatici di un viso
  • Al controllo del traffico automobilistico e ferroviario
  • Al sopralluogo immediato di zone inaccessibili
  • Al controllo delle coste e delle acque territoriali , per la Sorveglianza marittima per la pesca di frodo; Controllo di confini e zone costiere All’inseguimento e alla scoperta di eventuali fuggiaschi utilizzando telecamere termiche
  • Per la prevenzione e supporto al contenimento degli incendi sempre con camere termiche e/o visive
  • Al controllo dei siti pericolosi senza esporre a rischi inutili uomini o animali
  • Alla scorta di convogli pericolosi o in aree di guerra (gli elicotteri hanno un numero di classifica nel catalogo NATO e attualmente sono utilizzati dalle forze NATO in Afganistan)
  • Al trasporto in aree non accessibili o pericolose di piccoli oggetti (fino a un peso di 20 kg) come rover per l’analisi del terreno o per il soccorso. Consegna di materiali salvavita in un raggio relativamente ampio; Ricerca di ostaggi e/o dispersi;
  • Controllo di manifestazioni e insurrezioni
  • Per l’analisi spettrografia del territorio per rivelare da composizione del suolo e del sottosuolo in particolare:
    • la presenza di sostanze pericolose
    • lo stato di salute e di crescita delle coltivazioni
    • il livello d’irrigazione di un territorio
    • il livello d’inquinamento delle acque interne e marine
  • e per infinite altre applicazioni dove un velivolo agile maneggevole economico e facile da pilotare può essere impiegato per operazioni che altrimenti avrebbero bisogno di un grosso dispendio di forze e mezzi con conseguenti impossibilità operative
  • Per la fotografia aerea di precisione georeferenziata e informazioni 3D per il rilevamento orografico
  • Accesso a zone ad alto rischio;

Volo strumentale senza rischi per equipaggio;
Atterraggio e decollo da spazi estremamente ridotti.
Dotati di motori a scoppio, questi velivoli hanno un autonomia di volo fino a 4 ore;
Possono trasportare carico utile fino a 20 Kg;
Possono essere girostabilizzati.

Specifiche tecniche TMP‐200:

Length: 2790 mm, 110”
Width:
760 mm, 30”
Height:
860 mm, 34”
Main Rotor (M/R) Diameter:
3000 mm, 118”
Tail Rotor (M/R) Diameter:
700 mm, 28”
Dry Weight:
25 kg, 55 lbs.
Fuel Capacity:
2 liter, 67 oz., (50:1 2-strok oil, premium gasoline); up to 31 liter, 1000 oz. Tanks available
Engine:
121 cc, 8.7 HP, 2-stroke gasoline
Generator (optional):
150W, 12V power bus with battery backup
Climb Rate:
122 mpm, 400 fpm (AFCS regulated)
Maximum Speed:
80 kph, 50 mph (AFCS regulated)
Endurance:
up to 4 hours (depending on fuel tank configuration)
Maximum Payload:
22.7 kg, 50 lbs. (depending on options, altitude, fuel load)
Telemetry:
802.11-based, 800m, 87yards, LOS range (other systems available)
Safety Controller:
72Mhz, 730m, 800yards, LOS range

Autonomia di 10 km
Può volare in situazioni di vento fino a 30 nodi.

The UAV is capable of fully autonomous flight with a safety operator to perform takeoff and landing and to engage and disengage the autonomous flight control system (AFCS). The AFCS utilizes an advanced stable‐hover (Patent Pending) control system. The helicopter has several modes of operation:

  • velocity command mode (VC‐Mode): the helicopter position is commanded by the safety operator using proportional velocity commands. For example, the cyclic control stick becomes the velocity control stick in velocity command mode. The stick commands the helicopter to move in the commanded direction at a speed proportional to the amount of stick movement on the transmitter.
  • way point route plan mode (WAY‐Mode): helicopter flies a preprogrammed series of way points (coordinates, heading, altitude, speed and other way point attributes)
  • command mode (CMD‐Mode): the helicopter is commanded in an ad‐hoc fashion by sending it guidance commands from another computer. These commands can be given by a human operator or by another computer system.

The AFCS is easily interfaced using a C/C++ library. This library provides fullbandwidth telemetry data and services to command and control the UAV.

