Wahrscheinlichkeitsbasierte Methoden zur autonomen Führung von Fahrzeugen in unsicherer Umgebung

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Ein Beitrag zur Steuerung von mobilen Systemen auf Grundlage der Bioorientierten Adaptiven Autonomie

Zusammenfassung: Die Forschung im Bereich mobiler Systeme hat in den letzten Jahren ständig an Bedeutung gewonnen. Als Ziel steht häufig das Erlangen von Autonomie im Vordergrund. Unterschiedliche Vorstellungen von „Autonomie“ erschweren dabei eine notwendige interdisziplinäre Zusammenarbeit von Spezialisten unterschiedlicher Fachrichtungen. Die vorliegende Dissertation schlägt mit der Bioorientierten Adaptiven Autonomie ein neuartiges Autonomie-Konzept vor. Indem Autonomie als variabler Zustand in einem Spektrum zwischen vollautonom und teleoperiert betrachtet wird, lassen sich alle vorhandenen Vorstellungen von Autonomie einordnen. Auch beschreibt das Konzept die Möglichkeit, den Autonomiegrad von Systemen durch einen Softwareadapter ständig den aktuellen Gegebenheiten anzupassen. Damit kann ein autonomes System auf Daten oder Rechenkapazitäten von außerhalb zugreifen. Auch kann ein Mensch in die Missionsausführung autonomer Systeme eingebunden werden, da die juristische Verantwortung immer bei einem Menschen liegen muss. Es wird herausgearbeitet, dass nicht das Erlangen eines möglichst hohen Autonomiegrades das Ziel sein sollte, sondern eines optimal angepassten. Besonders effizient ist das neuartige Autonomiekonzept bei der Realisierung von Teams aus unbemannten Systemen. Hier stehen die Zielstellungen ‚Autonomie’ und ‚Kooperation’ im klaren Widerspruch zueinander. Durch das Senken der einzelnen Autonomiegrade kann auf verschiedene Weisen Teamverhalten erzeugt werden. Im Rahmen dieser Arbeit werden unterschiedliche Umsetzungen von Teams aus mobilen Systemen beschrieben. Es werden verschiedene wissenschaftliche Methoden angewandt und verglichen. Als neuartig wird ein hybrider Ansatz mit analytischen, regel- und zustandsbasierten Umsetzungen angegeben und mit stochastikorientierten Verfahren sowie einem aus der Literatur entnommenen analytischen Ansatz verglichen. Ein wertender Vergleich der unterschiedlichen Realisierungsmöglichkeiten wird besonders im Hinblick auf praxistaugliche Anwendungen vorgenommen. Die vorgestellten Aussagen werden durch verschiedene Simulationen veranschaulicht, welche auch zur Verdeutlichung des Vergleichs der unterschiedlichen Teamstrategien herangezogen werden. Als Ausblick wird auf verschiedene Anwendungsmöglichkeiten hingewiesen, bei welchen gegenwärtig unter Mitarbeit des Autors das beschriebene Autonomiekonzept in die Praxis übertragen wird

Stand und Perspektiven der militärischen Nutzung unbemannter Systeme. Endbericht zum TA-Projekt

