Sensor Data Fusion and Integration of the Human Element

RTO-MP-12
AC/323(SCI)TP/4
NORTH ATLANTIC
RESEARCH
TREATY
ORGANIZATION
AND TECHNOLOGY
BP 25, 7 RUE ANCELLE,
ORGANIZATION
F-92201 NEUILLY-SUR-SEINE
CEDEX, FRANCE
© RTO/NATO 1999
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of the RTA Information Policy Executive is required for more than one copy to be made or an extract
included in another publication. Requests to do so should be sent to the address above.
RT0 MEETING
PROCEEDINGS
12
Sensor Data Fusion and Integration
Human Element
of the
(la Fusion de données de senseur et l’intégration du facteur
humain)
Papers presented at the System Concepts and Integration (XI)
Canada, 14-17 September 1998.
Symposium held in Ottawa,
Published February 1999
Distribution and Availability on Back Cover
RTO-MP-12
AC/323(SCI)TP/4
NORTH
ATLANTIC
RESEARCH
TREATY
AND TECHNOLOGY
BP 25, 7 RUE ANCELLE,
RT0
ORGANIZATION
MEETING
ORGANIZATION
F-92201 NEUILLY-SUR-SEINE
PROCEEDINGS
CEDEX, FRANCE
12
Sensor Data Fusion and Integration
Human Element
(la Fusion de données de senseur et l’intégration
Pupers presented at the System Concepts and Integration
Canada, 14-17 September 1998.
of the
du facteur humain)
(XI)
Symposium held in Ottawa,
La fusion de données de senseur et
l’intégration
du facteur humain
(RT0 MP-12)
Synthèse
Les opérateurs des futurs systèmes militaires sur un champ de bataille en environnement numérisé
devront faire face à des volumes grandissants de données. Ces données proviendront de sources
multiples telles que capteurs embarqués et autres plates-formes et systèmes. Le fusionnement des
données capteurs (SDF) permet d’intégrer ces données afin de présenter la situation à l’opérateur de la
façon la plus simple et la plus précise possible. Les avantages escomptés comprennent la diminution de
la charge de travail de l’opérateur, ainsi que l’amélioration de la gestion de la mission et de la prise de
décisions.
Ce symposium a eu pour objectif principal de permettre aux représentants des pays membres de
1’OTAN d’examiner et de discuter des questions technologiques et opérationnelles soulevées par
l’intégration effective des systèmes SDF dans l’environnement de travail des opérateurs militaires.
Le symposium a été organisé sous forme de sessions :
l
Caractéristiques des besoins opérationnels
l
Techniques et technologies de conception systèmes
l
Intégration des opérateurs humains dans les systèmes complexes
l
Applications systèmes
l
Enseignements tirés et tendances
Les communications présentées ont abordé un large éventail de sujets concernant divers types de platesformes et de missions. Les principaux domaines couverts furent :
l
Le développement et la mise en oeuvre d’algorithmes de fusionnement de données
l
La conception des interfaces homme-machine SDF
l
Les méthodes d’évaluation de l’efficacité de l’intégration des systèmes SDF
l
Les résultats des essais de performance des systèmes SDF
La question de la responsabilité de la mission a été discutée : Les « décisions » prises par un système
SDF, sont-elles imputables à l’être humain ou à la machine ? Quels sont les tests intégrés à inclure pour
permettre à l’opérateur de vérifier une décision de fusion, afin d’en tenir compte ou non. Etant donné la
sensibilité du climat politique actuel, cette question pourrait être déterminante pour l’adoption des
systèmes SDF.
La majorité des participants semblait convaincus que l’intégration des systèmes SDF pourrait améliorer
de façon considérable l’efficacité des missions, en étant cependant d’accord sur le fait que l’intégration
de l’élément humain était indispensable et que l’implication des membres d’équipage au stade de
conception demeurerait un élément clé. Les participants ont souligné l’importance d’une formation
appropriée qui devrait permettre aux équipages non seulement d’apprécier les capacités du système,
mais aussi d’avoir confiance dans les informations qu’il génère.
