ZÁVĚREČNÁ ZPRÁVA PROJEKTU SPECIFICKÉHO VÝZKUMU ZA ROK 2011

UNIVERZITA OBRANY Fakulta vojenských technologií

Výtisk číslo: Počet listů: 22

ZÁVĚREČNÁ ZPRÁVA PROJEKTU SPECIFICKÉHO VÝZKUMU ZA ROK 2011

I. IDENTIFIKACE PROJEKTU SPECIFICKÉHO VÝZKUMU 1. Název projektu: Rozvoj perspektivních avionických subsystémů 2. Konkrétní výsledky řešení projektu1: 4 x D – článek ve sborníku, 1 x Disertační práce 3. Termín řešení (rok):

2011

4. 229

Celkem uznané náklady na řešení (tis. Kč):

II. IDENTIFIKACE PŘÍJEMCE INSTITUCIONÁLNÍ PODPORY ZE STÁTNÍHO ROZPOČTU 1.

Fakulta vojenských technologií

Fakulta, katedra:

Kontaktní osoba - odpovědný řešitel projektu

2.

Hodnost, tituly,jméno, příjmení: Telefon

Fax 973 445 217

3.

973 445 279

E – mail

[email protected]

Pověřený vedoucí katedry/složky (hodnost, tituly, prof. Ing. Rudolf Jalovecký, CSc. jméno, příjmení): Datum:

1

prof. Ing. Rudolf Jalovecký, CSc.

Razítko:

Podpis:

D - článek ve sborníku z akce (publikovaná přednáška – proceeding), J1 - článek v impaktovaných časopisech svět databáze ISI, J2 článek v neimpaktovaných časopisech svět databáz,

4.

Složení řešitelského týmu Odpovědný řešitel Hodnost, tituly, jméno, prof. Ing. Rudolf Jalovecký, CSc příjmení: Odborné zaměření: Digitalizace a zpracování dat, databázové systémy, mikroprocesorová technika Členové řešitelského týmu Hodnost, tituly, jméno, příjmení

Odborné zaměření

Příslušnost

pplk. Ing. Michal Dub, Ph.D.

Palubní systémy napájení elektrickou energií a letecké elektrické pohony

Univerzita obrany

mjr. Ing. Petr Bojda, Ph.D.

Palubní letecké navigační a radiolokační systémy

Univerzita obrany

rtn. Bc. Zuzana Hrazdírová

Letecké elektrotechnické systémy

Univerzita obrany

Modelování a simulace pohybu letounu v prostoru

Univerzita obrany

por. Ing. Josef Bajer

Mikroprocesorová technika

Univerzita obrany

por. Ing. Přemysl Janů

Mikroprocesorová technika

Univerzita obrany

por. Ing Jan Bořil

2

Obsah Obsah 1.

...................................................................................................................... 3

Úvod ..................................................................................................................... 4 1.1

Stručná anotace celého projektu,...................................................................4

2.

Cíle projektu a jejich eventuální změny, ............................................................... 4

3.

Navrhovaný rozpočet............................................................................................ 5

4.

Stávající stav v řešené oblasti (na začátku řešení úkolu), .................................... 5

5.

Možné metody řešení, .......................................................................................... 7

6.

Výběr a zdůvodnění vybrané metody řešení (metodika řešení),........................... 8

7.

Dosažené výsledky a výstupy práce, stručná technická zpráva (s uvedením, kde byly výsledky publikovány),............................................................................ 9 7.1

Přehled výsledků, které byly publikovány.....................................................14

7.2

Přehled zahraničních služebních cest – konference ....................................15

8.

Diskuse získaných výsledků (srovnání s teoretickými, eventuálně hypotetickými předpoklady, interpretace získaných výsledků),........................... 16

9.

Využitelnost dosažených výsledků, .................................................................... 16

10. Další možnosti rozvoje sledované oblasti, .......................................................... 17 11. Závěr (přínos pro rozvoj studijního programu, oboru, AČR), .............................. 18 12. Návrh konkrétních opatření, ............................................................................... 18 13. Přehled o použití finančních prostředků specifického výzkumu za příslušný rozpočtový rok s podrobným komentářem s uvedením: ..................................... 18 13.1

Čerpání poskytnutých finančních prostředků podle rozpočtových podpoložek ..................................................................................................18

13.2

Přehled pořízeného majetku a služeb souvisejících s řešením projektu, .....19

13.3

Přehled nevyčerpaných nebo vrácených finančních prostředků, .................20

14. Seznam literatury................................................................................................ 20 15. Seznam zkratek .................................................................................................. 21

1. Úvod Předložená závěrečná zpráva SV shrnuje devítiměsíční pracovní úsilí jedné studentky magisterské nadstavby, tří doktorandů a čtyř učitelů ve funkci konzultantů s jednoznačným cílem dále rozvíjet schopnosti přenosu a zpracování leteckých dat přes rozhraní CAN s protokolem CAN aerospace, analýzu simulace mechatronické soustavy SAŘL a analýzu algoritmů určených k vyhodnocování polohy letounu s pomocí přijímače GNS.

1.1

Stručná anotace celého projektu,

Projekt specifického výzkumu zaměřila katedra na další rozvoj avionických subsystémů a možnosti simulace chování člověka – pilota. Dva doktorandi v řešitelském kolektivu zdokonalovali letecký palubní elektronický systém z hlediska zvýšení spolehlivosti přenosu dat po sběrnici CA s protokolem CANaerospace. Jeden doktorand se zabýval simulacemi mechatronické soustavy pilot – letadlo. Studentka magisterské nadstavby pak prováděla úvodní analýzy pro simulaci nových algoritmů pro vyhodnocování polohy letounu se systémem GPS.