Unbemannte Systeme (UMS) haben sich in vielen Streitkräften umfassend und fest etabliert. Sie eröffnen in wichtigen Dimensionen des militärischen Fähigkeitsspektrums Kosten-, Effektivitätsund Sicherheitsvorteile oder erschließen neuartige Optionen auf dem Gefechtsfeld. Dazu gehören beispielsweise länger andauernde Einsätze im Vergleich zu bemannten Systemen, reduzierte Gefährdung der Soldaten oder die Möglichkeit zu einer umfassenden Aufklärung in hochriskanten Einsatzumgebungen. Die Entwicklung von UMS steht im Zusammenhang mit Fortschritten in zahlreichen Technologiefeldern und eröffnet ökonomische Potenziale, die über den militärischen Bereich hinausgehen. Spätestens seit dem tausendfachen Einsatz luftgestützter bewaffneter Drohnen im Irak und in Afghanistan verbinden sich mit UMS aber auch sicherheits-, rüstungskontrollpolitische und völkerrechtliche Herausforderungen. Der TAB-Bericht beschreibt den Stand der Entwicklung und militärischen Nutzung unbemannter Systeme zu Luft, Land und See im nationalen und internationalen Kontext und gibt eine Übersicht heutiger und künftiger Schlüsseltechnologien für die Entwicklung von UMS. Darüber hinaus thematisiert er die ökonomische Dimension unbemannter Systeme im wehrtechnischen und zivilen Teilmarkt des nationalen und internationalen Wirtschaftssystems, um darauf aufbauend die zivilen Innovations- und Einsatzpotenziale von UMS zu analysieren. Der Bericht ordnet unbemannte Systeme auch in den durch Rüstungs- und Rüstungsexportkontrollverträge sowie völkerrechtliche Normen gespannten Rechtsrahmen ein und nimmt eine Bestandsaufnahme der geltenden Verträge im Hinblick auf ihre Relevanz für UMS vor, um abschließend den politischen wie gesellschaftlichen Informations- und Diskussionsbedarf aufzuzeigen. INHALT ZUSAMMENFASSUNG 5 I. EINLEITUNG 19 1. Beauftragung 20 2. Aufbau des Berichts 20 3. Zusammenarbeit mit Gutachtern 23 II. UNBEMANNTE SYSTEME: EIN ÜBERBLICK 25 1. Definition und Abgrenzung 25 2. Kategorien 28 3. Unbemannte fliegende Systeme 32 3.1 UAVs in Deutschland 34 3.2 Weitere UAV-Aktivitäten 44 3.3 UAVs in den USA 46 4. Unbemannte Bodensysteme 49 4.1 UGVs in Deutschland 50 4.2 UGVs in den USA 54 5. Unbemannte Systeme zu Wasser 59 5.1 USVs/UUVs in Deutschland 62 5.2 UUVs/USVs in den USA 64 III. UNBEMANNTE SYSTEME IN DER BUNDESWEHR: KONZEPTE, EINSATZSZENARIEN, FÄHIGKEITEN 69 1. Bundeswehrgemeinsame Konzepte 70 1.1 Konzeptioneller Rahmen 70 1.2 Einsatzhintergründe und Ziele 72 2. Unbemannte Systeme der Streitkräftebasis 75 2.1 Konzepte 75 2.2 Einsatzhintergründe 75 2.3 Fähigkeiten und Systeme 76 3. Unbemannte Systeme im Heer 77 3.1 Konzepte 77 3.2 Einsatzhintergründe und Fähigkeiten 77 3.3 Systeme 81 4. Unbemannte Systeme der Marine 84 4.1 Konzepte 85 4.2 Einsatzhintergründe 86 4.3 Fähigkeiten und Systeme 89 5. Unbemannte Systeme der Luftwaffe 90 5.1 Konzepte 90 5.2 Einsatzhintergründe 92 5.3 Fähigkeiten und Systeme 95 IV. TECHNOLOGIEN UND SYSTEME 99 1. Technologien 99 1.1 Antrieb und Energieversorgung 100 1.2 Leitsysteme 106 1.3 Navigation 108 1.4 Planungssysteme 109 1.5 Datenübertragung/Kommunikation 111 1.6 Nutzsensorik 113 1.7 Autonomie 116 2. Querschnittstechnologien 120 2.1 Informationstechnologie und Elektronik 120 2.2 Neue Materialien 122 2.3 Biotechnologie und Biomimetik 124 2.4 Nanotechnologie/Mikrosystemtechnik 124 2.5 Zukunftsperspektiven von Querschnittstechnologien 125 3. Einsatzszenarien und Systementwicklungen in der Zukunft – ein Ausblick 126 3.1 Komplexität von Missionen und Systemen 126 3.2 Zukünftige Systeme in ausgewählten Szenarien 128 V. ÖKONOMISCHE ASPEKTE UNBEMANNTER SYSTEME 141 1. Märkte 141 2. Kosten und Kostenvergleiche 147 2.1 Anmerkungen zu Kostenarten und Kostenelementen 147 2.2 Beispielhafte Einsatz- und Kostenvergleiche 150 3. Perspektiven ziviler Anwendungen 156 4. Unbemannte Systeme als Innovationen 161 4.2 Innovationsblockaden und -perspektiven 164 4.3 Unbemannte Systeme und nationale wehrtechnische Fähigkeiten 170 VI. UNBEMANNTE SYSTEME IM LICHT VORBEUGENDER RÜSTUNGSKONTROLLE 175 1. Rüstungs- und Exportkontrollverträge und ihre Relevanz für unbemannte Systeme 177 1.1 Rüstungskontrollverträge 177 1.2 Multilaterale Vereinbarungen zur Exportkontrolle 187 2. Völkerrechtliche Aspekte des Einsatzes von unbemannten Systemen im bewaffneten Konflikt 193 2.1 Prüfungspflicht (Artikel 36 ZP I) 194 2.2 Einsatz von unbemannten Systemen für Aufklärungszwecke 195 2.3 Bewaffnete unbemannte Systeme 196 3. Sicherheits- und rüstungskontrollpolitische Folgen einer breiten Einführung von unbemannten Systemen 207 3.1 Gründe für eine rüstungskontrollpolitische Bewertung 207 3.2 Beurteilung unter Stabilitätsaspekten 208 3.3 Nutzung durch substaatliche Akteure 213 3.4 Exkurs: unbemannte fliegende Systeme und konventionelle Bomben 215 VII. INFORMATIONS- UND DISKUSSIONSBEDARF, HANDLUNGSFELDER 217 LITERATURVERZEICHNIS 229 1. In Auftrag gegebene Gutachten 229 2. Weitere Literatur 22