 
Illustration 1: Moving map and AI display on the ground control station Illustration 2: Video and operating control display

Applicazioni

  • Osservazione dall'alto per investigazioni
  • Videosorveglianza tattica, riprese su tetti, strategie prima di agire
  • Inseguimenti aerei
  • Ricerca e ritrovo utilizzando videocamere standard, videocamere termiche o infrarossi, coprendo ampie aree in un minuto
  • Ispezionare e valutare vaste zone pericolse e mappare le più sicure
  • Ispezionare strutture come interni, ponti e zone inaccessibili per motivi di sicurezza, crolli o incendi
  • Sorveglianza in zone limitate
  • Ispezioni immediate di disastri aerei per valutare la gravità della situazione
  • Attentati o incidenti dove sono coinvolte sostanze chimiche e biochimiche
  • Ispezionare un luogo dove c'è un ordigno inesploso o analizzare una bomba sospetta
  • Documentare operazioni per poi rivederle, analizzarle e discuterle
  • Volo radente al suolo per superare zone chiuse al volo
  • Documentare scene dove si è commesso un crimine e riprendere i dettagli dall'alto
  • Osservazione dell'ordine publico
  • Localizzare e inseguire persone e veicoli fuggitivi.
Opzioni
  • Ricevitore video a terra con registratore digitale
  • Serbatoio aggiuntivo
  • Controllo di volo autonomo e/o programmato con computer/video, controllo GPS o navigazione terra/aria
  • Trasmettitore video ad alta potenza con criptazione del segnale per estensione raggio d'azione
  • Varie video camere (fisse, IR, Multi‐Camera), trasmettitori video e dispositivi di fissaggio carico.

Scuola di volo

  • Corso di volo base negli Stati Uniti per 1 settimana.
  • Centro di addestramento volo ‐ 2 settimane (costruzione, manutenzione, addestramento con simulatore, addestramento di base, include un elicottero di addestramento costruito dal Pilota/allievo, aggiustamenti).
  • Centro di addestramento volo ‐ addestramento volo avanzato di 2 settimane (manutenzione, addestramento con simulatore, addestramento volo avanzato, aggiustamenti).
  • Contratto: Presso vostra sede, è disponibile, sotto contratto, l'addestramento volo.
  • Contratto di manutenzione.

Confronto con veicolo elicottero vero: i costi di gestione di un veicolo vero sono di 7000 euro ogni volta che vola e di 5000 euro per ogni ora di volo , mentre il sistema TMP-200 vola per 5 ore a 80 km orari il serbatoio può portare fino a 31 litri di gasolio , per cui i costi non superano le 10 euro l’ora.
Per il personale sarebbe sufficiente una persona tuttavia si possono prevedere 2 persone 1 dedicata per la gestione della stazione di comando e controllo e l’altra potrebbe essere un elicotterista per la sicurezza del volo.
Una completa sorveglianza e monitoraggio di vaste aree all’aperto richiedono notevoli energie umane, attrezzature, pianificazione, e costante vigilanza delle precauzioni utilizzate.
Idealmente, si sostituirebbero le single responsabilità umane con soluzioni automatiche minimizzando sia i rischi che i costi laddove è possible.
Questa parte descrive un sistema multi‐camera istallato su di un veicolo aereo senza equipaggio (UAV) progettato per svolgere in autonomia ricognizione di ampie aree ed inseguimenti in ambienti all’aperto.
Tale soluzione automatizzata consente un migliore monitoraggio complessivo con un minore coinvolgimento di risorse umane.
Questo sistema è implementato usando un normale personal computer (GPPC) con sistema operativo Linux e altri hardware commerciali off‐the‐shelf (COTS).
Il computer è utilizzato per preprogrammare e poi controllare in volo il sistema di micro‐controllori che è integrato negli elicotteri.
Lo scopo principale del sistema di controllo di volo in cui un operatore umano tiene il controllo completo del pilotaggio automatico di volo tramite un interruttore, è quello di portare l’elicottero nel posto desiderato.
Data la struttura 2‐D di un’area, il sistema di controllo degli elicotteri intercettatori UAV è progettato per minimizzare i tempi dei voli a breve distanza in qualsiasi punto del perimetro durante l’azione di rilevamento.
Il sistema di controllo si basa su un’unità di misura inerziale e un (IMU) controller proportional‐integralderivate (PID).
Le capacità di volo e librazione dell’elicottero assicurano un’elevata efficienza nel rilevamento e inseguimento di intrusi. Grazie al generoso carico dell’elicottero, l’impiego di sensori sta raggiungendo >90% di copertura a costi ottimizzati per numerose areee dati molteplici i parametri e tipi di telecamere.
In una tale strategia, parte della flotta UAV può essere impiegata per un volo di pattugliamento continuo in cui, la divisione dell’area in zone di approsimativamente di 200 Km di perimetro ciascuna, l’elicottero potrebbe funzionare ininterrottamente sulla base di one‐on e one‐in‐standby.
Per ogni zona consigliamo di impiegare due heavy‐duty TMP-200 principalmente attrezzati per un’autonomia di lunga durata e con telecamere termiche e daylight.
Il TMP-200 può pattugliare le zone assegnate. Con un’adeguata programmazione, I sensori possono essere istallati nell’elicottero che può produrre e inviare un allarme alla sala comandi.
Per assicurare una maggiore affidabilità per l’inseguimento di intrusi, un UAV con capacità di intelligent imaging può intercettare e inseguire l’intruso fino all’arresto.
Nella sala comandi il personale responsabile delle operazioni può analizzare l’allarme guardando il video e le immagini inviate dall’elicottero. Il sistema di sorveglianza basato sugli elicotteri UAV fornisce una moderna, sicura ed economica soluzione alle problematiche inerenti al monitoraggio di ampie aree.