2. Cíle projektu a jejich eventuální změny, Cílem projektu je rozšíření a doplnění v současné době řešený projekt obranného výzkumu. Studentka magisterské nadstavby pracovala ve prospěch své diplomové práce. Všichni studenti doktorského studia budou pracovat na experimentech ve prospěch svých disertačních prací. por. Ing. Přemysl Janů a por. Ing. Josef Bajer – Zajištění a ověření kompatibility komunikace leteckého palubního elektronického systému se specifikací CANaerospace Předmětem činnosti byla dodatečná implementace chybějících funkcí vyžadovaných specifikací CANaerospace do jednotlivých modulů. Po jejich naprogramování a odladění proběhla finální verifikace kompatibility celé komunikace se specifikací CANaerospace protokolu. por. Ing. Jan Bořil – Simulace mechatronických soustav z hlediska SAŘL, analýza soudobých avionických systémů, studium problematiky sběrnice CAN s protokolem CANaerospace Výzkumná činnost se bude týkat simulací mechatronických soustav z hlediska SAŘL v programu MATLB-SIMULINK, jejich vzájemné porovnání při změnách parametrů a obvodové struktury. Navázání spolupráce se zahraniční univerzitou ohledně soudobých avionickcých systémů. Získání základních poznatků o sběrnici CAN s protokolem CANaerospace. rtn. Bc. Zuzana Hrazdírová - Zaměření na přípravu simulačního prostředí pro analýzu nových algoritmů určených k vyhodnocování polohy letounu s pomocí přijímače GNS. Výsledky budou využity v diplomové práci.

4

Byl vytvořen model kvadraturního demodulátoru přijímače. Tento model umožňuje analyzovat vlastnosti přijímače v podmínkách různého stavu synchronizace nosné. K tomuto modelu byly připojeny další simulační bloky, např. generátor navigačního signálu a simulátor konstelace družic tak, že je možné připravit rozdílné změny vstupních parametrů signálu v závislosti na odpovídající dynamice pohybu družic vzhledem k přijímači. V průběhu řešení nedošlo ke změně cílů.

3. Navrhovaný rozpočet

2. Běžné výdaje (neinvestiční prostředky) RPP

Popis RPP

Popis výdajů

Částka v Kč (v tis.)

Nákup (materiálu): 5136 102 Knihy, učební pomůcky a tisk - učební pomůcky

Drobný elektromateriál

12,7

Celkem nákupy materiálu

12,7

Nákup (služeb) – platby za: 5169 105 Nákup ostatních služeb - k zabezpečení provozu movitého majetku a materiálu

Aktualizace MATLAB

27

Celkem nákupy služeb

27

Ostatní nákupy – platby za: 5172 102 Programové vybavení -technické zhodnocení

MATLAB – 2 vybrané toolboxy

5173 301 Cestovné (tuzemské i zahraniční) - vojáků

16,8 68,5

5176 301 Účastnické poplatky na konference

47 Celkem ostatní nákupy CELKEM BĚŽNÉ VÝDAJE

132,3 172

Stipendia: 5491 301 Stipendia žákům, studentům a doktorandům

57 Celkem stipendia

57

4. Stávající stav v řešené oblasti (na začátku řešení úkolu), Podle oblasti řešení dílčí části projektu je popsaný stávající stav. por. Ing. Přemysl Janů, por. Ing. Josef Bajer Výchozím bodem pro řešení stanoveného úkolu byl sestavený letecký palubní elektronický systém komunikující po sběrnici CAN. Ten se skládal z pěti modulů, které umožňovaly vysílat celkem třináct zpráv charakterizující parametry letu či parametry letounu. Byl to inerciální senzorový modul, který poskytoval zrychlení ve třech osách, úhlovou rychlost kolem třech os

5

letadlové souřadnicové soustavy a údaj poskytující informaci ze zatáčkoměru ve °/s. Dále modul pro měření teploty vysílal veličiny: celková teplota, teplota střední vzdušné vrstvy pod letadlem, což je důležitá veličina pro výpočet barometrické výšky v aerometrickém počítači a kabinová teplota. Modul pro měření proudu zabezpečoval vysílání informace o proudu stejnosměrného napájecího systému. Následovaly dva moduly nesoucí data o výšce letounu a teplotě výstupních plynů motoru. Velmi důležitým modulem byl MASTER, který celou komunikaci řídil. Přijímal tři důležité zprávy: povel pro přidělení časového harmonogramu komunikace, příkaz pro začátek a konec komunikace. Zabezpečoval přidělení časového rozvrhu komunikace a periodicky vysílal referenční zprávu, která zajišťovala časovou synchronizaci vysílání zpráv z jednotlivých modulů. Posledním a také poměrně důležitým modulem systému byla tzv. NEC stanice, která vysílala zprávy pro přidělení časového rozvrhu komunikace, povel pro začátek a konec komunikace. CAN ID jednotlivých zpráv byly vybrány podle specifikace CANaerospace protokolu. Sestavený systém reprezentuje obr. 4.1.

Obr. 4.1 Blokové schéma sestaveného systému

por. Ing. Jan Bořil Na začátku řešení úkolu byly již v minulosti provedené simulace mechatronické soustavy pilot-letoun. Vzhledem ke své složitosti lze takovou mechatronickou soustavu rozvíjet několika směry, ať už změnou modelu letounu, pilota nebo přidáním dalších vstupujících veličin ovlivňující celou soustavu. Již v předchozí době byl vytvořen algoritmus pro identifikaci parametrů matematických modelů pilota. Je potřeba tyto modely rozšířit s možností vkládání naměřených letových dat a tím tak získat pomocí identifikace parametrů, časové konstanty (přenosové funkce) modelu chování pilota.

