Tutkavideon esitys johtamisjärjestelmässä
Nykänen, Iiro (2021)
Nykänen, Iiro
2021
Tietotekniikan DI-ohjelma - Master's Programme in Information Technology
Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunta - Faculty of Information Technology and Communication Sciences
This publication is copyrighted. Only for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2021-05-24
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202104273912
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202104273912
Tiivistelmä
Tutkat ovat johtamissodankäynnissä yksi tärkeimmistä lähteistä reaaliaikaiselle tilannekuvalle. Perustilanteessa tutkalaitteistoon kuuluva seurantalaskin kykenee toimimaan lähes itsenäisesti, ja tuottaa laitteistoon liitetylle johtamisjärjestelmälle luotettavaa sijaintitietoa tutkan havaitsemista kohteista, kuten ilma-aluksista. Johtamisjärjestelmä raportoi vastaanottamaansa tilannekuvaa eteenpäin muille samassa verkossa oleville yksiköille.
Jotta muilta yksiköiltä vastaanotettuun tilannekuvaan voidaan luottaa ja sen perusteella tehdä ratkaisuja esimerkiksi tuliyksiköissä, tulee tilannekuvan olla kaikissa tilanteissa ehyt. Tietyissä olosuhteissa tutkan seurantalaskimen automatiikka ei kykene kuitenkaan toimimaan luotettavasti, jolloin vastuu tilannekuvan tuottamisesta siirtyy johtamisjärjestelmän käyttäjälle.
Jotta käyttäjä kykenee toimimaan näissä poikkeavissa olosuhteissa, täytyy käyttäjän nähdä mitä tutkakin ”näkee”. Tätä tutkan datan visualisointitapaa kutsutaan tutkavideoksi, jossa tutkan elektromagneettisesta säteilystä saadut vasteet esitetään ympyrämäisellä, tutkakeskeisellä esityksellä. Yksittäinen vaste esitetään videossa pisteenä, jonka sijainti määräytyy säteilyn suunnan ja kimmokkeen vasteajasta lasketun etäisyyden perusteella, ja jonka koko ja kirkkaus riippuu kimmokkeen koosta ja sen kimmottamasta määrästä säteilyä. Kokonaiskuvassa näitä pisteitä on tuhansia.
Tämän diplomityön tavoitteena on mahdollistaa asiakkaan olemassa olevien maalinosoitustutkien tuottaman tutkavideon esitys kehitettävässä johtamisjärjestelmässä. Työssä käsiteltävä kokonaisjärjestelmä koostuu tutkalaitteistosta ja johtamisjärjestelmästä, sekä näiden väliin sovitetusta videomuuntimesta, jonka tehtävänä on digitoida tutkalta vastaanotettu analoginen tutkavideodata johtamisjärjestelmän ymmärtämään digitaaliseen muotoon. Videomuunnin tukee useita tutkavideon välitykseen käytettäviä dataformaatteja, joista kokonaisjärjestelmässä käytettäväksi valittiin EUROCONTROL-laitoksen ylläpitämä standardoitu ASTERIX Category 240.
Varsinainen tutkavideon esitys Java-pohjaisessa johtamisjärjestelmässä toteutettiin integroimalla Luciad-tuoteperheen Lightspeed-karttamoottori, jossa on valmis tuki ASTERIX-pohjaiselle tutkavideon esitykselle. Integrointityössä oli useita Javan luokkalataukseen liittyviä haasteita. Lisäksi johtamisjärjestelmän tapahtumapohjainen IO-arkkitehtuuri ei soveltunut reaaliaikaisen tutkavideon välittämiseen sovelluksen viestintäpalvelimelta käyttöliittymäasiakkaalle suorituskykysyistä. Myös käytetyn videomuuntimen kanssa oli ongelmia sen tuottaman epästandardin ASTERIX-datan vuoksi, minkä lisäksi laitteen tuottama video ei ollut tarpeeksi tarkkaa.
Integrointityössä esiintyneet haasteet saatiin kuitenkin lopulta ratkaistua ja tutkavideon esitys toteutettua asiakkaan tarpeet täyttäen. Radars are one of the most important sources of real time situation picture in command and control warfare. In a normal setting the tracker included in the radar hardware can function almost independently and generates reliable location information about targets that have been detected by the radar. This information, called the situation picture, is forwarded by the connected command and control system to other units in the same network.
The situation picture must remain intact and reliable in all situations for it to be trustworthy during decision making in e.g. air defense units. In certain situations, the trackers automatism cannot function properly, resulting in potential misinformation, and when this happens the radar operator must be able to operate independently. For the operator to be able to function in these situations, they need to understand what the radar “sees”. This radar data visualization technique is called radar video.
Radar video displays the reflection data received for the radar’s electromagnetic emissions with a circular, radar centric display. Singular reflection is displayed as a dot, its location is determined by the emission direction and travel time, and its size and brightness are determined by the size and reflection amount of the reflecting object. The complete video consists of thousands of these dots.
This thesis aims to enable displaying the radar video feed of the customers existing radars in the developed command and control system. The complete system consists of the radar hardware and the command and control system, and of the radar interface computer that was introduced between them. The radar interface computer handles digitizing the analog radar video feed into a digital form that is understood by the command and control system. For the data format there were a couple of choices initially, but the standardized ASTERIX Category 240 format by EUROCONTROL was eventually chosen.
