Artificial intelligence based dynamic mission planning with probabilistic roadmaps and voronoi diagrams using predictive launch acceptability region approach
Kestirimci fırlatmaya uygunluk bölgesi kullanarak olasılıksal yol haritaları ve voronoi diyagramları ile yapay zeka tabanlı hava-yer görev planlama
- Tez No: 694451
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ŞEYDA ERTEKİN BOLELLİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Savunma ve Savunma Teknolojileri, Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Defense and Defense Technologies, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tezde, uçakların karar destek sistemlerini güçlendirmek için fırsat hedeflerine yönelik Kestirimci Fırlatmaya Uygunluk Bölgesi kullanılarak Olasılıksal Yol Haritaları ve Voronoi diyagramları ile tasarlanan hava-yer dinamik görev planlama stratejileri önerilmiştir. Hava-yer görevleri, görev başlamadan önce yer destek sistemlerinde planlanır ve uçağa yüklenir. Dolayısıyla, hava-yer görevi boyunca takip edilmesi gereken yaklaşma noktaları çeşitli tehditlere ve coğrafi yerşekillerine göre planlanır. Fakat, fırsat hedefleri bazen uçağın güvenliğini tehdit eder, çünkü aniden ortaya çıkan hedefler için pilotlar daha önceden planlanmış olan yaklaşma noktalarından sapmak zorunda kalmaktadır. Öncelikle, savaş alanındaki tehditler elipsoidler şeklinde ve coğrafi yerşekilleri geoTIFF'ler kullanılarak modellenmiştir. Daha sonra, Kestirimci Fırlatmaya Uygunluk Bölgesi sorguları modellenmiş ve hedef yaklaşma noktası belirlemek için bir strateji geliştirilmiştir. Sonra, uçağın başlangıç ve hedef durumlarını bağlayan bir çizge oluşturmak amacıyla; önerilen birinci metotta güvenli alanda Dubins mesafesi ile Olasılıksal Yol Haritası kullanılarak yol haritaları, ikinci metotta ise tehditler merkez alınarak Voronoi diyagramları oluşturulmuştur. İki yöntemde de, başlangıç durumundan hedef durumuna olan en kısa güzergah Dijkstra'nın en kısa yol algoritmasıyla bulunmuştur ve Dijkstra'nın en kısa yol algoritmasının çıktısının optimizasyona ihtiyaç duyduğu değerlendirilmiştir. Bu yüzden, Voronoi diyagramı baz alınarak geliştirilen yöntem için özgün bir yörünge optimizasyonu stratejisi geliştirilmiştir. Daha sonra optimize edilen güzergahın bürümü Hilbert dönüşümü kullanılan bir yöntemle bulunmuş ve elde edilen bürüm coğrafi yerşekillerinden kaçınmak amacıyla kullanılmıştır. Son olarak önerilen metotlar; yakınsaklık oranı, ortalama güzergah uzunluğu ve işletim süresi yönlerinden analiz edilmiş ve birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Olasılıksal Yol Haritası tabanlı metotta minimum güzergah uzunluğu 6882.8 m olarak, minimum işletim süresi 62 s olarak, ve örnek sayısı 6000'den ve iki örnek arasında izin verilen en büyük Dubins yörüngesi uzunluğu 450 m'den büyük olduğunda yakınsaklık oranı %94 ile %100 arasında gözlemlenmiştir. Voronoi diyagramı tabanlı metot için ise, ortalama güzergah uzunluğu, ortalama işletim süresi ve yakınsaklık oranı sırasıyla 7192.6 m, 0.60 s ve %100 olarak gözlemlenmiştir. Sonuçlar, dinamik görev planlamanın fırsat hedefleri için tahminlenen hedef yaklaşma noktası ile en uyguna yakın bir güzergah, kabul edilebilir bir işletim süresi ve tam yakınsaklık oranıyla gerçekleştirilebilirliğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, dynamic air-to-surface mission planning strategies based on probabilistic roadmaps and Voronoi diagrams using predictive launch acceptability region approach are proposed for opportunity targets in order to strengthen decision support capabilities of aircraft. Air-to-surface missions are planned in ground support systems and loaded to aircraft before the mission begins. This means that all the waypoints which should be followed during an air-to-surface mission are planned according to various threats and geographical formations. However, opportunity targets sometimes endanger aircraft safety because pilots may be obliged to deviate from planned waypoints in order to destroy the target which is unexpectedly appeared. First of all, threats on battlefields are modeled by ellipsoids, and geographical formations are simulated by geoTIFFs. Then, predictive launch acceptability region queries are modeled, and a strategy is developed to designate a release state. In the first proposed method, a probabilistic roadmap algorithm with Dubins path distance is developed to form a connected graph that will connect the start and the goal states in collision-free space. In the second proposed method, Voronoi diagram is generated according to threats in order to generate a roadmap. The shortest path between the start and the goal state in generated roadmaps is derived by Dijkstra's shortest path algorithm for both of the proposed methods. For Voronoi diagram-based method, a typical algorithm is developed in order to optimize the output of Dijkstra's shortest path algorithm. The optimized path is enhanced according to geographical formations by extracting the maximum envelope of elevation profile of the path using Hilbert transform. Finally, proposed methods are analyzed in terms of convergence rate, mean trajectory length, elapsed time and compared with each other. For the probabilistic roadmap-based method, minimum trajectory length is observed as 6882.8 m, convergence rate is observed between 94% and 100% with number of samples is greater than 6000 and the maximum permitted length of Dubins path between two samples is greater than 450 m, and minimum execution time is observed as 62 s. Mean trajectory length, average execution time, and convergence rate are observed as 7192.6 m, 0.60 s, and 100%, respectively for Voronoi Diagram-based method. Results show that dynamic mission planning can be accomplished for opportunity targets using a predicted release state with a sub-optimal trajectory, admissible elapsed time, and full convergence rate.
Benzer Tezler
- Geleneksel Sivrihisar evleri
Traditional houses of Sivrihisar
FİSUN ÖZŞUÇA
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
MimarlıkGazi ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ORHAN CEZMİ TUNCER
- Şırnak asfaltitleri külünde nikel ve molibdenin spektrofotometrik tayini
Spectrophotometric determination of nickel and molybdenum in Şırnak asphaltites ash
OLCAY ŞİMŞEK
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Petrol ve Doğal Gaz MühendisliğiGazi ÜniversitesiYRD. DOÇ. DR. ALİ REHBER TÜRKER