6

rtn. Bc. Zuzana Hrazdírová V současné době je na poměrně slušné úrovni vyřešena konstrukce přijímačů signálu GNSS a jejich implementace za „standardních“ podmínek [HRA1], [HRA2]. Z hlediska leteckého i vojenského využití těchto systémů jsou stále předmětem zájmu robustnost zpracování signálu a odolnost přijímače. Právě ve vojenském nebo civilním letectví je hrozba výpadku navigační informace v kritické fázi letu zvlášť nebezpečnou. Inerciální systémy soudobých bojových nebo velkých dopravních letadel jsou dostatečně přesné a kvalitní, aby dokázaly s požadovanou přesností pracovat po určitou dobu i v podmínkách nepříznivých pro příjem. Oproti tomu systémy letadel malých nebo systémy levných bezpilotních prostředků by mohly při použití sofistikovaných metod zpracování signálu a vyhodnocování navigační informace potřebnou úroveň robustnosti a odolnosti poskytnout také. K posouzení se nabízí minimálně tři metody, jejichž výběr nebo kombinace může přinést zajímavé výsledky. •

První metodou je kombinovaný systém INS-GNSS se „super-těsnou“ vazbou (Deeply Coupled INS-GNSS), kdy jsou sledovací smyčky přijímače řízeny nejen vlastní zpětnou vazbou GNSS přijímače, ale také vazbou na INS – tedy informacemi o vlastním pohybu přijímače [HRA5], [HRA6].

•

Druhou metodou je v této oblasti již používaná metoda několika paralelních korelačních přijímačů (Rake Receiver), navržená pro odstranění vlivu vícecestného šíření [HRA3], [HRA4].

Poslední možnou metodou je SAIC (Single Antenna Interference Cancelation) – metoda potlačení interferencí se signály z jiných zdrojů s podobným charakterem, která je standardizovaná v současné verzi GSM/EDGE.

5. Možné metody řešení, Podle oblasti řešení dílčí části projektu jsou popsány použité metody řešení. por. Ing. Přemysl Janů, por. Ing. Josef Bajer Hlavním cílem bylo komplexně ověřit, zda komunikační protokol implementovaný v systému LPES je ve všech ohledech plně kompatibilní se specifikací protokolu CANaerospace. Toto ověření je nutné provést pomocí speciálního analyzátoru, který umožní analyzovat četnost jednotlivých zpráv vysílaných na sběrnici, správný formát každé ze zpráv, správný obsah a bitovou posloupnost jednotlivých polí, které každá ze práv obsahuje, chybovost systému, dodržení naprogramovaného harmonogramu vysílání zpráv, využití sběrnice apod. Empirické metody •

pozorování

•

měření

•

experimentování

7

•

verifikace

por. Ing. Jan Bořil Zkoumaná oblast předpokládá výrazné použití simulačních metod. Při realizaci experimentů je pak nutná spolupráce s měřenými objekty - lidmi ve funkcích pilotů. V rámci dílčí části projektu SV byly použity tyto metody řešení: I.

Simulace a modelování na počítači.

II. Experimentální měření. III. Týmová práce. IV. Obecné vědecké metody (analýza, dedukce). rtn. Bc. Zuzana Hrazdírová Předmětem specifického výzkumu je tvorba numerického modelu části přijímače, který umožní analyzovat jeho chování v simulovaných dynamických navigačních situacích. Vzhledem k možnostem, které katedra má a k dostupnému laboratornímu vybavení bylo možno postavit model na bázi: I.

Analytického zhodnocení.

II. Numerické simulace vybraných metod. III. Implementace vybraných částí přijímače a algoritmů pro zvýšení odolnosti do obvodů FPGA. IV. Implementace algoritmů (částečná nebo celková) do laboratorního přijímače SX-NSR (Navigation Software Receiver).

6. Výběr a zdůvodnění vybrané metody řešení (metodika řešení), Podle oblasti řešení dílčí části projektu si řešitelé spolu se svým vedoucím zvolili metody řešení. por. Ing. Přemysl Janů, por. Ing. Josef Bajer Hlavním cílem zadaného úkolu bylo ověření kompatibility komunikace leteckého palubního elektronického systému s CANaerospace specifikací, a proto jako jádro řešení problému byla zvolena komplexní verifikace implementovaného komunikačního protokolu pomocí profesionálního analyzátoru CANaerospace of společnosti Vector. por. Ing. Jan Bořil Jako metoda řešení byla především zvolena simulace a modelování na počítači. Konktrétně tedy simulace a modelování v programovém prostředí Matlab-Simulink®. Tato volba byla jednoznačná vzhledem k tomu, že již v předcházejících letech měl student tak i pracoviště zkušenosti právě se simulacemi SAŘL, tak i se simulacemi mechatronických soustav v programovém prostředí Matlab-Simulink®. Počítačová simulace je efektivní nástroj, jak za pomoci matematických modelů letadel a matematických modelů chování člověka (pilota) lze

8

pozorovat chování celého mechatronického systému, při změně celé řady proměnných a tím tak předpovídat reálné vlastnosti systému. Další významná metoda, která byla využita je: Experimentální měření. Toto měření bylo provedeno na leteckém simulátoru na univerzitě v Anglii. Důvodem měření byla potřeba získat data z odezvy několika pilotů na náhlou změnu výšky letu. Data získaní ze simulace jsou testována pomocí algoritmu pro identifikaci parametrů chování člověka (pilota). rtn. Bc. Zuzana Hrazdírová Vzhledem k časovým možnostem projektu bylo rozhodnuto nepřipravovat studentku kompletně na nové dovednosti, ale využít toho, že je schopna samostatně pracovat se simulačním prostředím Matlab-Simulink. Proto byla zvolena varianta vypracování numerického modelu vybraných částí přijímače v Matlabu a demonstrace základní analýzy.

