In Zukunft werden urbane Umgebungen immer öfter Schauplatz militärischer Konflikte sein. „Komplexe Ereignisse“ stellen durch die vielfältigen Strukturen urbaner Umgebungen und deren Ebenen (subsurface, surface und supersurface) an Streit- und Einsatzkräfte besondere Anforderungen durch Gefahren beim Vorrücken v.a. durch „unsichtbare“ Gegner, Scharfschützen, Roadside Bombs, etc.
In solchen Situationen können Systeme aus unbemannten Bodenplattformen (UGV) und Drohnen (UAS) - als „Agenten“ - im Schwarmverbund zur Aufklärung in unübersichtlichen Einsatzumgebungen eingesetzt werden, einen wesentlichen Beitrag zum Lagebild leisten und helfen, eigene Ausfälle sowie Kollateralschäden zu minimieren. Dabei sollen solche Systeme möglichst autonom navigieren und agieren, ohne zusätzlichen Aufwand und ohne spezielle technische Kenntnisse der Einsatzteams. So können sich die Soldatinnen und Soldaten auf ihre wesentlichen Aufgaben konzentrieren.
Bei aktuellen Systemen wird in der Regel zur Navigation ein GNSS-Signal verwendet, welches in urbanen Umgebungen im Allgemeinen und im subsurface Bereich im Besonderen, oft schwach, (aktiv oder/und passiv) gestört oder gar nicht vorhanden ist.
Das gegenständliche Projekt, NIKE-SwarmNav, zielt auf die Entwicklung von Komponenten ab, die es einem Schwarm von UGVs und UAS ermöglichen, in Gebieten ohne GNSS-Signal zu navigieren und zu operieren. Dazu bedarf es im Wesentlichen dreier Hauptkomponenten, die eng miteinander verbunden sind: 1.) Zustandsschätzung (Ort und Lagebestimmung) mit Hilfe von On-board-Sensorik und dem Informationsaustausch mit benachbarten Agenten (kooperative Zustandsschätzung), 2.) Schwarmkoordinationsalgorithmen, welche die Mission basierend auf der Zustandsschätzung selbstorganisiert und robust ausführen und 3.) eine robuste Kommunikationsmethode im Schwarm, welche die kooperative Zustandsschätzung und eine dynamische Aufgabenverteilung für ein selbstorganisiertes Verhalten der Agenten erst ermöglicht.
Besonders innovativ ist hier das Zusammenspiel der On-board-Sensorkombination für die Navigation (LIDAR, UWB, Kamera, Inertialsensorik), aus deren fusionierten Daten die Zustände, unabhängig von einem GNSS Signal, geschätzt werden. Der Ansatz der kooperativen Zustandsschätzung und die Verbindung mit Schwarmkoordinationsmethoden, die neben der Erfüllung der Missionsvorgaben auch die Agenten navigieren lassen, ermöglichen eine kooperative Zustandsschätzung.
Diese Komponenten werden am Ende auf eigens entwickelte Trägerplattformen aus UGV und UAS einem Funktionsnachweis in realitätsnahen Laborumgebungen unterzogen. Das Ergebnis ist ein Proof-of-Concept, sowie ein Verwertungskonzept auf Modul- und Systemebene.
