Tekst LTZ 2OC (SD) Joost Margés
Foto John van Helvert
Software laat sonarsystemen meer waarnemen
Meerdere collega's van de Defensie Materieel Organisatie mochten onlangs uit handen van toenmalig Commandant der Strijdkrachten (CDS) luitenant-admiraal Rob Bauer de Samen Sterker Award in ontvangst nemen. Die award is er voor medewerkers die de defensieorganisatie op een innovatieve manier versterken. In deze editie van Materieelgezien: Onderzoekers Tjarda Wilbrink en Vincent van Leijen van JIVC/KIXS.
Onderzeeboten beter kunnen opsporen en de eigen boten bijbrengen hoe je maximaal buiten beeld blijft. Daarvoor is de ENVITE-programmatuur ontwikkeld door JIVC/KIXS van de DMO. Dat gebeurde binnen het Multi Use Acoustic Support Suite (MUASS)-project. Slimme inzet van sonarsystemen leidt mede door invoer van oceanografie en terreindata tot een spectaculair beter beeld.
Tjarda Wilbrink doorliep de Zeevaartschool op Terschelling en ging aan de slag bij de Meteorologische Dienst van de KM op het voormalig Vliegkamp Valkenburg. Hierna streek zij neer als instructeur bij de Nederlands-Belgische Operationele School. Daar werkte Wilbrink al met programma’s waarmee je het bereik van sonar- en radarsystemen kunt uitrekenen. Via CAMS Force Vision (nu Maritieme IT), belandde zij op haar huidige functie van Concept Development & Experimentation (CD&E)-manager bij Kennis Innovatie, eXperimenten en Simulatie (KIXS) van JIVC en begeleidt zij het project MUASS.
Inzichten genereren uit data
Vincent van Leijen studeerde wiskunde aan de Rijksuniversiteit Groningen en werd aansluitend onderzoeksofficier bij het Centrum voor Operationele Data en Analyse op Valkenburg. Daarna vervolgde hij zijn loopbaan als universitair docent Onderwatersystemen op het Koninklijk Instituut voor de Marine/Nederlandse Defensie Academie. Aansluitend raakte hij als projectmanager bij CAMS Force Vision betrokken bij het Instandhoudingsprogramma Walrusklasse. In die tijd haalde hij zijn doctorsgraad in de Kunstmatige Intelligentie aan de Universiteit van Amsterdam. Via de functie van senior-innovatiemanager is hij nu senior-datascientist bij KIXS/Datalab voor het project MUASS. Zijn werk: voor Defensie relevante inzichten genereren uit data met behulp van moderne technieken uit de kunstmatige intelligentie en machine learning.
‘Onderzeebootbestrijders van nu helpen om het maximale uit de sensoren te halen’
Laag pitje
“MUASS komt voort uit een behoefte aan praktische ondersteuning bij inzet van samenwerkende sonarsystemen aan boord van fregatten en helikopters”, verduidelijkt Wilbrink. “Dus de ene sonar zendt uit en de andere sonar ontvangt. Door samen te werken wordt het detectiebereik, en dus de kans om een onderzeeboot op te sporen, vergroot.”
Van Leijen vult aan: “De aandacht voor onderzeebootbestrijding/Anti-Submarine Warfare (ASW) stond jarenlang op een laag pitje. Met het sluiten van Valkenburg en de verkoop van de P-3C Orion maritieme patrouillevliegtuigen is veel ASW-kennis verloren gegaan. Samen met een aantal andere experts wilden we dus iets doen om de onderzeebootbestrijders van nu te helpen het maximale uit de sensoren te halen.”
Laten groeien
De uitrol van het MUASS-project besloeg 4 jaar, maar de wens om iets dergelijks te bouwen dateert volgens Wilbrink al van 2011. “In de tussenliggende jaren hebben we diverse experimenten gedaan en prototypes gebouwd en getest op zee.” Van Leijen: “We zitten beiden al meer dan 20 jaar tot over onze oren in de onderwaterakoestiek en oceanografie. Er zijn meerdere TNO-projecten aan besteed. Je kunt zeggen dat er 6 jaar vooronderzoek is gedaan bij TNO, gevolgd door 4 jaar CD&E door JIVC/KIXS.”
Hoe het eindproduct er uit zou gaan zien, wisten de onderzoekers niet, maar aan welke eisen het moest voldoen wel. “Samen met het ontwikkelteam en de gebruikers hebben we de ENVITE-programmatuur laten groeien”, aldus Wilbrink. “We wisten dat de behoefte aan dergelijke software groot was, dus we hadden al snel het idee dat, als we goede software zouden ontwikkelen, de impact groot zou zijn.”