7. Dosažené výsledky a výstupy práce, stručná technická zpráva (s uvedením, kde byly výsledky publikovány), Podle oblasti řešení dílčí části projektu jsou uvedeny výsledky práce por. Ing. Přemysl Janů, por. Ing. Josef Bajer Do jednotlivých modulů systému byly doprogramovány funkce a tvary vysílaných zpráv respektující CANaerospace protokol podle specifikace. Systém během komunikace používal tyto zprávy: Zpráva pro přidělení matice cyklů ID uzlu:0, datový typ: nodata, service code: servisu, message code: 0, Byte 4 – 7: 0. Přídělovací zpráva ID uzlu:0, datový typ: unlong, service code: řádek matice cyklů, message code: sloupec matice cyklů, Byte 4 – 7: CAN ID. Zpráva pro zahájení komunikace ID uzlu:0, datový typ: no data, service code: číslo servisu, message code: 0, Byte 4 – 7: 0. Zpráva pro ukončení komunikace ID uzlu:0, datový typ: nodata, service code: číslo servisu, message code: 0, Byte 4 – 7: 0. Synchronizační zpráva (NSS) ID uzlu:0, datový typ: nodata, service code: NSS, message code: inkrementace po řádcích matice cyklů, Byte 4 – 7: 0. Zpráva nesoucí parametr letu či letounu ID uzlu:zvolené ID pro jednotlivé moduly, datový typ: float, service code: 0, message code: inkrementace po každé vyslané zprávě, Byte 4 – 7: parametr letu či letounu. Verifikace komunikace leteckého palubního elektronického sytému byla provedena pomocí profesionálního SW prostředku CANoe.CANaeroJ1839JP od společnosti Vector, který má

9

v sobě implementovány kromě CANaerospace specifikace také jiné standardy sběrnic, které se v současné době používají na palubách letounů. Jako HW rozhraní byl použit modul CANcaseXL. Celý systém byl testován na přenosové rychlosti 125 kbit/s. Tato rychlost je vzhledem k počtu vysílaných zpráv dostačující. Výsledky verifikace reprezentují obrázky Před zahájením analýzy komunikace je nutné nakonfigurovat měřící algoritmus. Konfigurace se provádí velice názorným způsobem, pomocí jednotlivých bloků obr. 7.1, které reprezentují parametry, které budou měřeny. Pro analýzu leteckého palubního elektronického systému byly nakonfigurovány důležité bloky pro zobrazení parametrů. Objekt Frame histogram, který zajišťuje zobrazení četnosti vyslaných zpráv podle CAN identifikátoru za sekundu a počet vyslaných chybových rámců za sekundu. Blok Bus statistics umožňuje monitorovat parametry sběrnice, jako jsou: využití sběrnice, špičkové využití sběrnice, počet vyslaných rámců za sekundu, počet celkově vyslaných rámců, počet vyslaných chybových rámců za sekundu, celkově vyslaných chybových rámců a stav sběrnice. Objekt Trace zajišťuje kompletní monitorování právě vysílaných zpráv systémem s respektem CANaerospace specifikace. Tedy zobrazuje se: název parametru letu či letounu s kompletní CANaerospace zprávou v hexadecimálním kódu, hodnota parametru letu či letounu s jednotkami a hlavička CANaerospace protokolu (ID uzlu, datový typ, servisní kód a kód zprávy).

Obr. 7.1 Konfigurace prostředku pro verifikaci systému

10

Obr. 7.2 představuje statistické ukazatele komunikačních parametrů. Byl využit kanál CAN 1 hardwarového zařízení CANcaseXL.

Obr. 7.2 Statistika komunikace po sběrnici CAN s protokolem CANaerospace Využití sběrnice dosahuje hodnoty 68,05 %, což potvrzuje, že aplikovaná přenosová rychlost 125 kbit/s postačuje a také to respektuje doporučení CANaerospace specifikace - využití sběrnice synchronními zprávami maximálně 80 %. Z hodnoty vyslaných zpráv za sekundu lze odvodit aktuální velikost datového rámce. Pro změřenou hodnotu 686 zpráv za sekundu je to 123 bitů. Během znázorněné analýzy bylo vysláno 5840 zpráv a žádný chybový rámec, což svědčí o precisnosti komunikace. Systém byl v aktivním módu.

Obr. 7.3 Histogram četností jednotlivých identifikátorů

11

Obr. 7.3 znázorňuje četnosti jednotlivých vysílaných zpráv. Jednotlivé zprávy jsou zde reprezentovány CAN identifikátorem, což je ukázáno v prvním grafu. Podle grafu je vysíláno 48 jednotlivých zpráv za sekundu. Jednotlivé sloupce histogramu jsou stejně vysoké, což svědčí o správné komunikaci podle zvolené matice cyklů. Druhý graf monitoruje chybové rámce komunikace. Není zde vidět žádný sloupec představující chybový rámec, z toho vyplývá, že komunikace probíhá bezchybně.