Come metodo di maggiore successo nella sorveglianza in conflitti oltremare, i veicoli senza equipaggio comandati a distanza, hanno recentemente ricevuto notevole attenzione, in particolare i veicoli aerei (UAV).
Il motivo principale del crescente interesse è la capacità di sostituire operatori umani nello svolgimento di missioni pericolose, sudice o monotone.
Inoltre, zone critiche, come basi militari, frontiere, aree costiere etc. Richiedono una completa sorveglianza e monitoraggio. Attualmente è necessario l’impiego di considerevoli risorse umane per monitorare adeguatamente ampie aree all’aperto.
E’ chiaramente necessario ottimizzare operazioni con una soluzione che può fornire una persistente sorveglianza di ampie aree con un rapporto costo/efficienza ottimale.
Una strategia che impiega veicoli aerei senza equipaggio può svolgere missioni come queste in modo più sicuro ed efficiente.
Una strategia basata sugli elicotteri UAV‐ può essere programmata per garantire una sorveglianza continua di un’area o un confine e fornisce inoltre la possibilità non solo di rilevare ma anche di inseguire intrusi in un’area con divieto.
I veicoli Fixed‐wing (come il Predator) necessitano di una pista per il decollo e l’atterraggio, e non possono fermarsi a mezz’aria.
I veicoli Rotary wing (elicotteri), al contrario, hanno lo specifico vantaggio di decollare e atterrare verticalmente (VTOL) e librare in posizione fissa come pure girare intorno ad un obiettivo immobile.
Mentre gli aerei devono mantenere un minimo di velocità per rimanere in volo, gli elicotteri possono muoversi lentamente fornendo un potenziale livello superiore di dettagli e risoluzione di dati in‐flight.
Inoltre, la capacità di carico degli elicotteri UAV è caratteristicamente maggiore rispetto a quella degli aerei, consentendo l’istallazione di una maggiore varietà di dispositivi fit‐for‐purpose.

UAV‐ STRATEGIA DI SORVEGLIANZA BASATA SUGLI ELICOTTERI
CARATTERISTICHE FUNZIONALI DEGLI ELICOTTERI UAV
Questi elicotteri sono dotati di una piattaforma particolarmente interessante e utile per l’avanzata sorveglianza di vaste aree grazie alla capacità di svolgere due tipologie diverse di volo.

  • In librazione, il controllore dell’elicottero deve equilibrarlo contro la forza di gravità e rispetto alle sei diverse direzioni: su, giù, nord, sud, est e ovest.

Il risultato finale è un veicolo in grado di stabilizzarsi a qualsiasi altitudine o posizione. Questa capacità è particolarmente utile nella sorveglianza, quando un obiettivo deve essere osservato dettagliatamente. Inoltre, un elicottero può librare lentamente in qualsiasi direzione. Uno dei casi in cui la librazione è fondamentale è l’inseguimento di un obiettivo.
Quando una persona o un oggetto si introduce in un’area vietata e devono essere inseguiti, l’elicottero deve essere in grado di affrontare drastici cambiamenti di velocità, per questo consente l’inseguimento anche degli oggetti più imprevedibili.

  • Durante il volo, l’elicottero inclina al centro e accelera.