Dr George E A Reid
Président du comité de planification technique
iv
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Contents
Executive
Page
...
lu
Summary
iv
. ..
vlu
Synthèse
Theme/Thème
Pane1 Offker
and Programme
ix
Committee
Reference
Technical Evaluation
by S. Leek
T
Report
Opening Address
by J. Leggat
0
Keynote Address
by E.L. Fleeman
K
SESSION
1: CHARACTERISTICS
OF OPERATIONAL
REQUIREMENTS
Chairman: Mr J.B. SENNEVILLE
(FR)
Intelligent
Crew Assistant for Military
by A. Walsdorf and R. Onken
On the Design of a Decision Support
a Modern Frigate
by B.A. Chalmers
Transport
1
Aircraft
System for Data Fusion and Resource Management
in
2
Paper 3 withdrawn
Paper 4 withdrawn
SESSION
II: SYSTEM DESIGN TECHNIQUES
AND TECHNOLOGIES
Chairman: Ir P. van den BROEK (NE)
Measures of Merit for Collaborative
Collection, Connection,
by C. Kowalski, S. Stubberud, D. Klamer and M. Alford
and Execution
Contextual Information
and Multisensor
Data Fusion for Battlefield
by A. Bastière, V. Chalmeton and V. Nimier
Management
Applications
5
6
Paper 7 withdrawn
Image Data Fusion for Future Enhanced Vision Systems
by H.-U. Doehler, P. Hecker and R. Rodloff
A Distributed
System for Command
Language Abstraction
by E. Saridogan
Novel Concepts for Identity
by S.M. Arman
and Control
Applications
Fusion in an Air Combat
MIDS Triangulation
and De-Gbosting of Intersection
by J.W.R. Ziegler and H. Sachsenhauser
Y
with Programming
Environment
10
Points
11
SESSION
HI: INTEGRATION
OF HUMAN
Chairman: Dr-Ir
OPERATORS
L. CROVELLA
Subjective Information
Given by User in Bearings-Only
by M. Spigai and J.-F. Grandin
Integration
of the Human
Technologies
by G.M. Rood
Fusion and Display
by G.F. Ardey
Operator
into Complex
of Data According
WITH
(IT)
Target Motion
SYSTETMS
Analysis
Air Systems Using Alternative
to the Design Philosophy
of Intuitive
Enhanced and Synthetic Vision System Concept for Application
Missions
by C. Swail and S. Jennings
Evaluation of the Cockpit Assistant Military
by A. Schulte and P. St&z
COMPLEX
Aircraft
CAMA
12
Control
Use
to Search and Rescue
in Simulator
Trials
13
14
15
16
SESSION IV: SYSTEM APPLICATIONS
Chairman:
Mr P. SERGENT
(FR)
Fusion and Display of Tactical
by A. Watts and C. Silvester
Information
Within
The Multi-Sensor
Integration
System for NATO
by H. Roschmann and U. Wacker
Environment
Perception Process in Maritime
by S. Paradis, W. Treurniet and J. Roy
Tactical Missions of Transport Aircraft:
Crew Workload
by H.D. Lerche and F. Mehler
Battlefield
Helicopters
E-3A Mid-Term
Command
17
Modernisation
18
19
and Control
A Proven Low Level Guidance
Concept to Reduce
20
Paper 21 withdrawn
Paper 22 withdrawn
SESSION
V: LESSONS LEARNED
AND FUTURE
Chairman: Ir A. ALVES-VIEIRA
(PO)
Utilizing CORBA Concepts for Command
by M. Balci and S. Kuru
and Control
Integrating
Voice Recognition and Automatic
Collaboration
for Air-to-Ground
Attack
by G. Barbato
Target
TRENDS
23
Systems
Cueing to Improve
Aircrew-System
24
Paper 25 withdrawn
The Effects of Image Resolution
by J. Stiff
on the Utility
of Target Recognition
vi
Aids
26
Theme
The theme is the effective collaboration between crew and the complex, but not entirely autonomous, systems in the context
of multiple information sources such as off-board communications, other platforms and multiple sensors on board platforms.
The primai-y componcnts of this theme that merit particular attention are:
(a) Characteristics of operational requirements demanding difficult human-system interactions;
(b) System design and technology for the fusion of mission-related data, information and knowledge in the context of
complex missions involving co-operation against multiple targets;
(c) Effective deployment of crew in supervising and interacting with such systems, taking into account cognitive issues
including software psychology (addressing human-software interaction).