Obr. 7.4 Vysílané CANaerospace zprávy a jejich struktura Na obr. 7.4 lze spatřit detail vysílaných zpráv systémem podle CANaerospace protokolu. Detailní zobrazení spočívá v prezentaci CAN ID, názvu parametru letu či letounu, kompletní CANaerospace zprávě v hexadecimálním kódu, skutečné hodnoty veličiny i s jednotkou a v podrobném rozepsání hlavičky zprávy. Podle výstupu z analyzátoru lze usoudit, že zprávy vysílané systémem korespondují se specifikací CANaerospace protokolu. por. Ing. Jan Bořil Byly provedeny simulace mechatronického systému pilot-letoun-tlumič kmitů (obr. 7.5). Simulace navazují na předešlé zkoumání mechatronického systému z hlediska akčního zásahu pilota do systému řízení letounu avšak v tomto případě se řešitelé zaměřují na chování systému jako celku, při vzniku nežádoucí poruchy ve výchylce kormidla (step disturbance). K simulaci byl využit pouze model chování pilota typu „A“, tlumiče kmitů a model

Obr. 7.5: Blokové schéma mechatronického systému

12

letounu pro podélný pohyb. Simulace byly prováděny v programu Matlab-Simulink®, a výstupem jsou 3D grafy pro různé časové konstanty modelu chování pilota (člověka). Podle předpokladu byla navázána spolupráce s univerzitou v Anglii: University of Hertfordshire v Hatfieldu, kde student strávil 3 měsíce v rámci programu ERASMUS. Jeho výstupy práce z tohoto období jsou především v podobě naměřených dat z leteckého simulátoru Cessna-152 (obr. 7.6), které jsou a nadále budou podrobeny analýze a především testovány za pomocí algoritmu pro identifikaci parametrů chování modelu člověka (pilota).

Obr.7.6: Letecký simulátor Cessna – 152 Podle harmonogramu se také student za pomoci kolegů z K-206 seznámil s problematikou sběrnice CAN s protokolem CANaerospace tak, aby byl schopen důstojně reprezentovat vědeckou práci na konferenci Mechatronics 2011 v Polsku. rtn. Bc. Zuzana Hrazdírová Původním záměrem projektu bylo vytvoření modelu sledovacích obvodů přijímače. U současných přijímačů jsou sledovací obvody nosné tvořeny převážně Costasovou smyčkou, jejíž součástí je i kvadraturní demodulátor. Protože studentka byla v průběhu trvání projektu vyslána do zahraničí na jazykový kurz, nemohl být původní časový harmonogram

Obr. 7.7 Blokové schéma kvadraturního demodulátoru.

13

splněn. Proto bylo přistoupeno k redukci úlohy pouze na kvadraturní demodulátor. Byl vytvořen numerický model kvadraturního demodulátoru přijímače, viz obr. 7.7. Tento model umožňuje analyzovat vlastnosti přijímače v podmínkách různého stavu synchronizace signálu nosné. To znamená, že je schopen simulovat činnost kvadraturního demodulátoru při různých hodnotách kmitočtu a fáze vstupního signálu. Dále je možné vytvořit vstupní i referenční signál s náhodným jitter-em. Na obr. 7.8 je demonstrován příklad výstupu kvadraturního demodulátoru s různými výstupními filtry.

Obr. 7.8 Výstupní signál větve I kvadraturního demodulátoru pro různé filtry dolní propust.

7.1 Přehled výsledků, které byly publikovány [Bor_01]

BOŘIL, Jan; JALOVECKÝ, Rudolf. Response of the Mechatronic System, PilotAircraft,on Incurred Step Disturbance. In PROCEEDINGS ELMAR-2011: 53rd International Symposium ELMAR-2011. Zagreb : ITG, 2011, p. 261-264. ISSN 1334-2630. ISBN 978-953-7044-12-1.

[Bor_02]

JALOVECKÝ, Rudolf; JANŮ, Přemysl; BYSTŘICKÝ, Radek; BOŘIL, Jan; BOJDA, Petr; BLOUDÍČEK, Radim; POLÁŠEK, Martin; BAJER, Josef. Data fusion from avionic sensors employing CANaerospace. In Mechatronics, Recent technological and scientific advances. Berlin : Springer, 2011, p. 297301. ISBN 978-3-642-23243-5.

[Hra_01]

BOJDA, Petr – DUB, Michal – HRAZDIROVA Zuzana. Complex Navigation Model for Carrier Tracking Loop Setting in GNSS Receiver. In Proceedings of 6th International Conference “Advances in Mechatronics 2011”. December 7-9, 2012, Brno, Czech Republic. Brno : University of Defence, 2011, s. 137-142. ISBN 978-80-7231-848-3

[Jan_01]

JANŮ, Přemysl. Systém sběru a zpracování dat z leteckých palubních systémů. Brno, 31. 8. 2011. Dizertační práce. Univerzita obrany Brno. Vedoucí práce prof. Ing. Rudolf Jalovecký, CSc.

14

[Jan_02]

JANŮ, Přemysl; BAJER, Josef. Communication Verification of On-board Aircraft Electronic System. In Transport Means (Proceedings of the 15th International Conference). Litva, 2011, p. 84-87. ISSN 1822-296X.

[Jan_03]

JANŮ, Přemysl; BAJER, Josef. Testování komunikace systému založeného na CANaerospace. In Sborník příspěvků z 11. mezinárodní vědecké konference Měření, diagnostika, spolehlivost palubních soustav letadel 2011. Brno : Univerzita obrany, Brno, 2011, s. 89-95. ISBN 978-80-7231-828-5.

7.2 Přehled zahraničních služebních cest – konference Z prostředků SV vycestoval doktorand por. Ing. Jan Bořil na dvě zahraniční konference Název konference:

53rd International Symposium ELMAR-2011

Termín konání:

14. - 16. Září 2011

Místo konání:

Zadar, Chorvatsko

Pořadatel:

Croatian Society Electronics in Marine and University of Zagreb

Účastník(-ci):

Jan Bořil

Bodované výsledky:

1 x článek ve sborníku (D)

ISBN sborníku:

978-953-7044-12-1

ISSN sborníku:

1334-2630

Stručná zpráva:

Třídenní konference se z katedry K-206 zúčastnil student doktorského studijního programu por. Ing. Jan Bořil. Vystoupil v sekci Power Electronics and Automation, kde prezentoval výsledky získané ve prospěch Specifického výzkumu. Při neformálních setkáních se snažil diskutovat o možné spolupráci s jinými pracovníky škol a tím také prohluboval znalost angličtiny.

