Przed uczestnikami postawiono wyzwanie związane z GNSS (Global Navigation Satellite System), czyli globalnym systemem nawigacji satelitarnej, którego najbardziej znanym przykładem, wykorzystywanym przez większość osób na co dzień, jest najszerzej rozpowszechniony system GPS (Global Positioning System).

Żródłem danych wykorzystywanych przez uczestników wyzwania były m.in. zdjęcia, wyniki pomiarów jednostki IMU (Inertial Measurement Unit) i pomiary barometryczne wykonane podczas przelotów ultralekkiej jednostki nad terenem jednego z krajów europejskich, które miały miejsce w trakcie dedykowanej dwuletniej kampanii zbierania danych.

Ogromna użyteczność systemów satelitarnych idzie w parze z dużą podatnością na zakłócenia, zarówno te naturalne, jak i celowo wywoływane przez człowieka. Drużyny biorące udział w programistycznej rywalizacji musiały stworzyć algorytm, który, wykorzystując pracę żyroskopu, akcelerometru i kamery, będzie śledził położenie drona lub samolotu w nieprzyjaznym środowisku, w którym następują przerwy w dostępie do sygnału GPS, spowodowane np. zagłuszaniem przez przeciwnika. To zadanie odwołujące się do jednego z kluczowych, zidentyfikowanych przez NATO zagrożeń technologicznych, jakie występują na obszarach objętych konfliktami zbrojnymi.

— W 2024 r. dowiedziałem się o organizowanej w Helsinkach szkole letniej Summer School on Sensing Technology, przygotowanej przez NATO STO. Wprawdzie moja praca na wydziale nie jest bezpośrednio związana z tematyką obronności, ale zainteresowania i wcześniejsze doświadczenia zawodowe sprawiły, że bardzo zależało mi na udziale w tym szkoleniu. To właśnie jego uczestnikom zaproponowano włączenie się do rywalizacji w ramach Data Challenge — wspomina dr inż. Michał Łepek, lider zespołu. 

Nasz fizyk stworzył drużynę z kpt. mgr. inż. Mateuszem Kaszyńskim (WAT) i mgr. inż. Bartłomiejem Koszkiem (KU Leuven / Star Forge Technologies). Razem opracowali w środowisku Python zorientowany na dane system wizualno-inercyjny do śledzenia trajektorii lotu. 

Dwa kolejne, nałożone na siebie zdjęcia lotnicze pochodzące ze zbioru danych konkursowych. Warto zwrócić uwagę na magazyn w dolnej części zdjęcia, początkowo w postaci czerwonego cienia, na późniejszym zdjęciu zielonkawy. Żółtymi krzywymi połączono odpowiadające sobie punkty z obu zdjęć — widać, że w czasie pomiędzy chwilami wykonania obu zdjęć nastąpiło przesunięcie samolotu nad terenem i lekki skręt w lewo. To właśnie analiza tych przesunięć i obrotów terenu była przedmiotem „wizualnej” części śledzenia trajektorii lotu.

— Nasze rozwiązanie jest oparte na pięciu filarach: standardowym modelu śledzenia pozycji obiektu w przestrzeni 3D, analizie danych inercjalnych, analizie danych wizyjnych, użyciu cyfrowego modelu terenu oraz wypracowanych specjalnie dla tego problemu („data-oriented solution”) reguł fuzji tych danych — wymienia dr Łepek i dodaje, że opracowaną metodę wyróżnia odporność na zmiany w wyglądzie terenu, co jest szczególnie ważne przy różnorodności danych wizualnych z różnych pór roku, oraz działanie na standardowym procesorze w czasie rzeczywistym, co jest nie do przeceniania w przypadku użycia w rzeczywistej platformie latającej, przy ograniczonych możliwościach obliczeniowych.

***

NATO Science and Technology Organization to struktura Sojuszu Północnoatlantyckiego prowadząca nowatorskie badania i analizy z zakresu obronności i bezpieczeństwa. Wiedza naukowa, innowacje i rozwiązania technologiczne służą wspieraniu podstawowych zadań Sojuszu.

Więcej informacji: https://www.sto.nato.int/ 

***

Dr inż. Michał Łepek na co dzień pracuje w Zakładzie Fizyki Układów Złożonych i zajmuje się mi.in. tworzeniem algorytmów oraz badaniem modularności i fraktalności sieci złożonych, np. Internetu.