Con l’aumentare della velocità in direzione laterale, l’elicottero inizia ad agire sempre meno come un rotor e sempre più come un aeroplano. Questo rende possible l’inseguimento di oggetti ad alta velocità.
Tuttavia, l’elicottero può volare in qualsiasi direzione e diminuire l’altitudine alla massima velocità a partire dalla librazione, è inoltre dotato della capacità di spostarsi da un punto all’altro rapidamente nelle missioni con tempi critici.
Queste due modalità di volo descritte non sono completamente distinte in quanto il volo dell’elicottero è un operazione dinamica e non‐lineare, e varia passando gradualmente da quello tipico di un rotor in librazione al volo propria dell’aeroplano.
In vista della possibilità di sostenere un carico significativo, un elicottero UAV può essere attrezzato con un assortimento di pacchetti sensori, che sono strumentali per le funzioni di rilevamento, inseguimento ed allarme
Navigational sensors comprendono giroscopio, magnetometro, accelerometro, altimetro, e sistema di posizionamento globale (GPS).
Data collection sensors generalmente comprende video cameras, telecamere a immagini ferme, sistema ad immagini termiche, laser‐range scanners, ed altri dispositivi high‐tech imaging.

Intrusioni: un problema particolare in strategie di sorveglianza di vaste aree
Vaste aree all’aperto, confini particolarmente critici e basi militari, richiedono il più alto livello possible di monitoraggio persistente. Il monitoraggio comprende il rilevamento dell’intruso in tutti i punti del perimetro.
Perciò, il problema è la costante sorveglianza di ampi, definiti ambienti e la capacità di inseguire gli intrusi identificati.
Gli intrusi possono introdursi in qualsiasi punto del perimetro e devono essere intercettati in un tempo minimo.
Questi problemi sono ben noti, e potrebbero avere molte soluzioni. Qui, proponiamo un metodo che minimizza i costi impiegando un elicottero UAV che agisce sia da pattugliamento che da intercettazione.
L’elicottero è in grado di notificare un’intrusione all’interno del perimetro, e poi può essere facilmente guidato per l’inseguimento del soggetto.

Sistema di controllo UAV
L’implementazione del sistema di controllo del volo utilizza un PC generico ed elementi commercialmente off‐the shelf (COTS) PC (GPPC) con sistema Linux che controlla un sistema appositamente inserito basato su microcontroller.
Il sistema di controllo UAV può essere scomposto in varie parti:
Il controllo di alto livello essendo svolto dalla stazione centrale di controllo comprendente la pianificazione della missione e il sistema di ripartizione, interfaccia di controllo e monitoraggio. Il sistema di controllo e percezione on‐board compresi i metodi di campionatura dell’ambiente.
Il centro di controllo fornisce un’interfaccia grafica all’operatore umano, nonchè un controllo di alto livello , del veicolo nell’ambito del sistema.
Il comando ad alto controllo include un’interfaccia, una struttura di comunicazioni, e la logica di convertire ordini di mission‐level in allocazione di risorse e costituzione di incarichi
Così, il sistema è modulare al fine di scomporre il problema di ampio controllo inclusa un’ampia varietà di piattaforme di implementazione.(sensori e UAVs).
La funzione del centro di controllo è quella di ripartire i piani di missioni astratte in sequenze di procedure atomiche eseguibili dal veicolo, e fornire monitoraggio in tempo reale e controllo dell’esecuzione della missione.
Ogni elicottero ha a bordo diversi componenti, come il controllo volo, acquisizione dati, elaborazione dati e sensori.
Un UAV può accettare missioni successive che la stazione di controllo centrale gli assegna, ma è anche in grado di svolgere compiti attivamente, come ad esempio l’evitamento di oggetti o suonare l’allarme al rilevamento di intrusioni.Gli incarichi nel sistema sono costituiti usando sub‐compiti elementari.

Gestione dei compiti
I compiti nel sistema sono costituiti usando sub‐compiti elementari come ad esempio decollare(TO), andare (GT), fotografare (TS), attendere (WT), e atterrare ( LD). Tali mansioni si spiegano da sè, con la sola eccezione per fotografare che significa svolgere un’azione di percezione.
I compiti possono essere inseriti attivamente nel sistema in quattro modi diversi:

  • sequenziale (SEQ), incarico molto urgente (VUT), dipendente (DEP), ed incarichi non‐urgenti (NUT).