The radar video display itself in a Java based command and control system was implemented by introducing Luciad Lightspeed GIS-platform into the system. Lightspeed has a built-in support for ASTERIX based radar video, so the largest amount of work was the integration part. During the integration process there were multiple Java class loading issues, and the systems IO architecture was not suitable for delivering real time radar video data from the communication platform to the UI client. Furthermore, the radar interface computer, introduced between the radar and the command and control system, had some issues with the data it produced, namely it being non-standard and not accurate enough.
Despite the initial issues the integration process ended up being successful and the radar video display system was successfully implemented, meeting the customers’ requirements.
Jotta muilta yksiköiltä vastaanotettuun tilannekuvaan voidaan luottaa ja sen perusteella tehdä ratkaisuja esimerkiksi tuliyksiköissä, tulee tilannekuvan olla kaikissa tilanteissa ehyt. Tietyissä olosuhteissa tutkan seurantalaskimen automatiikka ei kykene kuitenkaan toimimaan luotettavasti, jolloin vastuu tilannekuvan tuottamisesta siirtyy johtamisjärjestelmän käyttäjälle.
Jotta käyttäjä kykenee toimimaan näissä poikkeavissa olosuhteissa, täytyy käyttäjän nähdä mitä tutkakin ”näkee”. Tätä tutkan datan visualisointitapaa kutsutaan tutkavideoksi, jossa tutkan elektromagneettisesta säteilystä saadut vasteet esitetään ympyrämäisellä, tutkakeskeisellä esityksellä. Yksittäinen vaste esitetään videossa pisteenä, jonka sijainti määräytyy säteilyn suunnan ja kimmokkeen vasteajasta lasketun etäisyyden perusteella, ja jonka koko ja kirkkaus riippuu kimmokkeen koosta ja sen kimmottamasta määrästä säteilyä. Kokonaiskuvassa näitä pisteitä on tuhansia.
Tämän diplomityön tavoitteena on mahdollistaa asiakkaan olemassa olevien maalinosoitustutkien tuottaman tutkavideon esitys kehitettävässä johtamisjärjestelmässä. Työssä käsiteltävä kokonaisjärjestelmä koostuu tutkalaitteistosta ja johtamisjärjestelmästä, sekä näiden väliin sovitetusta videomuuntimesta, jonka tehtävänä on digitoida tutkalta vastaanotettu analoginen tutkavideodata johtamisjärjestelmän ymmärtämään digitaaliseen muotoon. Videomuunnin tukee useita tutkavideon välitykseen käytettäviä dataformaatteja, joista kokonaisjärjestelmässä käytettäväksi valittiin EUROCONTROL-laitoksen ylläpitämä standardoitu ASTERIX Category 240.
Varsinainen tutkavideon esitys Java-pohjaisessa johtamisjärjestelmässä toteutettiin integroimalla Luciad-tuoteperheen Lightspeed-karttamoottori, jossa on valmis tuki ASTERIX-pohjaiselle tutkavideon esitykselle. Integrointityössä oli useita Javan luokkalataukseen liittyviä haasteita. Lisäksi johtamisjärjestelmän tapahtumapohjainen IO-arkkitehtuuri ei soveltunut reaaliaikaisen tutkavideon välittämiseen sovelluksen viestintäpalvelimelta käyttöliittymäasiakkaalle suorituskykysyistä. Myös käytetyn videomuuntimen kanssa oli ongelmia sen tuottaman epästandardin ASTERIX-datan vuoksi, minkä lisäksi laitteen tuottama video ei ollut tarpeeksi tarkkaa.
Integrointityössä esiintyneet haasteet saatiin kuitenkin lopulta ratkaistua ja tutkavideon esitys toteutettua asiakkaan tarpeet täyttäen.
The situation picture must remain intact and reliable in all situations for it to be trustworthy during decision making in e.g. air defense units. In certain situations, the trackers automatism cannot function properly, resulting in potential misinformation, and when this happens the radar operator must be able to operate independently. For the operator to be able to function in these situations, they need to understand what the radar “sees”. This radar data visualization technique is called radar video.
Radar video displays the reflection data received for the radar’s electromagnetic emissions with a circular, radar centric display. Singular reflection is displayed as a dot, its location is determined by the emission direction and travel time, and its size and brightness are determined by the size and reflection amount of the reflecting object. The complete video consists of thousands of these dots.
This thesis aims to enable displaying the radar video feed of the customers existing radars in the developed command and control system. The complete system consists of the radar hardware and the command and control system, and of the radar interface computer that was introduced between them. The radar interface computer handles digitizing the analog radar video feed into a digital form that is understood by the command and control system. For the data format there were a couple of choices initially, but the standardized ASTERIX Category 240 format by EUROCONTROL was eventually chosen.
The radar video display itself in a Java based command and control system was implemented by introducing Luciad Lightspeed GIS-platform into the system. Lightspeed has a built-in support for ASTERIX based radar video, so the largest amount of work was the integration part. During the integration process there were multiple Java class loading issues, and the systems IO architecture was not suitable for delivering real time radar video data from the communication platform to the UI client. Furthermore, the radar interface computer, introduced between the radar and the command and control system, had some issues with the data it produced, namely it being non-standard and not accurate enough.
Despite the initial issues the integration process ended up being successful and the radar video display system was successfully implemented, meeting the customers’ requirements.