Název konference:

9th International Conference Mechatronics 2011

Termín konání:

21. - 24. Září 2011

Místo konání:

Varšava, Polsko

Pořadatel:

Faculty of Mechatronics, Warsaw University of Technology

Účastník(-ci):

Jan Bořil

Bodované výsledky:

1 x článek ve sborníku (D)

ISBN sborníku:

978-3-642-23243-5

ISSN sborníku:

-

Stručná zpráva:

Čtyřdenní konference proběhla ve Varšavě. Prezentovat výsledky získané kolektivem spolupracovníků z K-206 byl vyslán por. Ing. Jan Bořil. Článek byl zařazen do Poster Session, předem připravený poster byl vystaven na přiděleném místě v určený čas. Zájemci měli možnost diskutovat přímo s por. Bořilem o daném tématu.

15

8. Diskuse získaných výsledků (srovnání s teoretickými, eventuálně hypotetickými předpoklady, interpretace získaných výsledků), Podle oblasti řešení dílčí části projektu je provedena diskuze získaných výsledků. por. Ing. Přemysl Janů, por. Ing. Josef Bajer Celý systém LPES byl pomocí sběrnice CAN připojen k profesionálnímu analyzátoru CANaerospace od firmy Vector. Postupně byly testovány jednotlivé zprávy a bylo zjišťováno, zda obsah a formát zpráv neobsahuje chyby. Těmito testy bylo dosaženo ověření, že celý systém LPES je plně kompatibilní se specifikací CANaerospace. Bylo také ověřeno, že žádný z modulů nevysílá chybové hlášení, a tedy celá komunikace je bez závad. Systém se tak stává použitelným ve spojení s jinými systémy CANaerospace. por. Ing. Jan Bořil Získané výsledky se týkají především modelů a simulací v programu Matlab-Simulink®. Do obvodu mechatronické soustavy byla vnesena chyba v podobě mechanické poruchy ve výchylce kormidla, matematický model pilota se ve svém rozsahu časových konstant choval podle předpokladů a dokázal letoun stabilizovat zpět do rovnovážného stavu. Nezanedbatelné spolupráce a výsledků bylo také dosaženo na University of Hertfordshire v Hatfieldu. Především odměřené výsledky na leteckém simulátoru Cessna 152 by v budoucnu mohli pomoci při hlubším zkoumání chování pilota v mechatronickém systému. Pomocí odměřených letových dat je možné stanovit přenosovou funkci modelu chování pilota, což je velice praktické a přínosné pro následující práci v dané problematice. Za pomoci informací z anglické Univerzity by v blízké době mělo vzniknout experimentální pracoviště na K-206 (letecký simulátor) na kterém bude možné otestovat a odměřit více vzorků (pilotů). rtn. Bc. Zuzana Hrazdírová Kvadraturní demodulátor je důležitá součást moderního přijímače signálu GNSS. Jeho parametry spolu s parametry sledovacích obvodů mají zásadní vliv na výsledné dynamické vlastnosti celého přijímače a jeho odolnost. Vytvořený model je připraven k analýze chování přijímače v různých dynamicky se měnících podmínkách.

9. Využitelnost dosažených výsledků, Podle oblasti řešení dílčí části projektu je komentována využitelnost dosažených výsledků. por. Ing. Přemysl Janů, por. Ing. Josef Bajer Díky finálnímu ověření vytvořeného systému LPES získává tento systém široké možnosti uplatnění, jelikož byla potvrzena jeho plná kompatibilita se systémy CANaerospace. Lze ho tedy připojit a komunikovat s jinými CANaerospace přístroji. LPES lze použít i samostatně pro sběr a fúzi dat z jakéhokoli létajícího prostředku. Fúze dat a komunikace po sběrnici CAN jsou velmi aktuálními tématy, a proto je vhodné použít vytvořené výsledky pro demonstraci studentům a pro laboratorní výuku.

16

por. Ing. Jan Bořil Vzhledem k tomu, že byla rozšířena obvodová struktura mechatronické soustavy pilot-letoun, dostáváme další možnosti variace a testování mechatronické soustavy. Uměle vytvořená mechanická porucha kormidla v podobě půl sinusového průběhu rozšiřuje již dříve získané znalosti o modelu chování pilota v mechatronické soustavě pilot-letoun. Některé simulace by mohly být využitelné při výuce palubních systémů řízení letu. Mimo jiné část výsledků poslouží ve prospěch disertační práce. Z naměřených letových dat leteckého simulátoru, budeme schopni za pomoci algoritmu pro identifikaci parametrů chování modelu pilota určit přenosové funkce jednotlivých pilotů a tím tak určit jejich časové konstanty. Model chování pilota nabude reálnější podoby využitelné v simulacích mechatronickcých soustav pilot-letoun. rtn. Bc. Zuzana Hrazdírová Model kvadraturního demodulátoru je v současnosti plně funkční. Je možné ho využít k analýze dynamických vlastností přijímače a k vyhodnocování kvality příjmu a zpracování signálu za různých podmínek. Toho lze využít jednak pro účely výuky, ale i pro přípravu úloh s reálnými přijímači a signály v dalších projektech.

10.