Niet op de plank
De roadmap van het Maritime Warfare Centre schetste volgens Van Leijen de functionele kaders. “De toekomstige gebruikers konden meebepalen wat er werd ontwikkeld. We wisten namelijk vooraf dat dit geen tool moest worden voor wetenschappers, maar voor operationele gebruikers van CZSK. Bij aanvang van het project hebben we overigens een NAVO-symposium gehouden over Tactical Decision Aids. Daar konden we bij onze NAVO-partners in de keuken kijken. We hebben dus wel gebruikgemaakt van buitenlandse ervaring en enkele sonarmodellen, maar het werd toch ook al snel duidelijk dat niemand een product op de plank had liggen dat bij onze ambitie past. We hebben daarom vooral geleund op het genoemde onderzoek van TNO en van afstudeerders die bij KIXS lastige problemen hebben opgelost.”
‘Geen tool voor wetenschappers, maar voor operationele gebruikers van CZSK’
Optimale inzet
Maar wat zijn (in gewone-mensen-taal) nu daadwerkelijk de uitkomsten van het project? Wilbrink: “MUASS is ontwikkeld als planningstool om sonarsystemen optimaal in te zetten, met name bij onderzeebootbestrijdingsoperaties. Je kunt het zien als een geografisch informatiesysteem dat bestaat uit heel veel datasets, met omgevingsinformatie, dus weer- en terreindata, en in dit geval ook info over oceaan en zeebodem. Voor weer en oceanografie kunnen we nu ook gebruikmaken van verwachtingen voor enkele dagen vooruit. Met al deze informatie krijg je een beter beeld hoe de omgeving eruit ziet, zowel boven- als onderwater. Aan MUASS hebben we modellen toegevoegd die berekenen wat de invloed is van die omgeving op de werking van de sonar. Ook hebben we algoritmes toegevoegd die advies geven bij het optimaal inzetten van de sonar.”
Gretige afnemer
Volgens Van Leijen genereert MUASS vooral adviezen aan boord van de fregatten, maritieme gevechtshelikopters en onderzeeboten van de KM. “Elke maritieme eenheid die iets doet aan onderzeebootbestrijding gebruikt MUASS voor decision support in de planningsfase. De Onderzeedienst bijvoorbeeld, was vanaf dag 1 een gretige afnemer. De operators zijn blij met de praktische inzichten die MUASS oplevert in de onderwaterwereld en hebben op hun beurt veel waardevolle ideeën en verbeterpunten aangeleverd. We hebben zelf regelmatig meegevaren om de echte uitdagingen aan boord aan de lijve te ondervinden. De directe, ongefilterde, feedback van de gebruikers was uiterst waardevol om de juiste dingen te doen.”
Arbeidsvriendelijk en compleet
De Onderzeedienst is gebaat bij goede bereiksvoorspelling en inzicht in alle factoren die relevant zijn bij onderwaterdetectie. Niet alleen om de tegenstander te ontwaren, maar ook om zelf zo mogelijk buiten beeld te blijven. De nieuwe laagfrequente sonars van oppervlakte-eenheden en helikopters (zoals LFAPS en HELRAS) zijn namelijk uiterst capabel in het vinden van onderzeeboten. Sensorteamleider korporaal ODOPS Michiel van Oeffelen over het gebruik van ENVITE door onderzeebootbemanningen: “Aan boord zijn wij momenteel hard bezig om meer bedreven te worden met de software. Wij zijn zeer te spreken over hoe de bedrijfsvoering is met ENVITE en met de communicatie met JIVC. Door het arbeidsvriendelijke gebruik en de compleetheid van ENVITE is het veel makkelijker geworden om onze reisvoorbereiding uit te voeren in een relatief korte tijd. Het programma beschikt over alle gemakken om de verschillende rangen en functionarissen van de juiste informatie te voorzien om hun specifieke deel van de opdracht uit te kunnen voeren. Waar het vroeger veel tijd kostte om alles in hetzelfde format te krijgen, is dit al bij ENVITE gedaan. Daardoor heb je meer tijd om je te focussen op andere aspecten van je voorbereiding.”
Complete vrijheid
Allemaal leuk en aardig, inclusief de Samen Sterker Award, maar Wilbrink en Van Leijen gaan niet op hun lauweren rusten. “Onze ambitie voor de lange termijn is MUASS 2.0”, onthult Wilbrink. “Dus de doorontwikkeling op het gebied van sonar. Dat heeft bijvoorbeeld te maken met de komst van nieuwe sonarsystemen.”
Ook voor radar- en elektro-optische systemen is KIXS van zins om ‘mooie modules’ te maken, zoals Wilbrink het noemt. “Daarnaast zijn we ook bezig met een algoritme voor het routeren van schepen, als het gaat om minder CO2-uitstoot en brandstofverbruik. Bijvoorbeeld belangrijk tijdens een oversteek van Den Helder naar Curaçao. Zo zijn er nog veel meer voorbeelden te bedenken waarbij geografische data een rol spelen bij operationele vraagstukken. Omdat we alles zelf ontwikkelen, hebben we als Defensie complete vrijheid in de keuzes die we daarin maken.”