TOPICS
a) Characteristics of operational requirements requiring difficult human-system interaction, e.g. group operations; C31
issues; interoperability; uncertainty; survival in battle damage; IFF: consideration of air, sea and land systems.
b) Reliance on human operators to perform the fusion task often creates a prohibitively high workload and cari result in an
unacceptable reduction in the timeliness of information. This applies particularly to the operation of modem aircraft
where one person may be required to assimilate a11the sensor information as well as flying the aircraft and managing
other systems. Automating the functions of fusion and sensor management offers a potential solution to these workload
and timeliness difficulties.
c) New concepts and improving techniques in the integration of crew with complex systems, including: solution of
cognitive issues; model-based reasoning for human advisory systems; the psychology of human interaction with complex
software systems; virtual reality; de-cluttering in information presentation; the multi-media cockpit including headmounted, head-up and head-down displays, voice input and output; autonomous machine Vs human-assisted machine;
interactions and transitions between system autonomy and human interaction; situation awareness; representation of the
human operator for modelling.
Thème
Cette réunion a pour thème la collaboration effective entre des équipages et des systèmes complexes mais non totalement
autonomes, dans un contexte de sources multiples d’informations telles que communications terrestres, autres plates-formes
et senseurs multiples sur plates-formes. Trois éléments principaux de ce thème méritent une attention particulière à savoir :
(a) les caractéristiques des situations opérationnelles impliquant des interactions homme-système difficiles
(b) la conception systèmes et les technologies permettant le fusionnement des données de mission, des informations et des
connaissances dans le contexte de missions complexes requérant des actions coopératives contre des objectifs, multiples
(c) le déploiement efficace des équipages en ce qui concerne la surveillance et l’interaction avec de tels systèmes, compte
tenu des questions cognitives y compris la psychologie de l’interaction homme-logiciel.
SUJETS
a) caractéristiques des situations opérationnelles exigeant des inter actions homme-système difficiles par exemple des
opérations de groupe; questions C31; interopérabilité; incertitude; survie après avaries au combat IFF; la prise en compte
de systèmes terre, air et mer.
b) le recours à des opérateurs humains pour l’exécution de la tâche de fusionnement crée souvent une charge de travail
excessivement lourde et risque d’entraîner une dégradation inacceptable dans l’actualisation des informations. Ceci vaut à
plus forte raison pour le pilotage de l’avion de combat moderne où, dans certains cas, un seul homme doit assimiler
l’ensemble des informations fourmes par les senseurs, piloter l’avion et gérer d’autres systèmes en même temps.
L’automatisation des fonctions de fusionnement et de gestion des senseurs offre une solution possible à ces problèmes de
charge de travail et d’actualisation.
c) l’application de concepts nouveaux et l’amélioration des techniques d’intégration des équipages aux systèmes complexes,
y compris la résolution de problèmes cognitifs; le raisonnement à partir de modèles pour des systèmes-conseil; la
psychologie de l’interaction homme/logiciels complexes; la réalité virtuelle; l’élimination sélective dans la présentation
des informations; le poste de pilotage multimédia y compris les viseurs de casque et les représentations tête haute et tête
basse, les entrées et les sorties vocales; la machine autonome contre la machine assistée par l’homme; les interactions et
transitions entre le système autonome et l’interaction humaine; l’appréciation de la situation; la représentation de
l’opérateur humain pour la modélisation.
