Sabit kanatlı insansız hava aracının görme tabanlı otonom iniş kontrolü
Vision-based autonomous landing control of a fixed wing unmanned aircraft
- Tez No: 1017838
- Danışmanlar: PROF. DR. ŞEREF NACİ ENGİN, PROF. DR. MUSTAFA DOĞAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Modern havacılıkta İnsansız Hava Araçlarının (İHA) tam otonomiye ulaşması, harici navigasyon sistemlerine bağımlılık nedeniyle kısıtlanmaktadır. Özellikle yüksek hızlarda seyreden sabit kanatlı İHA'lar için GPS'siz ortamlarda otonom iniş, dar hata payı ve dinamik gereksinimler sebebiyle kritik bir mühendislik problemidir. Bu tez çalışmasında, geleneksel hiyerarşik yapıların aksine rehberlik ve kontrol sistemini birleştiren bütünleşik bir mimari önerilmiştir. Önerilen yöntem, harici konumlama desteği olmadan monoküler kamera verilerine dayalı vSLAM (Görsel Eşzamanlı Konumlandırma ve Haritalama) altyapısını kullanmaktadır. Monoküler sistemlerdeki derinlik belirsizliği, askeri pilotların uzman görüşleri doğrultusunda matematiksel olarak kontrol aşamasına dahil edilmiştir. Algoritmadan elde edilen verilerin filtrelenmesi ve sayısal kararlılığın artırılması amacıyla Tekil Değer Ayrışımı tabanlı bir Kalman Filtresi (SVD-KF) entegre edilmiştir. İniş pistinin karmaşık zemin dokularından ayrıştırılması için ise Watershed (Havza) Dönüşümü tekniğinden yararlanılmıştır. Kontrol mimarisi, vSLAM-SVD-KF yapısından gelen verilere en hızlı tepkiyi verecek şekilde tasarlanmıştır. Gecikmeleri önlemek amacıyla, Model Öngörülü Kontrol (MPC) doğrudan düşük seviyeli fiziksel girişlerle çalışacak şekilde düzenlenmiştir. MATLAB ortamında geliştirilen bu bütünleşik yaklaşımın performansı, Doğrusal Kuadratik Regülatör (LQR) ile karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Benzetim sonuçları, vSLAM-MPC tümleşmesinin GPS'siz ortamlarda yüksek hassasiyetli iniş gerçekleştirebildiğini ve özellikle SVD tabanlı Kalman Filtresi algoritmasının karmaşık senaryolarda hesaplama süresini anlamlı ölçüde kısalttığını kanıtlamıştır. MATLAB ortamında geliştirilen bu modüler yapının, düşük maliyetli donanımlarla ve gerçek zamanlı uçuş testlerinde kullanılabilmesi için bir temel oluşturmuştur. Ayrıca, İHA'lardaki görsel navigasyon için kullanılan teknikler özgün bir çerçevede sunulmuştur.
Özet (Çeviri)
In modern aviation, achieving full autonomy for Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) is limited by their reliance on external navigation systems. Especially for fixed-wing UAVs operating at high speeds, autonomous landing in GPS-denied environments is a critical engineering problem due to narrow error margins and dynamic requirements. In this thesis, an integrated architecture that combines guidance and control systems is proposed, in contrast to traditional hierarchical structures. The proposed method utilizes a monocular camera-based vSLAM (Visual Simultaneous Localization and Mapping) infrastructure without external positioning support. The depth ambiguity inherent in monocular systems has been mathematically incorporated into the control stage, drawing upon expert opinions from military pilots. A Singular Value Decomposition-based Kalman Filter (SVD-KF) has been integrated to filter the data obtained from the algorithm and to increase numerical stability. For the detection of the landing runway from complex ground textures, the Watershed Transformation technique was utilized. The control architecture is designed to provide the fastest response to the data arriving from the vSLAM-SVD-KF structure. To prevent delays, Model Predictive Control (MPC) has been configured to work directly with low-level physical inputs. The performance of this integrated approach, developed in the MATLAB environment, has been analyzed comparatively with the Linear Quadratic Regulator (LQR). Simulation results have proven that the vSLAM-MPC integration can perform high-precision landings in GPS-denied environments and that the SVD-based Kalman Filter algorithm significantly reduces computation time in complex scenarios. This modular structure developed in the MATLAB environment has established a foundation for use with low-cost hardware and in real-time flight tests. Furthermore, the techniques used for visual navigation in UAVs are presented within an original framework.
Benzer Tezler
- Modelling, control and implementation of an unmanned vertical take-off and landing aircraft
Dikey iniş kalkış yapabilen bir insansız hava aracının modellenmesi, kontrolü ve gerçeklenmesi
FARABİ AHMED TARHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN TEMELTAŞ
- Adaptive control of a novel tilt-roll rotor quadrotor UAV
Adaptif dört rotorlu bir insansız hava aracının modellenmesi ve kontrolü
ABDULKERİM FATİH ŞENKUL
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDİNÇ ALTUĞ
- A practical implementation of navigation and obstacle avoidance for quadcopters
Dört pervaneli helikopterler için bir engelden kaçınma ve seyrüsefer uygulaması
ONUR YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OVSANNA SETA ESTRADA
- İnsansız hava araçları için otonom uçuş algoritması geliştirme ve simülasyonu
Autonomous flight algorithms development and simulation for unmanned aerial vehicles
KAZIM ÇANTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUĞBA SELCEN NAVRUZ
- A model based flight control system design approach for micro aerial vehicles using integrated flight testing and hil simulations
Küçük boyutlu insansız hava araçları üzerinde sistem tanılama, uçuş kontrol sistem tasarımı ve donanım ile benzetim uygulamaları
BURAK YÜKSEK
Doktora
İngilizce
2019
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÖKHAN İNALHAN