Döner kanatlı insansız hava araçlarının hareketli platforma otonom iniş sistemi tasarımı
Autonomous landing system design of rotary wing unmanned aerial vehicles on a moving platform
- Tez No: 895433
- Danışmanlar: PROF. DR. HAKAN OKTAL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Eskişehir Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık Elektrik ve Elektroniği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 94
Özet
İnsansız Hava Araçları (İHA), teknoloji ve mühendislik alanlarında büyük bir dönüşüm gerçekleştirmiş ve çeşitli sivil, askeri ve endüstriyel uygulamalarda geniş bir kullanım alanı bulmuştur. Özellikle keşif, gözlem, kargo taşımacılığı ve arama-kurtarma operasyonlarında etkin bir şekilde kullanılmaktadır. Ancak, İHA'ların etkin kullanımını artırmak ve daha zorlu görevleri yerine getirebilmeleri için, otonom iniş ve kalkış kabiliyetlerinin geliştirilmesi büyük bir önem taşımaktadır. Bu çalışmada, İHA'ların hareketli bir platforma otonom olarak iniş yapabilmesi için geliştirilen sistem, konum bilgileri, Kalman filtresi ve görüntüye dayalı nesne tespiti yöntemleri ile desteklenmiştir. Bu tez çalışmasında, İHA'nın hareketli bir platforma otonom iniş yapabilmesi için benzetim ortamında geliştirilen sistem, İHA'nın kendi konum bilgilerinin yanı sıra hareketli platformun konum, hız ve yönelim verilerinden de faydalanmaktadır. İniş pistinin tespiti için özel olarak eğitilmiş YOLO V8 nesne tespit modeli ile pistin konum bilgileri elde edilmiş ve bu sayede yüksek hassasiyetli iniş gerçekleştirilmiştir. Sistemin performansını ölçmek ve geliştirmek amacıyla dört yenilikçi senaryo oluşturularak, İHA'nın değişken irtifa ve bölgelerde yapılan çeşitli ölçümler sonucunda hareketli platforma başarılı bir şekilde otonom iniş yapabildiğini göstermektedir. Benzetimlerde, değişken hız ve yöne sahip yan rüzgâr ve sis nedeni ile kısıtlı görüş etkileri de incelenerek sistemin performansı test edilmiştir. Ayrıca, birden fazla iniş pistinin bulunduğu senaryoda, İHA başlangıç anında kendine en yakın olan kara aracını başarıyla iniş hedefi olarak seçmiştir. Hareketli platform tarafından sağlanan GPS konumu, iniş sisteminin etkinlik alanını genişletmektedir. Platformun GPS konumu ve İHA üzerindeki Atalet Ölçüm Ünitesinden alınan yönelme açısıyla entegre edilen Kalman filtresi kullanılarak platformun hareket yönünde bir buluşma noktası belirlenmekte ve bu sayede daha verimli bir yörünge elde edilmektedir. Literatürdeki benzer çalışmalara kıyasla hedefe daha kısa bir rota üzerinden ulaşılabilmesi ve irtifa değişikliklerini içeren yeni bir yaklaşma ve iniş yörüngesi geliştirilmesi çalışmanın özgünlüğü olarak ortaya çıkmaktadır. Geliştirilen sistem, çeşitli İHA ve kara aracı platformlarıyla entegrasyon imkânı sunarak farklı görev gereksinimlerine uygun çözümler sunabilmektedir.
Özet (Çeviri)
Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have created a significant transformation in technology and engineering, finding extensive use in various civil, military, and industrial applications. They are particularly effective in tasks such as reconnaissance, observation, cargo transportation, and search and rescue operations. However, to enhance the effective use of UAVs and enable them to perform more challenging tasks, the development of autonomous landing and takeoff capabilities is crucial. This study presents a system developed for UAVs to autonomously land on a moving platform, supported by position information, Kalman filtering, and image-based object detection methods. In this study, the system developed for UAVs to autonomously land on a moving platform in a simulation environment utilizes not only the UAV's own position data but also the position, speed, and orientation data of the moving platform. The position information of the landing pad was obtained using a specially trained YOLO V8, enabling high-precision landing. Four innovative scenarios were created to measure and improve the system's performance. These scenarios demonstrate that the UAV can autonomously land on a moving platform after various measurements in different altitudes and regions. The system's performance under side winds with variable speed and direction, as well as under limited visibility conditions due to fog, has been tested through simulations. Additionally, in a scenario with multiple landing pads, the UAV successfully selected the nearest ground vehicle as its landing target at the beginning of the operation. The effective area of the landing system is expanded by the GPS location provided by the moving platform. A Kalman filter, integrated with the GPS position of the platform and the orientation angle taken from the Inertial Measurement Unit on the UAV, has been used. A meeting point in the direction of movement of the platform is determined with Kalman filter, and thus a more efficient trajectory is obtained. Compared to similar studies in the literature, the novelty of this work lies in developing a new approach for approach and landing trajectories that involve altitude changes and achieve the target via a shorter route. The developed system offers integration possibilities with various UAV and ground vehicle platforms, providing solutions suitable for different mission requirements.
Benzer Tezler
- 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
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDİNÇ ALTUĞ
- 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
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÖKHAN İNALHAN
- 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
- Dört motorlu insansız hava aracının tasarımı ve kontrol yazılımı
Four unmanned aerial vehicle design and control software
TOLGA ÇATALBAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÇankırı Karatekin ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ZAFER CİVELEK
- Çoklu otonom insansız hava araçları için paralel programlama tabanlı yol planlaması
Parallel programming based path planning for multi autonomous unmmaned vehicles
ÖMER ÇETİN
Doktora
Türkçe
2015
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolHava Harp Okulu KomutanlığıBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜRAY YILMAZ