Další možnosti rozvoje sledované oblasti,

Podle oblasti řešení dílčí části projektu jsou uvedeny možnosti rozvoje řešené problematiky. por. Ing. Přemysl Janů, por. Ing. Josef Bajer Pokračovat v rozvoji komunikace na LPES, zejména více využívat varovné zprávy a zprávy servisní, které zajistí jednak preciznější a jednak rychlejší komunikaci po sběrnici CAN s protokolem CANaerospace a také interaktivnější spolupráci mezi konkrétními uzly navzájem. por. Ing. Jan Bořil Další možnost rozvoje by mohla být směřována do oblasti simulací mechatronických soustav pilot-letoun právě za pomoci identifikace naměřených letových dat ze simulátorů. Odměřením celé řady různorodých pilotů (vycvičený - nevycvičený, odpočinutý – unavený, …) na rozdílné skokové změny, bychom měli být schopni určit meze časových konstant charakterizující model chování pilota. Takto by se daly simulace mechatronické soustavy pilot-letoun přiblížit reálnějším podmínkám. Určitou možnost rozvoje skýtá i model letounu, který je možno nahradit modelem jiného typu letounu, nebo dokonce i modelem vrtulníku. rtn. Bc. Zuzana Hrazdírová K tomu, aby bylo možné plně podchytit dynamické vlastnosti přijímače navigačního signálu je potřeba spojit model kvadraturního demodulátoru s modelem sledovacích obvodů. Proto je dalším logickým krokem tvorba sledovacích obvodů a jejich spojení s demodulátorem.

17

11.

Závěr (přínos pro rozvoj studijního programu, oboru, AČR),

Výsledky výzkumné práce uskutečněné řešitelským kolektivem specifického výzkumu katedry obohatily studijní program i obor o nové teoretické znalosti a praktické zkušenosti s důležitými segmenty stávajících i perspektivních letadlových palubních komunikačních a zbraňových systémů. Získané znalosti a praktické zkušenosti představují východisko pro řadu dalších navazujících výzkumných a odborných experimentálních prací, které budou prováděny v rámci doktorských prací, ročníkových a bakalářských či magisterských diplomových prací či v rámci studentské vědecké odborné činnosti. Výsledky výzkumné práce řešitelského kolektivu uplatněné ve výuce zvyšují znalosti studentů o nejmodernějších vývojových trendech v oblasti leteckých palubních elektronických komunikačních a zbraňových systémů, které se již dnes objevují a blízké budoucnosti budou objevovat stále častěji i v letecké technice provozované AČR.

12.

Návrh konkrétních opatření,

Katedra se v dalším projektu SV zaměří především na pokračování problematiky doktoranda por.Ing. Jana Bořila, který jako jediný na katedře zůstává. Jeho oblastí je simulace chování člověka při řízení letoun i vrtulníku. Pro tuto oblast připravuje katedra v rámci projektu na rozvoj organizace měřicí pracoviště se simulátorem letounu a s možností měřit reálné odezvy pilotů při řízení letu.

13.

Přehled o použití finančních prostředků specifického výzkumu za příslušný rozpočtový rok s podrobným komentářem s uvedením:

Finanční prostředky byly katedře přiděleny až po přidělení financí FVT. Katedra měla v té době již provedenou analýzu potřeb řešitelů – doktorandů a proto poměrně rychle došlo k sepsání požadavkových listů a jejich odevzdání na logistiku.

13.1

Čerpání poskytnutých finančních prostředků podle rozpočtových podpoložek

SV katedry byl, z hlediska rozpočtových položek, rozdělen do 3 skupin. Největší část financí jednoznačně patřil pro nákup drobného elektrotechnického materiálu, vývojových prostředí a programového vybavení. Druhou skupinou byla oblast financí pro cestovné na zahraniční konference a poplatky na tyto konference. Poslední skupinou, na UO skoro nevídanou, byla možnost odměnit řešitele – studenty finanční odměnou na základě dohody o provedení práce.

18

Nákup materiálu Číslo rozpočtové Druh výdaje + komentář položky

Požadavek (Kč)

5 136 101 Knihy, učební pomůcky a tisk - knihy a tisk 5 136 102 Knihy, učební pomůcky a tisk - učební pomůcky 5 169 105

Nákup ostatních služeb - k zabezpečení provozu movitého majetku a materiálu

5 172 102 Programové vybavení -technické zhodnocení Celkem

Čerpáno (Kč)

0,-

11 000,-

12 700,-

11 298,-

27 000,-

26 160,-

16 800,-

16 752,-

56 500,-

65 210,-

Cestovné a účastnické poplatky na konference Číslo rozpočtové Druh výdaje + komentář položky

Požadavek (Kč)

Čerpáno (Kč)

5 173 301 Cestovné (tuzemské i zahraniční) - vojáků

68 500,-

35 966,-

5 176 301 Účastnické poplatky na konference

47 000,-

14 259,-

115 500,-

50 225,-

Celkem

Kapitálové výdaje Nebyly čerpány žádné prostředky

Osobní náklady Číslo rozpočtové Druh výdaje položky 5021 201

13.2

Požadavek (Kč)

Ostatní osobní výdaje – vojáků (stipendia studentů doktorandů)

57 000,-

Čerpáno (tis. Kč) 56 800,-

Přehled pořízeného majetku a služeb souvisejících s řešením projektu,

Hmotný majetek

Komentář

MAX 2120

Nákup IO pro potřebu realizace přijímačů Lacinější nákup namísto laboratorních vah, přičemž přesnost měření nám vyhovuje Pro osazování DPS a realizaci FV

Kuchyňské váhy Pájecí stanice s příslušenstvím

19

Nehmotný majetek

Komentář

Upgrade MATLABU

Licence na jeden rok

Služby

Komentář

Toolboxy MATLAB

dokoupení dvou toolboxů

13.3

Přehled nevyčerpaných nebo vrácených finančních prostředků,

Plné čerpání prostředků na účastnické poplatky a konference je vždy vázána na úspěšné přijetí patřičných výstupů z projektu - článků. To se v jednom případě (Itálie) nepovedlo a již nebylo možné uplatnit přidělené prostředky na jiné konference.