Systems Concepts and Integration
CHAIRMAN:
DEPUTY CHAIRMAN
Dr E STEAR
The Boeing Company
PO Box 3999
Mail Stop 85-93
SEATTLE,
WA 98 124-2499
UNITED STATES
Prof L M B da COSTA CAMPOS
Instituto Superior Tecnico
Torre-60 Piso
Avenida Rovisco Pais
1096 LISBON CEDEX, PORTUGAL
TECHNICAL PROGRAMME
CHAIRMAN:
Dr G REID
UK
MEMBERS:
Mr J B SENNEVILLE
Mr P SERGENT
Dr-Ing U KROGMANN
Dr-Ing L CROVELLA
Dr P SANZ-ARANGUEZ
MR R CAMPBELL
FR
FR
GE
IT
SP
us
Panel
COMMITTEE
PANEL EXECUTIVE
From Europe:
From the USA or CANADA:
AGARD-OTAN
LTC T ROBERTS, USA
SC1 Executive
7 Rue Ancelle
F-92200 NEUILLY-SUR-SEINE,
FRANCE
AGARD-NATO
Attention: SC1 Executive
PSC 116
APO AE 09777
Telephone:
33-1-5561
2270182 - Telefax:
33-1-5561
2298199
HOST NATION LOCAL COORDINATOR
Dr J LAVIGNE
Devonshire Building
National Defense Headquarters
OTTAWA,
ONTARIO KlA OK2
Tel: (1) 613 995 2192
FAX: (1) 613 996 5177
ACKNOWLEDGEMENTS/REMERCIEMENTS
The Panel wishes to express its thanks to the Canadian RTB members to RTA for the invitation
in Ottawa and for the facilities and personnel which made the Symposium possible.
to hold this Symposium
Le Panel tient a remercier les membres du RTB du Canada aupres de la RTA de leur invitation
Ottawa, ainsi que pour les installations et le personnel mis B sa disposition.
a tenir cette reunion
.. .
WI
a
REPORT
1. Recipient’s
Reference
2. Originator’s
DOCUMENTATION
3. Further
References
RTO-MP-12
AC/323(SCI)TP/4
5. Originator
ISBN
PAGE
Reference
92-837-1010-X
Research and Technology Organization
North Atlantic Treaty Organization
BP 25, 7 rue Ancelle, F-92201 Neuilly-sur-Seine
4. Security Classification
of Document
UNCLASSIFIED/
UNLIMITED
Cedex, France
6. Title
Sensor Data Fusion and Integration
7. Presented
at/sponsored
of the Human
Element
by
the System Concepts and Integration
14-17 September 1998.
Symposium
held in Ottawa, Canada,
9. Date
8. Author(s)/Editor(s)
Multiple
10. Author’sEditor’s
February
11. Pages
Address
Multiple
12. Distribution
1999
244
Statement
There are no restrictions on the distribution of this document.
Information
about the availability of this and other RTO
unclassified publications is given on the back cover.
13. Keywords/Descriptors
Man computer interface
Systems engineering
Algorithms
Image processing
Data displays
Command and control
Target recognition
Cognition
Data fusion
Multisensors
Operators (personnel)
Decision making
Human factors engineering
Artificial intelligence
Man machine systems
Cockpits
Integrated systems
14. Abstract
This volume contains the Technical Evaluation Report, the Opening Address, the Keynote
Address and the 20 unclassified papers, presented at the Systems Concepts and Integration
(SCI) Panel Symposium held in Ottawa, Canada from 14th to 17th September 1998.
The papers presented covered the following
l
Characteristics
of Operational
Requirements
l
System Design Techniques
l
Integration
l
System Applications
l
Lessons Learned and Future Trends
of Human
headings:
and Technologies
Operators with Complex
Systems
NORTH
ATLANTIC
RESEARCH
AND
TREATY
TECHNOI,OGY
BP 25.7
F-92201
ORGANIZATION
RUE
ORGANIZATION
ANCELLE
NEUILLY-SUR-SEINE
Télécopie
0(1)55.61.22.99
CEDEX
l
Télex
DIFFUSION
l
FRANCE
RT0
DES PUBLICATIONS
NON
CLASSIFIEES
610 176
L’Organisation pour la recherche et la technologie de I’OTAN (RTO), détient un stock limité de certaines de ses publications récentes, ainsi
que de celles de l’ancien AGARD (Groupe consultatif pour la recherche et les réalisations aérospatiales de I’OTAN). Celles-ci pourront
éventuellement être obtenues sous forme de copie papier. Pour de plus amples renseignements concernant l’achat de ces ouvrages,
adressez-vous
par lettre ou par télécopie à l’adresse indiquée ci-dessus. Veuillez ne pas téléphoner.
