Certifyability of methods to visualise sensor data for synthetic vision systems

Abstract

Software Entwicklung für Avionik Systeme richtet sich nach den Standards für Software Entwicklung für Luftfahrtsysteme und enthält wesentliche Einschränkungen bezüglich Entwicklungsmöglichkeiten und Umsetzung. Das Ziel dieser Arbeit ist das Erarbeiten von Anforderungen an eine Terrain Rendering Software, die es dem Piloten eines Helikopters ermöglicht aufgrund einer dreidimensionalen Visualisierung im Primary Flight Display zu navigieren. Die Herausforderung dabei liegt in der "non-restricted Quadtree" Datenstruktur der vorliegenden Daten und der daraus resultierenden Möglichkeiten zur Triangulierung mit der leistungsbegrenzten Hardware eines eingebetteten Systems. Die Lösung liegt dabei in der Verbesserung einer Triangulierungstechnik die 2004 von Mariano Perez entwickelt wurde, aber in der Originalform die Kriterien für eine mögliche Zertifizierung der Software nicht erfüllt.<br />Der Triangulierungsansatz basiert auf der Möglichkeit die einzelnen Blätter eines Quadtrees in eine Listenstruktur abzuspeichern um danach ein Gitternetz anhand der Höhenwerte der einzelnen Blätter und der vorhandenen Nachbarschaftsinformation zu erzeugen und in eine optimierte Datenstruktur umzuwandeln. Die Arbeit zeigt einen Ansatz wie solch eine Terrain Rendering Engine umgesetzt werden kann, so dass sie den Anforderungen des Benutzers und der Software Standards entspricht. Der Implementierungsteil bespricht die Umsetzung im Detail und erläutert Herausforderungen hinsichtlich Speicherverbrauch, Leistung und Bildqualität.<br />

Software development of avionic systems is based on software standards for airborne systems. These documents contain essential limitations for development methods and the implementation of software.<br />The aim of this work is the gathering of requirements for a terrain rendering software used for a three dimensional representation on the Primary Flight Display of a helicopter, so that the pilot can navigate according to this visualisation. The challenge lies in the "non-restricted-quadtree" data structure of the given input data and the following triangulation with the resources of an embedded system. The solution for this challenge can be found in an improvement of the work of Mariano Perez from 2004. In the original version, the work of Perez can not be used for this specific problem, because the triangulation does not fulfill a given accuracy which is important for the certification process. The quadtree triangulation approach is based on the possibility to fill individual nodes of a quadtree to a list structure, so that an optimized mesh structure can be created, based on the height values of each node and the neighbourhood information of the list structure. This master thesis shows an approach, how a terrain render engine can be designed, so that it fulfills the user requirements, and the software standardisation requirements for airborne systems. The implementation part discusses the integration in detail and explains challenges in memory consumption, performance and image quality.