Druh výdaje

Pánováno

Nákup materiálu Cestovné a účastnické poplatky na konference Osobní náklady Celkem

14.

Vyčerpáno

Procentem

56 500,-

65 210,-

115,41%

115 500,-

50 225,-

43,49%

57 000,-

56 800,-

99,65%

229 000,-

172 235,-

75,21%

Seznam literatury.

Každý doktorand používal jinou literaturu, neboť řešil svůj dílčí úkol. proto je literatura číslována samostatně. [BO_01] R. Jalovecky, P. Janu, Human – Pilot’s Features During Aircraft Flight Control from Automatic Regulation Viewpoint. In 4th International Symposium on Measurement, Analysis and Modeling of Human Functions. 14. – 16. June 2010, Prague, Czech Republic: Czech Technical University in Prague, 2010, pp. 119-123. ISBN 978-80-01-04577-0 [BO_02] JALOVECKÝ, Rudolf. Palubní systémy řízení letu I. 1. vyd. Brno: Univerzita obrany, 2008. 82 s. ISBN 978-80-7231-500-0. [BO_03] JALOVECKÝ, Rudolf. Palubní systémy řízení letu II. 1. vyd. Brno: Univerzita obrany, 2008. 93 s. ISBN 978-80-7231-593-2. [BO_04] VOSS W., A Comprehensible Guide to Controller Area Network. 2nd. Greenfield, Massachusetts, USA: Copperhill Technologies Corporation, 20052008. 152 s. ISBN 978-0976511601. [BO_05] MATLAB Documentation [online]. © 1984-2010 [cit. 2011-02-02]. http://www.mathworks.cn/access/helpdesk/help/techdoc/index.html. [BO_06] HAVLÍKOVÁ M., Diagnostika systémů s lidským operátorem, Doktorská práce, Vysoké Učení Technické v Brně, 2008, 153 p.

20

[HRA1]

SAMPER, Jaziki M.; PEREZ, Roc B.; LAGUNILLA, Juan M. GPS & Galileo : Dual RF Front-end Receiver and Design, Fabrication and Test. [s.l.] : Mc Graw Hill, 2009. 194 s. ISBN 978-0-07-159870-5.

[HRA2]

KAI, Borre, et al. A Software-Defined GPS and Galileo Receiver : A SingleFrequency Approach. Boston, USA : Birkhauser, 2007. 176 s. ISBN 0-81764390-7. [kniha] [HRA3] PROAKIS, John. Digital Communications. USA : McGraw-Hill Science/Engineering/Math, 2000. 1024 s. ISBN 978-0072321111. [HRA4] HOLMES, Jack K. Spread Spectrum Systems for GNSS and Wireless Communications. USA : Artech House, INC., 2007. 864 s. ISBN 978-1-59693083-4. [HRA5] SCHMIDT, G. T., PHILIPS, R. E. INS/GPS Integration Architectures, In RTO lecture series supporting papers : “Low-Cost Navigation Sensors and Integration Technology”, RTO-EN-SET-116, 2010, NATO RTA publishing. [HRA6] SCHMIDT, G. T., PHILIPS, R. E. INS/GPS Integration Architectures Performance Comparisons, In RTO lecture series supporting papers : “LowCost Navigation Sensors and Integration Technology”, RTO-EN- SET-116, 2010, NATO RTA publishing. [BA_01] STOCK, M. CANaerospace specification v1.7. [online].[cit. 2009-04-05]. Available on: .

15.

Seznam zkratek ZKRATKA Anglický význam

Český význam

CAN

Controller Area Network

Průmyslová sběrnice

CAN ID

Controller Area Network Identifier

Identifikátor CAN

DPS DSP

Desky plošných spojů Digital Signal Processing

Číslicové zpracování signálu

FM

Electronically Erasable Programmable Read-Only Memory Frequency Modulation

FPGA

Field Programmable Gate Array

HW

hardware

Obvodové vybavení

I/O

Input/Output

Vstup/Výstup

ID

Identifier

Identifikátor

EEPROM

Elektronicky mazatelná paměť pouze pro čtení

IRJ

Kmitočtová modulace. Obvod programovatelných hradlových polí.

Inerciální referenční jednotka

ISP

In Signal Programming

Programování při čtení signálu

JTAG

Joint Test Action Group

Architektura pro testování plošných spojů a programování FLASH pamětí

LES

Letecké elektrotechnické systémy

21

LPES

Letecký Palubní Elektronický Systém

LPES (AES)

aircraft electronic system

letecký palubní elektronický systém

MEMS

Micro-Electro-Mechanical systems

Mikroelektromechanické systémy

MIPS

Mega Instructions Per Second

Milion instrukcí za sekundu

NEC

Network Enabled Capability

PC

Personal Computer

Osobní počítač

POV

Projekt obraného výzkumu

PWM

Pulse Width Modulation

Pulsně šířková modulace

RTC

Real Time Clock

Hodiny reálného času

SAŘL

Systém automatického řízení letadel

SPI

Serial Peripheral Interface

Sériové periferní rozhraní

SRAM

Static Random Access Memory

Statická paměť s náhodným přístupem

SW

software

Programové vybavení

UART

Universal Asynchronous Receiver Transmitter

Univerzální asynchronní sériové rozhraní

22