Des exemplaires supplémentaires peuvent parfois être obtenus auprès des centres nationaux de distribution indiqués ci-dessous. Si vous
souhaitez recevoir toutes les publications de la RTO, ou simplement celles qui concernent certains Panels, vous pouvez demander d’être
inclus sur la liste d’envoi de l’un de ces centres.
Les publications de la RT0 et de I’AGARD sont en vente auprès des agences de vente indiquées ci-dessous, sous forme de photocopie OU
de microfiche. Certains originaux peuvent également être obtenus auprès de CASI.
CENTRES DE DIFFUSION NATIONAUX
ISLANDE
ALLEMAGNE
Director of Aviation
Fachinformationszentrum
Karlsruhe
D-76344 Eggenstein-Leopoldshafen
2
c/o Flugrad
Reykjavik
BELGIQUE
Coordinateur RT0 - VSL/RTO
ITALIE
Etat-Major de la Force Aérienne
Aeronautica Militare
Ufficio Stralcio RTOIAGARD
Quartier Reine Elisabeth
Aeroporto Pratica di Mare
Rue d’Evere, B-l 140 Bruxelles
00040 Pomezia (Roma)
CANADA
LUXEMBOURG
Directeur - Gestion de l’information
(Recherche et développement) - DRDGI 3
Voir Belgique
Ministère de la Défense nationale
NORVEGE
Ottawa,
Ontario KlA OK2
Norwegian Defence Research Establishment
Attn: Biblioteket
DANEMARK
P.O. Box 25
Danish Defence Research Establishment
N-2007 Kjeller
Ryvangs Allé 1
P.O. Box 2715
PAYS-BAS
DK-2100 Copenhagen 0
NDRCC
DGM/DWOO
ESPAGNE
P.O. Box 20701
INTA (RTOIAGARD
Publications)
2500 ES Den Haag
Carretera de Torrejon a Ajalvir, Pk.4
28850 Torrejon de Ardoz - Madrid
PORTUGAL
Estado Maior da Força Aérea
ETATS-UNIS
SDFA - Centro de DocumentaçZo
NASA Center for AeroSpace Information (CASH
Alfragide
Parkway Center, 7121 Standard Drive
P-2720 Amadora
Hanover, MD 21076-1320
ROYAUME-UNI
FRANCE
Defence Research Information Centre
O.N.E.R.A. (Direction)
Kentigem House
29, Avenue de la Division Leclerc
65 Brown Street
92322 Châtillon Cedex
Glasgow G2 8EX
GRECE
TURQUIE
Hellenic Air Force
Millî Savunma Baskanligi (MSB)
Air War College
ARGE Dairesi Baskanligi (MSB)
Scientific and Technical Library
06650 Bakanliklar - Ankara
Dekelia Air Force Base
Dekelia, Athens TGA 1010
AGENCES
DE VENTE
NASA Center for AeroSpace
The British Library Document
Canada Institute for Scientific and
Supply Centre
Technical Information
(CISTI)
Information
(CASI)
Parkway Center
Boston Spa, Wetherby
National Research Council
West Yorkshire LS23 7BQ
Document Delivery,
7121 Standard Drive
Hanover, MD 2 lO76- 1320
Royaume-Uni
Montreal Road, Building M-55
Ottawa
KlA OS2
Etats-Unis
Canada
Les demandes de documents RT0 ou AGARD doivent comporter la dénomination “RTO” ou “AGARD”
selon le cas, suivie du
numéro de série (par exemple AGARD-AG-315).
Des informations analogues, telles que le titre et la date de publication sont
souhaitables, Des références bibliographiques complètes ainsi que des résumés des publications RT0 et AGARD figurent dans les
journaux suivants:
Government Reports Announcements
& Index (GRA&I)
Scientific and Technical Aerospace Reports (STAR)
publié par le National Technical Information Service
STAR peut être consulté en ligne au localisateur de
Springfield
ressources uniformes (URL) suivant:
Virginia 2216
http://www.sti.nasa.gov/Pubs/star/Star.html
Etats-Unis
STAR est édité par CAS.1 dans le cadre du programme
(accessible également en mode interactif dans la base de
NASA d’information scientifique et technique (STI)
données bibliographiques en ligne du NTIS, et sur CD-ROM)
ST1 Program Office, MS 157A
NASA Langley Research Center
Hampton, Virginia 23681-0001
Etats-Unis
Imprimé
par le Groupe Communication
Canada Inc.