Gli incarichi SEQ sono inseriti in una successione di compiti con pre‐ e post‐condizioni che possono essere obbligatorie o opzionali. Per poter eseguire I compiti sequenziali devono essere prima esauriti I compiti obbligatori.
I compiti opzionali si possono considerare soddisfatti se sono conclusi o se sono impossibili da soddisfare. Dopo l’attuazione, devono essere soddisfatte anche. La modalità VUT è un meccanismo per l’attuazione immediate di un compito prioritario.
La modalità DEP è simile ad un compito sequenziale, ma può avere molteplici precondizioni obbligatorie che devono essere soddisfatte prima di essere eseguito.
In fine, la modalità NUT è simile alla modalità DEP per il fatto che può avere molteplici precondizioni, ma possono essere optional.
Il sistema di percezione abbraccia anche l’elaborazione immagini indipendente dall’applicazione (AIIP), conferma allarme di rilevamento, localizzazione e servizio valutazione (DACLE), sistema monitoraggio eventi (EMS), e sistema di mappatura del terreno (TMS).
AIIP contiene un set di pacchetti essenziali per l’elaborazione dell’immagine, come la stabilizzazione telecamere, valutazione della posizione, geo‐localizzazione , ed inseguimento oggetti. La tecnica è basata sull’abbinamento di ampie caratteristiche, nonchè metodi di proiezione, e può essere applicato a compensazione del movimento dell’elicottero ed al rilevamento di oggetti.
Il subsistema DACLE è specifico per la lotta agli incendi.
Il sistema serve al rilevamento di incendi tramite IR e immagini video e suonare un allarme di rilevamento.
Quando un evento è rilevato, le missioni di monitoraggio sono pianificate e svolte. Così, l’architettura è adattabile ad un’ampia varietà di missioni, strategie, e piattaforme percettive. Per la mappatura di intrusioni il gestore del UAV genera una curva fatta da una serie di tappe che disegnano lo schema dell’area designate.
Tutti i veicoli nel sistema utilizzano una strategia di sicurezza di volo.
UAV naviga usando il percorso di minimo rischio, aggiornando simultaneamente la mappa del rischio, di tappa in tappa. La fase di pianificazione seleziona gli obiettivi, li raggruppa in sotto‐compiti, assegna gli UAV a tali sottocompiti, e crea un percorso a minimo rischio da seguire. La fase di esecuzione coordina gli UAV usando controlli in tempo reale per raggiungere la missione assegnata. L’implementazione è create nel linguaggio di programmazione Shift.
Shift è essenzialmente un linguaggio per la descrizione di reti di automazione , ed è brevemente descritto nella sezione III di [Sousa, 2004].
Un agente di comando può controllare un singolo UAV o una flotta di UAVs.
Il segmento di telecomunicazioni gestisce connessioni tra veicoli e l’unità di controllo dell’operatore (OCU).
L’agente di carico gestisce il carico di bordo– che può essere di munizioni, pacchetto gestione immagini etc.
Per mantenere il sistema in efficienza è necessaria una manutenzione, nonchè interfaccia con attrezzatura diagnostica.
In fine l’addestramento, è il responsabile della dotazione del supporto all’operatore sia internamente che usando un dispositivo esterno.

SISTEMA DI CONTROLLO ELICOTTERI UAV
L’applicazione complessiva dell’applicazione di questo progetto è verso la sorveglianza di vaste aree automatica e persistente.
La completa soluzione immaginata comprenderebbe in modo ottimale telecamere termiche o altre telecamere, software per il rilevamento di intrusi, sistema di controllo a distanza del territorio (GCS) , e un sistema di elicotteri UAV di intercettazione ed inseguimento.
Il rilevamento del volto e la localizzazione poi presentata produce la localizzazione prevista di un soggetto all’interno del perimetro controllato. Seguendo queste posizioni previste, o tappe, il soggetto può essere inizialmente intercettato e seguito da un elicottero UAV.
Così, un obiettivo finale di questo progetto è lo sviluppo di un sistema di controllo di un elicottero UAV del tipo waypoint‐following.
Questo tipo di sistema di controllo di volo può essere scomposto in tre grandi componenti:

  1. modellamento del sistema e caratterizzazione dinamica,
  2. stabilizzazione di volo feedback‐loop,
  3. waypoint‐following.

La principale preoccupazione sarà il modellamento del sistema dell’IRIS
Elicotteri elettrici verso la librazione stabilizzata. Poi, il waypoint‐following può essere implementato come una traslazione controllata mantenendo una librazione stabile.

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