(membre de la Corporation
St-Joseph)
45, boul. Sacré-Cœur, Hull (Québec), Canada KIA OS7
NORTH
ATLANTIC
RESEARCH
AND
TREATY
TECHNOLOGY
BP 25
F-92201
ORGANIZATION
l
7 RUE
ORGANIZATION
ANCELLE
NEUILLY-SW-SEINE
Telefax
0(1)55.61.22.99
CEDEX
l
Telex
l
FRANCE
DISTRIBUTION
RTO
OF UNCLASSIFIED
PUBLICATIONS
610 176
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AGARD (Advisory Group for Aerospace Research & Development of NATO), and these may be available for purchase in hard copy form.
For more information, write or send a telefax to the address given above. Please do not telephone.
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just those relating to one or more specific RTO Panels, they may be willing to include you (or your organisation) in their distribution.
RTO and ACARD publications may be purchased from the Sales Agencies listed below, in photocopy or microfiche form. Original copies
of some publications may be available from CASI.
NATIONAL
DISTRIBUTION
CENTRES
LUXEMBOURG
BELGIUM
See Belgium
Coordinateur RTO - VSL/RTO
Etat-Major de la Force Adrienne
NETHERLANDS
Quartier Reine Elisabeth
NDRCC
Rue d’Evere, B-l 140 Bruxelles
DGIWDWOO
CANADA
P.O. Box 20701
Director Research & Development
2500 ES Den Haag
Information Management - DRDIM 3
NORWAY
Dept of National Defence
Norwegian Defence Research Establishment
Ottawa,
Ontario
KIA OK2
Attn: Biblioteket
DENMARK
P.O. Box 25
Danish Defence Research Establishment
N-2007 Kjeller
Ryvangs Alit 1
P.O. Box 2715
PORTUGAL
DK-2100 Copenhagen 0
Estado Maior da ForCa Atrea
SDFA - Centro de Documenta@o
FRANCE
Alfragide
O.N.E.R.A. (Direction)
P-2720 Amadora
29 Avenue de la Division Leclerc
92322 Chatillon Cedex
SPAIN
GERMANY
INTA (RTO/AGARD
Publications)
Fachinformationszentrum
Karlsruhe
Carretera de Torrejon a Ajalvir, Pk.4
D-76344 Eggenstein-Leopoldshafen
2
28850 Torrejon de Ardoz - Madrid
GREECE
TURKEY
Hellenic Air Force
Milli Savunma Bavkanligi (MSB)
Air War College
ARGE Dairesi Baqkanligi (MSB)
Scientific and Technical Library
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Dekelia
Air Force Base
Dekelia, Athens TGA 1010
UNITED KINGDOM
Defence Research Information Centre
ICELAND
Kentigem House
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65 Brown Street
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Glasgow G2 8EX
Reykjavik
ITALY
UNITED STATES
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Parkway Center, 7121 Standard Drive
Aeroporto Pratica di Mare
Hanover, MD 2 1076-1320
00040 Pomezia (Roma)
SALES AGENCIES
The British Library Document
Canada Institute for Scientific and
NASA Center for Aerospace
Supply Centre
Technical Information (CISTI)
Information
(CASI)
Boston Spa, Wetherby
National Research Council
Parkway Center
West Yorkshire LS23 7BQ
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7121 Standard Drive
United Kingdom
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Hanover, MD 2 1076- 1320
Ottawa KlA OS2
United States
Canada
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references and abstracts of RTO and AGARD publications are given in the following journals:
Government Reports Announcements
& Index (GRA&I)
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STAR is available on-line at the following uniform
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United States
STAR is published by CASI for the NASA Scientific
(also available online in the NTIS Bibliographic
and Technical Information (STI) Program
Database or on CD-ROM)
ST1 Program Office, MS 157A
NASA Langley Research Center
Hampton, Virginia 2368 l-0001
United States
m
Printed by CanadaCommunicationGroup Inc.
(A St. JosephCorporation Company)
45 Sacre’-CozurBlvd., Hull (QuPbec),CanadaKIA OS7
ISBN 92-837-1010-X